第四章病毒和亞

廣東海洋大學(xué)易潤華

2006年下半年第四章

病毒和亞病毒VirusesViruses

are

simple,

acellular

entities

consisting

of

one

or

moremolecules

of

either

DNA

or

RNA

enclosed

in

a

coat

of

protein

(andsometimes,

in

addition,

substances

such

as

lipids

and

carbohydrates).They

can

reproduce

only

within

living

cells

and

are

obligatelyintracellular

parasites.病毒定義是微生物中最小的生命實體，組成簡單，由核酸（DNA或RNA）和一種或少數(shù)多種蛋白質(zhì)組成的非細(xì)胞生物。是一類比較原始的、有生命特征的、能夠自我復(fù)制和嚴(yán)格細(xì)胞內(nèi)寄生的非細(xì)胞生物。能以感染態(tài)和非感染態(tài)兩種形式存在。病毒具有專性寄生性，必須在活細(xì)胞中才能增殖。亞病毒定義只含有蛋白質(zhì)或核糖核酸兩種中的其中一種的病毒。類病毒：無蛋白質(zhì)，只含有具有單獨侵染性的較小型的核糖核酸（RNA）分子。擬病毒：只含有不具備侵染性的RNA。朊病毒：沒有核酸而有感染性的蛋白質(zhì)顆粒。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系第一節(jié)

病毒病毒的特征：形體微小，一般可以通過細(xì)菌過濾器。具有比較原始的生命形態(tài)和生命特征，缺乏細(xì)胞結(jié)構(gòu)，僅

含有核酸和蛋白質(zhì)。每種病毒只含一種核酸（DNA或RNA）嚴(yán)格的細(xì)胞內(nèi)寄生性。病毒缺乏獨立的代謝能力，不能離開寄主細(xì)胞獨立復(fù)制和增殖。病毒利用寄主細(xì)胞的代謝系統(tǒng)合成自身的核酸和蛋白質(zhì)，通過自己的遺傳信息進(jìn)行復(fù)制、裝配子代病毒。有的病毒可以整合到寄主基因組上，并且誘發(fā)潛伏性感染。缺乏完整的酶和能量系統(tǒng)。對抗生素不敏感，對干擾素敏感在離體條件下，以無生命的生物分子存在，但是長期保持侵染活力。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系一、病毒的形態(tài)構(gòu)造和化學(xué)成分（一）病毒的形態(tài)、大小大小可以通過細(xì)菌過濾器較大的病毒直徑為300-450nm，較小的病毒直徑僅為18-22nm病毒：細(xì)菌：真菌＝1：10：100病毒的形態(tài)和大小必須借助電子顯微鏡。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系病毒的形態(tài)：形態(tài)多樣，有球狀、桿狀、復(fù)合型。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系病毒的對稱體制兩種：螺旋對稱和十二面體對稱（等軸對稱）。復(fù)雜病毒由兩種對稱相結(jié)合。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系病毒的群體形態(tài)專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系（二）典型病毒粒的構(gòu)造病毒粒、病毒體(Virion)、病毒粒子(virus

particle)：指的是成熟的、結(jié)構(gòu)完整的和有感染性的單個病毒?；境煞趾怂岷偷鞍踪|(zhì)，還含有脂類、多糖等結(jié)構(gòu)專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系衣殼（capsid）：又稱外殼，是由多個病毒蛋白亞基組成，包裹在病毒基因組核酸外面的結(jié)構(gòu)。即蛋白質(zhì)包裹在核心周圍形成。衣殼粒（capsomer）：組成衣殼的結(jié)構(gòu)亞基，并非總是均勻分布的，往往聚集成群體，二個、三個、五個甚至六個亞基聚在一起，用負(fù)染法在電鏡下所分辨開的一個個亞基，可能并非單個結(jié)構(gòu)亞基，而是它們的群體，實際上是形態(tài)亞基稱之為殼粒。衣殼粒是由一種或幾種多肽鏈折疊而成的蛋白質(zhì)亞單位，衣

殼粒的排列組合方式不同，使病毒表現(xiàn)出不同的構(gòu)型和形狀。核衣殼（nucleocapsid）：由核心和衣殼組成包膜（envelop）大多數(shù)動物病毒，核衣殼外由蛋白或糖蛋白與脂肪所形成類脂（來自寄主）雙層外膜，稱為包膜。糖蛋白在膜上形成各種形狀的突起，稱刺突（spike）。包膜的有無及其性質(zhì)與病毒的寄主專一性和侵染功能有關(guān)。包膜在識別寄主、侵入寄主細(xì)胞，病毒的抗原性方面起重要作用。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物病技術(shù)系毒粒的構(gòu)造專業(yè)：環(huán)境科學(xué)衣殼（capsid）被膜包膜糖蛋白核衣殼HIV

-

Human

Immunodeficiency

Viruses專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系包膜（囊膜，被膜；envelop）衣殼(capsid)核酸合蛋白專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系核酸結(jié)}核心核衣殼}(nucleocapsid)刺突（包膜子粒，spike，peplomer）病毒粒子的模式結(jié)構(gòu)及名稱衣殼粒(capsomer)間質(zhì)(tegument)（三）3類典型病毒的形態(tài)1、螺旋對稱(helical

symmetry)煙草花葉病毒（tobaco

mosaic

virus，TMV）發(fā)現(xiàn)：1939年，G.A.Kansche在電鏡下直接觀察到TMV。大小形狀直徑為15nm，長為300nm的長桿狀的顆粒。組成：有一條分子量為2×106道爾頓的單鏈RNA（ssRNA）。核酸被2130個分子量為17530道爾頓的皮鞋狀蛋白質(zhì)亞基包裹，即衣殼由2130個衣殼粒組成。寄主范圍：寄主范圍很廣，已知對單子葉植物22科中的198種植物具有寄生性。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系2、二十面體對稱(icosahedral

symmetry)腺病毒（Adenovirus）殼體二十面體對稱結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)亞基圍繞具立體對稱的正二十面體的角或邊排列，形成1個封閉的蛋白質(zhì)鞘。廿面體20個三角形面30條邊12個頂。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系廣東海洋大學(xué)

農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系

專業(yè)：環(huán)境科學(xué)五聚體1個正廿面體的三角形面均為等邊三角形，并且有5次、3次和2次對稱軸。在廿面體的頂上，5個亞基聚集形成電鏡下可見的五聚體并與5個其它殼粒相鄰，通常又叫做五鄰體(penton)。廿面體12個五鄰體頂仍保留。六聚體在基本三角面上形成，每個六聚體分別與6個殼粒相鄰,稱六鄰體(hexon)。環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)

農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系

專業(yè)：(A

and

B)：

Top

and

side

viewsof

the

reconstructed

Ad2?DAV-1complex.

The

DAV-1

Fab

densityhas

been

isolated

by

differenceimaging.(C

and

D)

：

Views

with

acrystallographic

Fab

fragment,filtered

to

19

?

resolution,modeled

at

each

of

the

fivebinding

sites

on

the

penton

base.(E

and

F)：

Views

showing

thetotal

model

density

(wire

mesh)obtained

from

Fab

fragments

ineight

distinct

orientations

alongwith

one

Fab

fragment

bound

toeach

site.

Each

Fab

fragment

isshown

in

a

different

orientation

tosuggest

mobility.Thescale

bar

is

100

?.Vertex

region

of

adenovirus.專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系3、復(fù)合對稱(complex

symmetry)T偶數(shù)（even

type）噬菌體

殼體既有螺旋對稱結(jié)構(gòu),又有廿面體對稱部分。T4噬菌體：頭部（head）螺旋對稱結(jié)構(gòu),橢圓型二十面體頸部(meck):六角形的盤狀構(gòu)造尾部(tail):尾部呈廿面體對稱。尾鞘(tail

sheath)尾管(tail

tube)基板(base

plate)刺突(tail

pins)專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)

農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系

專業(yè)(A)

Cutaway

view

of

the

P22

tail

machine(blue

isosurface，truncated

portal

(redisosurface)Cross-section

of

the

tail

machine

mapat

the

position

indicated

by

a

dottedarrowinpanelA

contour

(density

value

from

4.35

tomaximum

with

an

interval

of

0.58)

of

across-section

in

the

tail

machine

mapcorresponding

to

theportal.The

bottom

opening

of

the

tail

tubeviewed

from

the

gp26needle.Structure

of

theP22

tailmachine.（四）、病毒的核酸病毒的核酸類型是多樣性的除逆轉(zhuǎn)錄病毒(Retroviruses)的RNA基因組是二倍體外,其它所有的病毒基因組都是單倍體,它們僅含有每個基因的一個拷貝。動物病毒以線狀的dsDNA和ssRNA為多植物病毒以ssRNA為主噬菌體以線狀的dsDNA居多,專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系核酸類型病毒種類動物病毒植物病毒微生物病毒DNAssDNA線狀細(xì)小DNA病毒、鼠細(xì)小病毒雙生病毒、玉米條紋病毒環(huán)狀E.coli的ΦX174、M13和fl噬菌體等dsDNA線狀腺病毒、皰疹病毒、虹彩病毒和痘病毒E.coli的T系,沙門氏菌的P22噬菌體等環(huán)狀乳多孔病毒(如猴SV40病毒)花椰菜花葉病毒香石竹蝕環(huán)病毒E.coli的λ噬菌體、銅綠假單胞菌的PM2RNAssRNA(線狀)細(xì)小RNA病毒、披蓋病毒、彈狀病毒煙草花葉病毒

馬鈴薯黃矮病毒各種RNA噬菌體(如E.coli的MS2)dsRNA(線狀)呼腸孤病毒,質(zhì)型多角體病毒傷瘤病毒(如水稻矮化病毒)各種真菌病毒,假單胞菌的Φ6噬菌體專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系病毒的核酸類型專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系二、病毒的繁殖方式不同的病毒繁殖方式不同，有共性也有各自的特點（一）原核生物的病毒——噬菌體噬菌體包括噬細(xì)菌體（bacteriophage）、噬放線菌體(actinophage)、噬藍(lán)細(xì)菌體(cyanophage)。噬菌體的形態(tài)：A型：dsDNA，蝌蚪形，收縮性尾絲B型：dsDNA，蝌蚪形，非收縮性長尾絲C型：dsDNA，非收縮性長尾絲D型：ssDNA，球形，無尾，大頂衣殼粒E型：ssDNA，球形，無尾，小頂衣殼粒F型：ssDNA，絲狀，無頭尾專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系廣東海洋大學(xué)

農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系

專業(yè)：環(huán)境科學(xué)The

Myoviridaeare

the

only

familywith

contractiletails.Plasmaviridae

arepleomorphic.Tectiviridae

havedistinctive

doublecapsids,

whereasthe

Corticoviridaehave

complexcapsids

containinglipid.Major

Bacteriophage

Families

and

Genera.廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)1、噬菌體的繁殖過程分五個階段：吸附、侵入、增殖、成熟（裝配）和裂解（釋放）。烈性噬菌體（temperate

phage）噬菌體在短時間內(nèi)能連續(xù)完成吸附→侵入→增殖（復(fù)制與生物合成）→成熟（裝配）→裂解（釋放）五個階段而實現(xiàn)其繁殖的噬菌體，稱為烈性噬菌體。烈性噬菌體經(jīng)歷的繁殖過程稱為裂解性周期（lytic

cycle）或增殖性周期(producetive

cycle)。溫和噬菌體（virulent

phage）凡吸附并侵入細(xì)胞后，噬菌體的DNA只整合在宿主的核染色體組上，并可長期隨宿主DNA的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，在一般情況下不進(jìn)行增殖和引起宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。能導(dǎo)致溶原型發(fā)生的噬菌體。廣東海洋大學(xué)

農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系

專業(yè)：環(huán)境科學(xué)烈性噬菌體繁殖的裂解性周期①吸附(absorption,attachment)噬菌體對宿主細(xì)胞的吸附具高度的特異性。噬菌體與寄主細(xì)胞混合發(fā)生碰撞接觸，尾絲散開，固著于胞壁的特異性受點上，有些吸附在鞭毛或傘毛上。一種細(xì)菌可被多種噬菌體感染。因為不同的感染噬菌體在同一寄主細(xì)菌的不同受點上吸附。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系②侵入(penetration,injection)噬菌體尾部的酶水解細(xì)胞壁的肽聚糖，使細(xì)胞壁產(chǎn)生小孔，尾鞘收縮，將頭部的核酸通過中空的尾髓壓入細(xì)胞內(nèi)，而蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。從吸附到侵入的時間間隔很短，只有幾秒至幾分鐘。BACTERIOPHAGE

T4專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系③增殖(replication)烈性噬菌體增殖方式按核酸復(fù)制類型分三類按早期、次早期和晚期基因的順序來進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯和復(fù)制的雙鏈DNA

噬菌體的增殖方式；按“滾環(huán)”模型復(fù)制單鏈DNA

的增殖方式；按“花朵”模式復(fù)制A

蛋白（成熟蛋白）、衣殼蛋白和復(fù)制酶蛋白的增殖方式。病毒復(fù)制指病毒粒入侵宿主細(xì)胞到最后細(xì)胞釋放子代毒粒的全過程以宿主細(xì)胞降解物及培養(yǎng)基介質(zhì)為

原料，大量合成子代噬菌體的頭部、尾部和核酸等部件。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)④成熟（maturity）即噬菌體自裝配（self

assembly）。先是將復(fù)制后的核酸聚縮成多角體，頭部蛋白質(zhì)經(jīng)排列和結(jié)晶過程，包圍多角體便形成頭部；尾部各構(gòu)件同時進(jìn)行組裝，然后與頭部連接；最后裝上尾絲完成新的噬菌體裝配。裝配過程是通過3個獨立的裝配途徑進(jìn)行的。廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)⑤釋放（release）方式：裂解（lysis）：成熟的噬菌體粒子，利用水解細(xì)胞膜的脂肪酶和水解細(xì)胞壁的溶菌酶的作用，從細(xì)胞內(nèi)部促進(jìn)細(xì)胞裂解，從而實現(xiàn)了噬菌體的釋放。裂解量（burst

size）：平均每個宿主細(xì)胞裂解后產(chǎn)生的子代噬菌體數(shù)。自外裂解（without

lysis）、分泌：噬菌體穿出細(xì)胞壁，不導(dǎo)致細(xì)胞裂解，但是大量噬菌體聚集在同一宿主細(xì)胞表面，釋放大量溶菌酶而導(dǎo)致細(xì)胞裂解。噬菌斑：由于噬菌體的作用而使布滿細(xì)菌細(xì)胞的菌苔上，出現(xiàn)肉眼可見的一個個透亮的小圓斑。廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)Release

of

the

Pf1

Phage.The

Pf1

phage

is

a

filamentousbacteriophage

that

is

released

fromPseudomonas

aeruginosa

withoutlysis.廣東海洋大學(xué)

農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系

專業(yè)：環(huán)境科學(xué)完成一個裂解性周期經(jīng)歷的時間2、噬菌體效價效價：噬菌體濃度、噬菌斑形成單位數(shù)（plaque-forming

unit，pfu）。1毫升培養(yǎng)液中所含有的具有侵染性的噬菌體數(shù)量。測定：雙層瓊脂平板法（two

layer

plating

method）。先在培養(yǎng)皿中倒入底層固體培養(yǎng)基，凝固后再倒入含有宿主細(xì)菌和一定稀釋度噬菌體的半固體培養(yǎng)基。培養(yǎng)一段時間后，計算噬菌斑的數(shù)量。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系3、一步生長曲線（one-step

growth

curve）用高倍稀釋或抗血清辦法來中和未吸附病毒，使病毒感染數(shù)降低后，達(dá)到適量的病毒懸液，然后感染標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下的高濃度的細(xì)胞溶液，在不同時間段采樣，測定溶液感染效價，以時間為X軸，效價為Y軸，得到曲線，稱為一步生長曲線）。分三個時期：潛伏期裂解期平穩(wěn)期專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系潛伏期（latent

phase）隱晦期(eclipse

phase)胞內(nèi)累積期（intracelluar

accumclation

phasr）裂解期(lytic

phase)平穩(wěn)期(plateau)專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系4、溶源性（lysogeny）溶源性當(dāng)溫和噬菌體侵入宿主細(xì)胞后，DNA整合到宿主基因組上，隨著宿主DNA

復(fù)制而復(fù)制，但不合成蛋白質(zhì)，宿主細(xì)胞不裂解，繼續(xù)進(jìn)行正常的分裂現(xiàn)象。溫和噬菌體引起溶源性的噬菌體。溶源性細(xì)菌（lysogen）又稱溶源菌含有溫和噬菌體DNA的宿主細(xì)菌。前噬菌體（prophage）整合在細(xì)菌基因組中的噬菌體基因組。溫和噬菌體的三種存在狀態(tài)游離態(tài)：游離的具有感染性的噬菌體顆粒；營養(yǎng)態(tài)：宿主胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式的噬菌體，處于復(fù)制、合成、裝備的狀態(tài)；整合態(tài)：前噬菌體。專業(yè)：環(huán)境科學(xué)廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)系溶源性細(xì)菌的特性自發(fā)裂解在沒有任何外來噬菌體感染的情況下，極少數(shù)溶源細(xì)胞中的原噬菌體偶爾也可恢復(fù)活動，