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1、第三章病毒n第一節(jié) 概述n第二節(jié) 毒粒的性質(zhì)n第三節(jié) 病毒的復制n第四節(jié) 病毒的非增殖性感染一、病毒學第一節(jié)第一節(jié) 概述概述極大地豐富了現(xiàn)代生物學微生物學、分子生物學、分子遺傳學的實際與技術；病毒學virulogy ：研討病毒virus的本質(zhì)及其與宿主的相互作用的科學，是微生物學的重要分支學科。有效地控制和消滅人及有益生物的病毒病害；利用病毒對有害生物、特別是害蟲進展生物防治；開展以基因工程為中心的生物高新技術產(chǎn)業(yè)；二、病毒的特點和定義第一節(jié) 概述1、特點1不具有細胞構造，具有普通化學大分子的特征。2 2一種病毒的毒粒內(nèi)只含有一種核酸，一種病毒的毒粒內(nèi)只含有一種核酸，DNADNA或者或者RNA

2、RNA。3大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量代謝大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量代謝 的酶，不能進展獨立的代謝作用。的酶，不能進展獨立的代謝作用。4嚴厲的活細胞內(nèi)寄生，沒有本身的核糖體，沒有個體生 長，也不進展二均分裂，必需依賴宿主細胞進展本身的 核酸復制，構成子代。5個體微小，在電子顯微鏡下才干看見。6對大多數(shù)抗生素不敏感，對干擾素敏感。例如一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質(zhì)外殼例如一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質(zhì)外殼coat構成，構成，故可把它們視為核蛋白分子。故可把它們視為核蛋白分子。朊病毒甚至僅由蛋白質(zhì)構成朊病毒甚至僅由蛋白質(zhì)構成例如利福平可抑制痘病毒復制病毒感染敏感宿

3、主細胞后，病毒核酸進入細胞，經(jīng)過其復制與病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，經(jīng)過其復制與表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)，然后由這些新合成的表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)，然后由這些新合成的病毒組分裝配病毒組分裝配assembly成子代毒粒，并以一定方式釋放到成子代毒粒，并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁衍方式稱做復制細胞外。病毒的這種特殊繁衍方式稱做復制replication。第一節(jié) 概述1. 特點二、病毒的特點和定義病毒是一類既具有化學大分子屬性，又具有生物體根本特征；病毒是一類既具有化學大分子屬性，又具有生物體根本特征；既具有細胞外的感染性顆粒方式，又具有細胞內(nèi)的繁衍

4、性基因既具有細胞外的感染性顆粒方式，又具有細胞內(nèi)的繁衍性基因方式的獨特生物類群。方式的獨特生物類群。超顯微的、沒有細胞構造的、專性活細胞內(nèi)寄生的實體超顯微的、沒有細胞構造的、專性活細胞內(nèi)寄生的實體第一節(jié) 概述1. 特點二、病毒的特點和定義 單細胞微生物與病毒性質(zhì)的比較a DNA病毒和RNA病毒中的一部分;b 利福平可抑制痘病毒復制性質(zhì)細菌立克次氏體支原體衣原體病毒直徑大于 300nm+-在無生命培養(yǎng)基生長+-專性活細胞內(nèi)寄生-+雙分裂+-含有 DNA 和 RNA+-核酸感染性-+a核糖體+-產(chǎn)能代謝+-細胞膜+-對抗生素的敏感+-b對干擾素的敏感-+第一節(jié) 概述2.定義二、病毒的特點和定義迄今

5、仍無一個科學而嚴謹?shù)亩x迄今仍無一個科學而嚴謹?shù)亩x病毒為具有獨立于其宿主的進化史的絕對細胞內(nèi)寄生物，它的病毒為具有獨立于其宿主的進化史的絕對細胞內(nèi)寄生物，它的DNA或或RNA基因組被其所編碼的蛋白質(zhì)殼體化基因組被其所編碼的蛋白質(zhì)殼體化encapsidation。 -Fields等，等，1990年年非細胞生物真病毒：至少含核酸和蛋白質(zhì)二種組分亞病毒類病毒：只含具侵染性的RNA組分衛(wèi)星RNA：只含有不具侵染性的RNA組分朊病毒：只含蛋白質(zhì)三、病毒的宿主范圍第一節(jié) 概述病毒幾乎可以感染一切的細胞生物，并具有宿主特異性噬菌體phage、植物病毒plant viruses動物病毒animal viru

6、ses四、病毒的培育和純化四、病毒的培育和純化第一節(jié) 概述同微生物學其他學科分支一樣，病毒學的提高完全得益于同微生物學其他學科分支一樣，病毒學的提高完全得益于研討方法和技術手段的開展。研討方法和技術手段的開展。經(jīng)過病毒的分別與純化獲得純化的、有感染性的病毒制備物是病毒學研討和實際的根本技術。1.病毒的培育病毒的培育：二元培育物法四、病毒的培育和純化1.1.病毒的培育病毒的培育噬菌體細菌培育物培育液營養(yǎng)瓊脂平板細菌培育液變清亮細菌平板成為殘跡平板假設是噬菌體標本經(jīng)過適當稀釋再接種細菌平板，經(jīng)過一定時間培育，在細菌菌苔上可構成圓形部分透明區(qū)域，即噬斑plague。好像對細菌計數(shù)一樣，構成的噬菌斑也

7、可用于對噬菌體的數(shù)目進展估算。四、病毒的培育和純化1.病毒的培育動物病毒實驗動物雞胚多種細胞培育四、病毒的培育和純化1. 病毒的培育假設標本經(jīng)過適當稀釋進展接種并輔以染色處置，病毒可在培育的細胞單層上構成肉眼可見的部分病損區(qū)域，即蝕斑plaque或稱空斑。大多數(shù)動物病毒感染敏感細胞培育能引起其顯微表現(xiàn)的改動，即產(chǎn)生致細胞病變效應cytopathic effect,CPE，例如細胞聚集成團、腫大、圓縮、零落，細胞交融構成多核細胞，細胞內(nèi)出現(xiàn)包涵體inclusion body，乃至細胞裂解等。四、病毒的培育和純化1.病毒的培育植物病毒敏感植物葉片產(chǎn)生壞死斑，或稱枯斑蛋白質(zhì)提純方法鹽析、等電點沉淀、

8、有機溶劑沉淀、凝膠層析、離子交換等四、病毒的培育和純化2. 2. 病毒純化病毒純化規(guī)范純化的病毒制備物應堅持其感染性病毒是有感染性的生物體病毒具有化學大分子的屬性純化的病毒制備物的理化性質(zhì)應具有均一性方法主要化學組成為蛋白質(zhì)具有一定的大小、外形和密度差速離心梯度離心超速離心第二節(jié) 病毒的性質(zhì)病毒粒子：毒粒 一團可以自主復制的遺傳物質(zhì)維護遺傳物質(zhì)免遭環(huán)境破壞，并作為將遺傳物質(zhì)從一個宿主細胞傳送給另一個宿主細胞的載體。蛋白質(zhì)外殼 包膜第二節(jié) 病毒的性質(zhì)一、病毒的形狀構造一、病毒的形狀構造1. 病毒的大小和外形個體小，必需在電鏡下察看；不同病毒的毒粒大小差別很大；毒粒的外形大致可分球形顆粒(或稱擬球

9、形顆粒)、桿狀顆粒和復雜外形顆粒如蝌蚪狀，卵形等幾類。幾種病毒的形狀和相對大小 采用各種電鏡技術察看病毒的形狀構造Orf virus：口瘡病毒：口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎接觸性膿皰皮炎病毒病毒)負染技術負染技術Ebola virus ：埃博拉病毒正染技術Vaccinia virus 痘苗病毒痘苗病毒投影技術投影技術第二節(jié)第二節(jié) 病毒的性質(zhì)病毒的性質(zhì)一、病毒的形狀構造一、病毒的形狀構造2. 病毒的殼體構造殼體或衣殼capsid：包圍著病毒核酸的蛋白質(zhì)外殼，由蛋白質(zhì)亞基按對稱的包圍著病毒核酸的蛋白質(zhì)外殼，由蛋白質(zhì)亞基按對稱的方式、有規(guī)律地陳列而成，是病毒毒粒的根本構造。方式、有規(guī)律地陳列而成，是病毒

10、毒粒的根本構造。殼體構造類型殼體構造類型螺旋對稱殼體二十面體對稱殼體雙對稱構造螺旋對稱殼體：螺旋對稱殼體：亞基有規(guī)律地沿著中心軸亞基有規(guī)律地沿著中心軸核酸呈螺旋陳列，進核酸呈螺旋陳列，進而構成高度有序、對稱的而構成高度有序、對稱的穩(wěn)定構造。穩(wěn)定構造。多面體對稱殼體：多面體對稱殼體：構成對稱構造殼體的第二種方式是構成對稱構造殼體的第二種方式是蛋白質(zhì)亞基圍繞具立方對稱的正多蛋白質(zhì)亞基圍繞具立方對稱的正多面體的角或邊陳列，進而構成一個面體的角或邊陳列，進而構成一個封鎖的蛋白質(zhì)的鞘。封鎖的蛋白質(zhì)的鞘。具有雙對稱構造的典型例子是有尾噬菌體tailed phage,其殼體由頭部和尾部組成。包裝有病毒核酸的

11、頭部通常呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱。第二節(jié) 病毒的性質(zhì)一、病毒的形狀構造一、病毒的形狀構造3. 病毒的包膜構造病毒的蛋白質(zhì)殼體和病毒核酸中心構成的復合物，又稱病毒的蛋白質(zhì)殼體和病毒核酸中心構成的復合物，又稱核衣殼。核衣殼。核殼nucleocapsid：僅由核衣殼構成的病毒顆粒裸露毒粒naked virion：如煙草花葉病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒如煙草花葉病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒Poliovirus等一些簡單的病毒的毒粒。等一些簡單的病毒的毒粒。包膜envelope：有些病毒核衣殼被一層脂蛋白膜包裹著，它是病毒以出芽方式成熟時，由細胞膜衍生而來的。有維系毒粒構造，維護病毒核殼的作用。特別是病毒的包膜糖

12、蛋白，具有多種生物學活性，是啟動病毒感染所必需的。有包膜的病毒有包膜的病毒一、病毒的形狀構造一、病毒的形狀構造3. 3. 病毒的包膜構造病毒的包膜構造病毒包膜的根本構造與生物膜類似，是脂雙層膜。病毒包膜的根本構造與生物膜類似，是脂雙層膜。也稱封套或囊膜。主要成分為磷脂，此外還有糖脂、也稱封套或囊膜。主要成分為磷脂，此外還有糖脂、中性脂肪、脂肪酸、脂肪醛、膽固醇。囊膜普通為中性脂肪、脂肪酸、脂肪醛、膽固醇。囊膜普通為脂質(zhì)雙層膜，與這些膜相聯(lián)的是病毒特異性蛋白。脂質(zhì)雙層膜，與這些膜相聯(lián)的是病毒特異性蛋白。這些病毒特異性蛋白在病毒感染和復制過程中發(fā)揚這些病毒特異性蛋白在病毒感染和復制過程中發(fā)揚作用。

13、作用。囊膜外表往往具有突起物，稱刺突囊膜外表往往具有突起物，稱刺突 (spike) 或包膜或包膜子粒子粒 (peplomer) 。囊膜對一些脂溶劑如乙醚、氯。囊膜對一些脂溶劑如乙醚、氯仿等敏感。有囊膜的病毒有利于其吸附寄主細胞，仿等敏感。有囊膜的病毒有利于其吸附寄主細胞，破壞宿主細胞外表受體，使病毒易于侵入細胞。破壞宿主細胞外表受體，使病毒易于侵入細胞。 第二節(jié) 病毒的性質(zhì)一、病毒的形狀構造4. 病毒的構造類型四種主要構造類型裸露的二十面體毒粒；裸露的螺旋毒粒；有包膜的二十面體毒粒；有包膜的螺旋毒粒；有些病毒，如有尾噬菌體、痘病毒等構造更為復雜，不能包括在這些構造類型之內(nèi)。不同病毒的毒粒構造復

14、雜程度有很大的區(qū)別第二節(jié) 病毒的性質(zhì)二、病毒的化學組成二、病毒的化學組成病毒病毒化學組成化學組成核酸；核酸；蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)；脂類；脂類；碳水化合物；碳水化合物；根本化學組成二、病毒的化學組成1. 病毒的核酸t(yī) 核酸是病毒的遺傳物質(zhì)；t 一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或是RNA；病毒核酸病毒核酸單鏈DNAss DNA；雙鏈DNAds DNA；單鏈RNAss RNA；雙鏈RNAds RNA；二、病毒的化學組成二、病毒的化學組成2. 病毒的蛋白質(zhì)病毒蛋白質(zhì)構造蛋白非構造蛋白由病毒基因組編碼的，在病毒復制過程中產(chǎn)生并具有一定功由病毒基因組編碼的，在病毒復制過程中產(chǎn)生并具有一定功能，但并不結合于毒

15、粒中的蛋白質(zhì)。能，但并不結合于毒粒中的蛋白質(zhì)。構成一個形狀成熟的有感染性的病毒顆粒所構成一個形狀成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì)必需的蛋白質(zhì)殼體蛋白；殼體蛋白；包膜蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；存在于毒粒中的酶；二、病毒的化學組成2. 病毒的蛋白質(zhì)病毒構造蛋白的主要生理功能：病毒構造蛋白的主要生理功能：1構成蛋白質(zhì)外殼，維護病毒核酸免受核酸酶及其它理化 因子的破壞；2決議病毒感染的特異性，與易感細胞外表存在的受體具 特異性親和力，促使病毒粒子的吸附和入侵；3決議病毒的抗原性，能刺激機體產(chǎn)生相應的抗體；4構成毒粒酶，或參與病毒對宿主細胞的入侵如T4噬菌 體的溶菌酶等，或參與病毒復制過程

16、中所需求病毒大分 子的合成如逆轉錄酶等；普通來說，病毒是不具酶或酶系極不完全的，所以一旦分開宿主就不能獨立進展代謝和繁衍。第三節(jié) 病毒的復制病毒的特點：嚴厲細胞內(nèi)寄生物，只能在活細胞內(nèi)繁衍。毒粒宿主細胞有繁衍性的病毒基因組有繁衍性的病毒基因組具有感染性的毒粒消逝具有感染性的毒粒消逝病毒基因組復制、表達病毒核酸和蛋白質(zhì)裝配構成具有感染性的毒粒裝配構成具有感染性的毒粒釋放至細胞外原料；能量；生物合成場所；第三節(jié) 病毒的復制病毒的復制：病毒的復制：病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，經(jīng)過其復制與病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，經(jīng)過其復制與表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)，然后由這些

17、新合成的表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)，然后由這些新合成的病毒組分裝配病毒組分裝配assembly成子代毒粒，并以一定方式釋放到成子代毒粒，并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁衍方式稱做復制細胞外。病毒的這種特殊繁衍方式稱做復制replication。第三節(jié) 病毒的復制一、病毒的復制周期1、一步生長曲線one step growth curve1939年，Max Delbruck & Emory Ellis：E. coli / bacteriopage1、用噬菌體的稀釋液感染高濃度的宿主細胞；2、數(shù)分鐘后，參與抗噬菌體的抗血清中和未吸附的噬菌體；3、將上述混合物大量稀釋，終止

18、抗血清的作用和防止新釋放 的噬菌體感染其它細胞；4、保溫培育并定期檢測培育物中的噬菌體效價對噬菌體含量 進展計數(shù)；5、以感染時間為橫坐標，病毒的感染效價為縱坐標，繪制出 病毒特征性的繁衍曲線；該實驗標志著分子病毒學、分子生物學和分子遺傳學的建立Max Delbruck因此榮獲1969年Nobel Prize一、病毒的復制周期一、病毒的復制周期1、一步生長曲線one step growth curve噬菌體復制繁衍的三個階段：1、吸附期；游離的噬菌體吸附到宿主細胞2、埋伏期；從噬菌體吸附到細胞到釋放出新噬菌體的最短時期3、裂解期；隨著菌體不斷破裂，新噬菌體數(shù)目添加，直到最高值一、病毒的復制周期一

19、、病毒的復制周期1、一步生長曲線one step growth curve取培育物直接測定病毒數(shù)量將培育物過濾去細胞后測定病毒數(shù)量將細胞裂解后測定病毒的數(shù)量。前期可將培育物先離心去上清以消除未吸附病毒的影響裂解量：每個受染細胞所產(chǎn)生的子代病毒顆粒的平均數(shù)目。其值等于埋伏期受染細胞的數(shù)目除以穩(wěn)定期受染細胞所釋放的全部子代病毒數(shù)目，即等于穩(wěn)定期病毒效價與埋伏期病毒效價之比。一、病毒的復制周期2、隱蔽期eclipse period在埋伏期的前一段，受染細胞內(nèi)檢測不到感染性病毒，后一階段，感染性病毒在受染細胞內(nèi)的數(shù)量急劇添加。自病毒在受染細胞內(nèi)消逝到細胞內(nèi)出現(xiàn)新的感染性病毒的時間為為隱蔽期。隱蔽期病毒

20、在細胞內(nèi)存在的動力學曲線呈線性函數(shù)，而非指數(shù)關系，從而證明子代病毒顆粒是由新合成的病毒基因組與蛋白質(zhì)經(jīng)裝配成熟，而不是經(jīng)過雙分裂方式產(chǎn)生的。不同病毒的隱蔽期長短不同，例如，DNA動物病毒的隱蔽期為520小時，RNA動物病毒為210小時。一、病毒的復制周期1、一步生長曲線one step growth curve一步生長曲線是研討病毒復制的一個經(jīng)典實驗，最初是為研討噬菌體的復制而建立，以后推行到動物病毒和植物病毒的復制研討中。以適量的病毒接種于規(guī)范培育的高濃度的敏感細胞，待病毒吸附后，離心除去未吸附的病毒，或以抗病毒抗血清處置病毒細胞培育物以建立同步感染，然后繼續(xù)培育并定時取樣測定培育物中的病毒

21、效價，并以感染時間為橫坐標，病毒的感染效價為縱坐標，繪制出病毒特征性的繁衍曲線，即一步生長曲線。不同病毒的埋伏期長短不同，噬菌體以分鐘計，動物病毒和植物病毒以小時或天計。埋伏期：噬菌體的裂解量普通為幾十到上百個，植物病毒和動物病毒可達數(shù)百乃至上萬個。裂解量：一、病毒的復制周期3、病毒的復制周期復制周期replicative circle或稱復制循環(huán)：自病毒吸附于細胞開場，到子代病毒從感染細胞釋放到細胞外的病毒復制過程。 吸附； 侵入； 脫殼； 病毒大分子的合成，包括病毒基因組的表達與復制； 裝配與釋放；第三節(jié) 病毒的復制二、病毒感染的起始1、吸附：毒粒敏感細胞隨機碰撞而接觸靜電引力或氫鍵可逆吸

22、附，無特異性非細胞顆粒也可吸附病毒外表蛋白與細胞受體的結合特異性，不可逆吸附，啟動病毒感染的第一階段二、病毒感染的起始1、吸附：病毒吸附蛋白與細胞受體間的結合力來源于空間構造的互補性，相互間的電荷、氫鍵、疏水性相互作用及范得華力。不同種系的細胞具有不同病毒的細胞受體，病毒受體的細胞種系特異性決議了病毒的宿主范圍。二、病毒感染的起始1、吸附：動物宿主細胞及細菌外表病毒受體的存在可經(jīng)過生化、遺傳等實驗證明，但至今仍未發(fā)現(xiàn)植物病毒的細胞受體存在。二、病毒感染的起始2、侵入：侵入又稱病毒內(nèi)化，它是一個病毒吸附后幾乎立刻發(fā)生，依賴于能量的感染步驟。不同的病毒-宿主系統(tǒng)的病毒侵入機制不同二、病毒感染的起始

23、2、侵入：有尾噬菌體：注射方式將噬菌體核酸注入細胞經(jīng)過尾部刺突固著于細胞；尾部的酶水解細胞壁的肽聚糖，使細胞壁產(chǎn)生小孔；尾鞘收縮，核酸經(jīng)過中空的尾管壓入胞內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在胞外；吸附尾釘固著尾鞘收縮尾管穿入DNA注入假設大量噬菌體在短時間內(nèi)吸附于同一細胞上，使細胞壁產(chǎn)生許多小孔，也可引起細胞立刻裂解，但并未進展噬菌體的增殖，這種現(xiàn)象稱為自外裂解lysis from without。二、病毒感染的起始2、侵入：植物病毒：經(jīng)過因人為地或自然的機械損傷所構成的微傷口進入細胞；或者靠攜帶有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆蟲取食將病毒帶入細胞。植物病毒一旦進入細胞后，增殖產(chǎn)生的子代病毒或病毒核酸可經(jīng)

24、過病毒編碼的運動蛋白movement protein與胞間連絲的相互作用從受染細胞進入臨近細胞。二、病毒感染的起始3、脫殼：脫殼是病毒侵入后，病毒的包膜和/或殼體除去而釋放出病毒核酸的過程。脫殼是病毒基因組進展功能表達所必需的感染事件。T-偶數(shù)噬菌體脫殼與侵入是一同發(fā)生的動物病毒存在不同的構造類型和不同的侵入方式，其脫殼過程也較復雜。病毒的毒粒消逝，失去原有的感染性，進入潛隱期。第三節(jié) 病毒的復制三、病毒大分子的合成病毒基因組的表達與復制存在著劇烈的時序性病毒基因組進入胞內(nèi)宿主細胞的代謝發(fā)生改動病毒利用宿主的生物合成機構和場所，使病毒核酸表達和復制，產(chǎn)生大量的病毒蛋白質(zhì)和核酸。三、病毒大分子的合成病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成病毒復制所需求的病毒特異性酶蛋白及蛋白質(zhì)外殼的合成5種核酸，6條途徑四、病毒的裝配與釋放第三節(jié) 病毒的復制新合成的毒粒構造組分組裝成完好的病毒顆粒，稱做病毒的裝配，亦稱成熟maturation或形狀發(fā)生morphogenesis。成熟的子代病毒顆粒然后依一定途徑釋放到細胞外病毒的釋放標志病毒復制周期終了四、病毒的裝配與釋放T4噬菌體的裝配是一個極為復雜的自我裝配的過程吸附侵入早期：病毒特異性酶的合成病毒核酸復制病毒構造蛋白質(zhì)合成裝配釋放病