第三章 病毒

• 裂解性周期（增殖性周期）
– ——烈性噬菌体所经历的繁殖过程
The Lytic Life Cycle of Lytic Bacteriophages
吸附和侵入
• 吸附：
– 接触→结合→特异性吸附（病毒以其特殊结构与 宿主细胞表面的特异受体结合）
• 侵入
• 噬菌体:尾丝、刺突--------- 细胞壁(脂多糖、脂蛋白、磷壁酸) 荚膜、鞭毛、性毛 • 动物病毒：刺突、吞噬作用和胞饮作用被动进入 • 植物病毒：刺突
第一节
• 病毒的概念：
病毒
– 病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的 超显微“非细胞生物”。其本质是一种只含有DNA 或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两 种状态存在。
• 在宿主体内呈感染态，只能在活的、敏感细胞内以复制方 式增殖(活细胞内专性寄生) ；在离体条件下，能以无生命 的生物大分子颗粒状态长期存在，并可保持其侵染活性， 即非感染态。 • 可以作为致病因子，也可以当作遗传成分。
若干有代表性病毒的核酸类型
病毒 种类 动 物 病 毒 植 物 病 毒 微 生 物 病 毒 核酸 形态 DNA ssDNA 细小病毒 (鼠细小病毒) dsDNA 痘病毒。疱疹病毒 腺病毒，彩虹病毒 乳多孔病毒 (鼠多瘤病毒) 双生病毒 (玉米条纹病毒) 花椰菜花叶病毒组 E.coil的T系和λ系 噬菌体 (E.coli的 ΦX174、fd、f1 噬菌体) (烟草花叶病毒、 黄瓜花叶病毒) 伤瘤病毒 (玉米矮缩病毒) ssRNA 细小RNA病毒 (脊髓灰质炎病毒) RNA dsRNA 呼肠孤病毒、质 型多角体病毒
本次教学回顾与作业
• 教学回顾
– §3-1 病毒
• 病毒的形态结构与化学成分
– 病毒的大小、病毒的形态、病毒的化学组成、结构及对 称性
• 4类病毒及其繁殖方式
– 噬菌体的繁殖（吸附、侵入）
• 作业
– 复习并预习本章相关内容
上次教学回顾
– §3-1 病毒
一、病毒的形态构造和化学 成分 二、4类病毒及其繁殖方式
备方法
– 第四节 蕈菌
• 菌丝分化过程：二级菌丝的锁状联合
第三章
病毒和亚病毒
• 一、教学目的与要求
– 学习病毒的形态和大小，掌握病毒的化学组成、 形态结构、增殖方式和生活周期，了解亚病毒 的特点，了解病毒在生产实践中的应用。
• 二、 教学内容：
– 1、病毒的形态结构、化学成分与增殖方式(★) – 2、亚病毒的组成与特点 – ３、病毒与实践(☆)
烟草花叶病毒的模式构造
ssRNA (5%) 衣壳粒 (95%)
腺病毒的模式构造
A
二十面体的形态
腺病毒的模式构造
70-80nm
五邻体
六邻体
12个角，20个面，30条棱， 252个球状衣壳粒
B
衣壳粒形态
腺病毒的模式构造
C 腺病毒的形态 核心为线状dsDNA
E.coil的T偶数噬菌体的模式构造
65nm
第一节
• 病毒的特点
病毒
– 1、形体极微小，都通过细菌滤器，只能在电镜下观察； – 2、无细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种。故又称 “分子生物”； – 3、每一种病毒只含一种核酸，不是DNA就是RNA； – 4、既无产能酶系，又无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿 主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分； – 5、以核酸和蛋白质等“元件 ”的装配实现大量繁殖； – 6、在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可 长期保持侵染活力； – 7、对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感； – 8、有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏 性感染。
上次教学回顾
• 第二章 真核微生物
– 第三节 霉菌
• 霉菌细胞形态和构造：菌丝体及其各种分化形式 • 霉菌的繁殖
– 无性孢子：孢囊孢子、分生孢子、节孢子、厚垣孢子 – 有性孢子：卵孢 子、结合孢子、子囊孢子、担孢子
• 霉菌的菌落
– 比较四大类微生物的细胞形态和菌落特征 – 讨论：比较四大类微生物细胞壁成分的异同及其原生质体制
几个概念
• 烈性噬菌体（virulent phage）
– ——感染细胞后，能在寄主细胞内短时间完成吸附、侵入、 增殖、成熟和裂解5个阶段而实现繁殖，产生大量子代噬菌 体并引起细菌裂解的噬菌体。
• 温和噬菌体（temperate phrage）
– ——噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核 DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在 一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。
装配(成熟)
• ①偶数噬菌体的装配
– 指导装配：需要有一些非结构蛋白作指导
成熟 (装配)
• ②TMV的装配
– 自体装配：各个组分自发地组装形成病毒粒
一）病毒的大小
• 测量单位为纳米,直径20-200nm
(病毒：细菌：真菌 约为1：10：100) <50 nm 小型病毒 50 nm -150 nm 中型病毒（大多数） > 150nm 大型病毒 最大：痘病毒，直径约为200 nm 最小：菜豆畸矮病毒，直径9-11nm
微生物的大小比较
衣原体 390nm 立克次体 450nm A、大肠杆菌噬菌体 ( 65 ×95nm ) B、腺病毒(70nm ) C、脊髓灰质炎病毒 (30nm )
1、病毒大小 2、病毒的的形态 3、病毒的化学组成、结构 及对称性
1、噬菌体的繁殖（增殖）：
吸附、侵入
增殖（复制和生物合成）
• ①核酸复制
增殖（复制和生物合成）
• ②蛋白质的生物合成
– 首先是设法利用宿主细胞内原有的RNA聚合酶转录出噬菌体的 mRNA – 病毒一转录出其mRNA，就由这些mRNA合成出病毒蛋白质(酶、 衣壳粒) • 早期转录:早期蛋白 噬菌体的基因组转录和表达 • 次早期转录:次早期蛋白 具有严格的时序性 • 晚期转录:晚期蛋白
烈性噬菌体噬菌斑
应用：
1、噬菌体定量计数 2、噬菌体的鉴定
温和噬菌体噬菌斑
③空斑和病斑：
由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的。 也可以采用噬菌斑法类似的技术。用于动物 病毒粒子的计数。
④枯斑：
植物病毒在植物叶片上形成的群体称为枯斑
三）病毒的组成、结构与对称性
• 1、病毒的化学组成
– 基本成分为核酸和蛋白质，有的还有脂质、糖类等。 – ①病毒核酸
• 种类：
– 可归纳成6种主要形态
噬菌体的六类形态
★T-系噬菌体——T-系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌 体，按发现的先后顺序进行从T1---T7编号，后来发现其中偶数者的 形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体（A型）。
1、噬菌体的繁殖
• 吸附(adsorption) • 侵入 (penetration) • 增殖(复制与生物合成） • 成熟（装配）( assembly ) • 裂解（释放）( release)
吸附功能：
噬菌体尾丝及包膜糖蛋白刺突吸附在宿主表面的受体上
破坏宿主细胞膜与细胞壁：如噬菌体的溶菌酶 增殖：各种酶。如DNA和RNA聚合酶，RNA复制酶、逆转录酶等
三）病毒的组成、结构与对称性
• 2、病毒的构造
– 病毒粒(病毒体)：有时也称病毒颗粒或病毒粒子， 专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。
稍弯曲----马铃薯X病毒、甜菜黄化病毒
– 球状：豌豆花叶病毒、黄瓜花叶病毒、大多数动物病毒 – 蝌蚪状：有些细菌病毒
杆状
球状
蝌蚪状
二）病毒的形态
• 2、病毒的群体形态
– – – – ①包涵体 ②噬菌斑 ③病斑和空斑 ④枯斑
①包涵体（inclusion body）
概念：
感染病毒的宿主细胞内，出现在光学显微镜下可见的大小、 形态、数量不等的小体，称为包涵体。
A
G
葡萄球菌 (1000nm）
D、乙脑病毒( 40nm )
B C
牛痘病毒 300×250nm
F E
E、蛋白分子(10nm ) F、流感病毒(100nm )
G、烟草花叶病毒
D
二）病毒的形态
• 1、病毒的细胞形态
– 多种多样，有杆状、球状、蝌蚪状、砖状、子弹状 – 杆状：直杆状----烟草花叶病毒、苜蓿花叶病毒
裸露病毒： 基本结构 核心(基因组)： 病毒核酸
(核衣壳) 由许许多多衣壳粒(蛋白质亚单位)组成 衣壳：
包膜病毒： 包膜： 由类脂双层膜(来自宿主的细胞膜)组成，有的长有刺突
病毒粒的模式构造
包膜子粒
包膜 包膜病毒
衣壳粒 衣壳
核衣壳
核心（核 酸）
三）病毒的组成、结构与对称性
3、病毒粒的对称体制
无包膜 螺旋对称
– 病毒或其一部分进入宿主细胞的过程
• 噬菌体:吸附后尾丝收缩，使尾管碰及细胞壁，这时，尾管端 所携带的少量溶菌酶水解细胞上的肽聚糖，然后，尾鞘收缩， 把尾管推出并插入细胞壁中，头部的核酸就通过尾管迅速注入 宿主细胞中，而将蛋白质外壳留在壁外。 • 动物病毒：核衣壳侵入，需脱壳 • 植物病毒：通过表面伤口或昆虫口器插入细胞而侵入
Fig. 1: Adsorption
Fig. 2: Penetration
The bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall.
The bacteriophage injects its genome into the bacterium's cytoplasm
在细胞中的形成部位：
位于细胞核内—如包疹病毒 位于细胞质内—如狂犬病毒等 细胞核、细胞质内都有—麻疹病毒
包涵体的本质
—大多数是病毒粒子组成的，少数是细胞对病毒的反应。
了解研究包涵体的实践意义
—病毒鉴定、 临床诊断依据
②噬菌斑(plaque)
概念：
指在宿主细菌的菌苔上， 噬菌体使菌体裂解而形成的一 个具有一定形状、大小、边缘 和透明度的空斑（负菌落）。
• 一种病毒只有一种核酸，核酸构成了病毒的基因组，具有 遗传信息的载体和传递体的作用。 • 是病毒系统分类中最可靠的分子基础。大多数病毒粒子中 只有一个核酸分子，但有少数RNA病毒含2个或以上的核酸 分子，各个分子担负着不同的遗传功能，它们一起构成了 病毒的基因组，这些病毒为双组分基因组、三组分基因组 和多组分基因组。 • 类型极为多样化：病毒DNA和RNA不仅有是单链(single strand,ss)还是双链(double strand,ds) ，线状和环状，而 且有正链(+链)和负链(-链)，其类型为生物之最。
• 至今和许多有益动物疑难疾病和威胁性最大的传染病几 乎都是病毒病 • 发酵工业中的噬菌体污染会严重危及生产 • 许多侵染有害生物的病毒则可制成生物防治剂而用于生 产实践 • 许多病毒还是生物学基础研究和基因工程中的重要材料 或工具
一、 病毒的形态构造和化学成分
• 一）病毒的大小 重点 • 二）病毒的形态 • 三）病毒的化学组成、结构和对称性
线状
环状 线状
环状
线状
E.coil的MS2 和 RNA噬菌体
(真菌病毒、假单 菌的Φ6噬菌体)
环状
铜绿假单胞菌的 PM2噬菌体
细菌病毒
真菌病 毒
Fra Baidu bibliotek
三）病毒的组成、结构与对称性
• 1、病毒的化学组成
– ②病毒蛋白质：由病毒核酸编码 • 结构功能：结构蛋白组成病毒体的成分
衣壳蛋白：包在病毒外构成病毒的基本结构——核衣壳 包膜蛋白： 基质蛋白：连接衣壳蛋白与包膜蛋白的部分
杆状：烟草花叶病毒(TMV)等
丝状：E.coil的f1、fd、M13 噬菌体等 卷曲状：正粘病毒(流感病毒)等 有包膜 弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等 小型：脊髓灰质炎病毒等，Φ174噬菌体等 无包膜 大型：腺病毒等 二十面体对称
有包膜：疱疹病毒等 复合对称
无包膜： E.coil的T偶数噬菌体(蝌蚪状)等 有包膜 ：痘病毒(砖块状)
第一节 病毒
• 病毒的主要类群
真病毒： 至少含有核酸和蛋白质两种组分 病毒 类病毒： 只含具独立侵染性的核酸组分 只含不具独立侵染性的核酸组分 亚病毒：卫星因子：
朊病毒： 只含单一蛋白质组分
第一节
• 病毒与人类的关系
病毒
– 病毒种类多样性：凡在有细胞的生物生存之处都 有与其相对应的病毒存在。 – 与人类关系密切
95nm
95nm （中空的核心） 20nm
T2、T4、T6
二、 4类病毒及其繁殖方式
• • • • 一）原核生物病毒—噬菌体 二）植物病毒 三）人类和脊椎动物病毒 四）昆虫病毒
一）原核生物病毒—噬菌体
• 概念：
– 即原核生物的病毒。包括噬细菌体、噬放线菌体和 噬蓝细菌体等。
• 分布：
– 噬菌体在自然界广泛存在，凡有原核生物活动之处 几乎都发现有相应噬体菌存在。