病毒的形态与结构.pdf

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1、医学病毒学 Medical Virology 病毒是如何发现的 1886年 Mayer证实了烟草花叶病的传染性 1892年 Iwanowaski证实其病原是一种新的 病原因子。 1896年 Beigerink给这种病原起拉丁名叫 virus。 ？ 病毒的概念 病毒 （ Virus） ：是一类体积微小 ， 结构简 单 ， 仅含一种类型核酸 ， 必须在 活的敏感 细胞 内才能生长繁殖的 非细胞型微生物 。 最微小，可通过除菌滤器，电子显微镜下观察； 结构简单，无完整的细胞结构，一种核酸 （ RNA或 DNA）； 在活细胞内存活 ,以复制方式繁殖； 病毒的特征 病毒与其它微生物的区别 微生物 种类

2、结构 在无活细 胞的培养 基中生长 二等分裂 繁殖 核酸类型 核糖体 敏感性 抗生素 干扰素 细菌 原核细胞型 + + D N A ， R N A + + - 支原体 原核细胞型 + + D N A ， R N A + + - 立克次体 原核细胞型 - + D N A ， R N A + + - 衣原体 原核细胞型 - + D N A ， R N A + + - 螺旋体 原核细胞型 - （ + ） + D N A ， R N A + + - 真菌 真核细胞型 + 出芽、产生孢子 D N A ， R N A + - - 病毒 非细胞型 - - DNA 或 R N A - - + 传染性强，病死率

3、高 某些病毒感染有致畸作用 持续感染多见 肿瘤的形成关系 目前病毒感染的诊疗还相对滞后， 部分尚缺乏有效疫苗 病毒引起疾病的特点 第 22章 病毒的基本性状 病毒体 （ Virion） : 完整性 感染性 完整的成熟病毒颗粒，具有典型的形态结构，并有感染性。 第一节 病毒的大小与形态 150nm 大型病毒（最大 300 nm） 一、大小： 测量单位为纳米（ nm，为 1/1000m） 测量病毒大小的标准是病毒体的直径 葡萄球菌 (1000 nm） 牛痘病毒 300 250nm A B C D E F G 立克次体450nm衣原体 390nm A、大肠杆菌噬菌体 ( 65 95nm ) B、腺病

4、毒 (70nm ) C、脊髓灰质炎病毒 (30nm ) D、乙脑病毒 ( 40nm ) E、蛋白分子 (10nm ) F、流感病毒 ( 100nm ) G、烟草花叶病毒 微生物的大小比较 最大的病毒是痘病毒；最小的病毒如肠病毒及鼻病毒； 二、形态特征（形态多样，主要有 5种形态） （ 1）球状体（ spherical form），大多数人类和脊椎动物病毒的形 态为球形，如疱疹病毒、腺病毒等； （ 2）丝状体（ filamentous form），多见于植物病毒，但新分离的 流感病毒（ newly isolated influenza virus）可为丝状体； （ 3）砖形体（ brick-sh

5、aped），如天花和牛痘病毒； （ 4）弹状体（ bullet-shaped），如狂犬病毒和水泡性口炎病毒等； （ 5）蝌蚪状体（ tadpole-shaped），如噬菌体。 第一节 病毒的大小与形态 第一节 病毒的大小与形态 第一节 病毒的大小与形态 第一节 病毒的大小与形态 砖形体痘病毒的电镜图 第一节 病毒的大小与形态 弹状体狂犬病毒的电镜图 蝌蚪状体噬菌体的电镜图 第一节 病毒的大小与形态 1. 基本结构： 核酸 + 蛋白质 病毒的组成： 裸病毒 核心（ 核酸 ） 外披蛋白质 衣壳 包膜 - 包膜病毒Naked viruses Neucleocapsid Enveloped virus

6、es 2. 特殊结构： 包膜和触须 第二节 病毒的结构与化学组成 核衣壳 （刺突） Enveloped Virus Naked VirusCubic Helical 病毒体结构模式图 壳粒 衣壳 核心（核样物） 核衣壳 包膜 包膜病毒 包膜子粒 核心：核酸 基因组 genome 决定病毒遗传、变异和复制 壳粒 capsomere 衣壳 capsid 保护、介导、抗原性 包膜 envelope， 包膜子粒 peplomere（刺突 spike） 保护、介导、抗原性 触须 antenna 第二节 病毒的结构与化学组成 一、病毒的基本结构与功能： 1、基因组（ genome），位于病毒体内部的、编码

7、病毒所有结构蛋白和非结构 蛋白的核酸（ nucleic acid）；由 DNA或 RNA组成，故 DNA和 RNA病毒。 功能：病毒遗传变异的物质基础，具有编码病毒蛋白、控制病毒性状、决定病 毒复制及增殖侵害的功能。 第二节 病毒的结构与化学组成 （ 2）蛋白衣壳（ capsid），包裹或镶嵌在病毒核酸外面、由病毒基因组编码 的蛋白质。病毒的蛋白衣壳是由壳粒（ capsomer）组成，它是包裹病毒核酸 的一粒一粒的形态亚单位。 （ 3）核衣壳（ nucleo-capsid）， 病毒核酸和蛋白衣壳的总称。 第二节 病毒的结构与化学组成 功能：保护病毒核酸免受外界环境因 素（如核酸水解酶）的影响，

8、同时表现 病毒的生物学特性，如对宿主细胞的亲 嗜性、致病性、毒力和抗原性。 3、核衣壳的对称形式 Symmetry of Nucleocapsid 根据病毒壳粒排列方式的不同，病毒结构有三种对称型： （ 1） 立体对称 （ cubic symmetry），球形病毒，以 20面体对称 为多数，如腺病毒等 ； （ 2） 螺旋对称 （ helical symmetry），如丝状病毒、狂犬病毒 （ rabies virus）、水泡性口炎病毒（ VSV）和流感病毒等； （ 3） 复合对称 （ complex symmetry），衣壳中既有立体对称又 有螺旋对称部分，如 T噬菌体、天花病毒和牛痘病毒等。

9、病毒衣壳的对称性及壳粒的数目可进行病毒分类与鉴定。 第二节 病毒的结构与化学组成 复合对称 螺旋对称 20面体对称型 20个面 12个顶角 30个棱边 RNA 壳粒 螺旋对称型 二、病毒的特殊结构与功能： 1 、包膜或囊膜 envelope ：包裹在病毒核衣壳外面的结构，由 脂质和糖蛋白组成。 （ 1） 脂质 lipid： 来源 ：病毒出芽成熟过程中从宿主细胞的 核膜 或 细胞质膜 获得。 作用 ：包膜中脂质对宿主细胞的亲嗜性，决定病毒特定的侵害部 位；有包膜病毒可被脂溶剂（乙醚、氯仿、去氧胆酸钠）灭活。 第二节 病毒的结构与化学组成 （ 2） 糖蛋白 glycoprotein: 来源： 糖获

10、自宿主细胞，蛋白质由病毒自身基因编码。 包膜 子粒（ peplomer） 又 称刺突（ spike） 构成了病毒糖蛋白的 亚单位； 功能：识别、膜融合。 第二节 病毒的结构与化学组成 （ 3） 触须（ antenna） 常见于 腺病毒 （无包膜）。 核衣壳的各个顶角上有细长的结构，像大头针（顶端 膨大呈球状）。 功能：凝聚和毒害敏感的 宿主细胞。 第二节 病毒的结构与化学组成 第三节 病毒的增殖 一、病毒复制的条件： 活细胞 敏感细胞 吸附 adsorption 穿入 penetration 脱壳 uncoating 生物合成 biosynthesis 装配与释放 assembly and r

11、elease 二、病毒复制 （ replication） 的过程 复制 （ 自我复制 self-replication） 以病毒基因为模板 ， 籍 DNA多聚酶或 RNA多聚酶等 ， 使细胞转为复制病毒的基因组 ， 转录 、 翻译出相应的病毒 蛋白 ， 最终释放出子代病毒 。 1. 吸附 Adsorption 接触 结合 特异性吸附（病毒 配体位点 与细胞膜 特异受体 结合） 第三节 病毒的增殖 吸附 Adsorption 第三节 病毒的增殖 病毒配体与细胞表面受体结合。决定病毒感染的组织亲嗜性。 如 CD4+ T细胞表面 的 CD4分子 是 HIV的受体 ； 呼吸道上皮细胞和红细胞表面的糖蛋

12、白是流感病毒的受体； 肠道上皮细胞的脂蛋白是脊髓灰质炎病毒的受体 。 融合 （有包膜病毒） 胞饮 （无包膜病毒） 直接穿入 穿入 Penetration 脱壳 uncoating 病毒在细胞内脱去衣壳后，核酸才可发挥指令作用，多数是在细胞 的 溶酶体酶 作用下脱壳释放出病毒基因组。 4. 生物合成 biosynthesis 通过病毒基因组表达与复制来完成的 ， 包括蛋白质的合成与核酸的 复制 , 此阶段无完整病毒可见 ， 也不能用血清学检测出病毒的抗原 ， 称为 隐蔽期 （ eclipse） 合成病毒的 核酸 、 病毒的 蛋白 病毒核酸 多样性 DNA dsDNA ssDNA dsRNA RN

13、A ssRNA（ +/-） 分节段 RNA 线状、环状 大小悬殊 复制方式多样 存在形式多样 第三节 病毒的增殖 病毒 蛋白质 由病毒核酸编码 结构蛋白 组成病毒体的成分 衣壳蛋白 包膜蛋白 基质蛋白 连接衣壳蛋白与包膜蛋白的部分， 有跨膜及锚定功能区 非结构蛋白 病毒内 酶 感染细胞内 特殊作用蛋白 第三节 病毒的增殖 早期蛋白 (early protein): 是功能性蛋白质， 为病毒核酸复制提供酶类，参与调节宿主细胞 的自身代谢过程。 晚期蛋白 (late protein): 主要是病毒的结构蛋 白，与病毒的形态构成有关。 1. 双链 DNA病毒：利用宿主 细胞核内 依赖 DNA的 RN

14、A 多聚酶转录出早期 mRNA。 2. 单链 DNA病毒： 种类很少，微小病毒和人类输血传染病毒 (TTV) 为 ssDNA 病毒 。 先以亲代 ssDNA为模板，合成一个互补链形成中间型 dsDNA，然后解链，由新合成互补链为模板复制出子代 ssDNA， 转录 mRNA和翻译合成病毒蛋白质 。 3. 单正链 RNA病毒： 基因组 RNA直接具有 mRNA功能 ，可直接附着于宿主核糖 体转译出病毒结构蛋白和非结构蛋白（依赖 RNA的 RNA多 聚酶），故病毒核酸本身具有感染性，如 SARS病毒和脊髓 灰质炎病毒 。 4. 单负链 RNA病毒： 病毒本身含依赖 RNA的 RNA多聚酶，病毒核酸本

15、身不具有 感染性，如流感病毒等。 5. 双链 RNA病毒： 人类病毒中只有呼肠病毒科属于此类，病毒基因组共有 1012个非重叠的 dsRNA节段组成。每个节段均可由病毒自 身的 RNA多聚酶转录出不同的 mRNA。 dsRNA病毒只有其负链 RNA复制出正链 RNA，再由正链 RNA复制出新负链 RNA。故其复制不遵循 DNA半保留复制 的原理，子代 RNA全部为新合成的 RNA。 6. 逆转录病毒： 带有逆转录酶，以 RNA为模板合成互补的 DNA链， DNA链 为模板合成互补的另一条 DNA链，形成双链 DNA分子。如 HIV病毒等。 装配与释放 assembly and release

16、装配部位可在核内、胞质内、核膜、胞质膜上 无包膜病毒装配成核衣壳即为成熟病毒体 包膜病毒装配成核衣壳后以出芽方式释放，释放时包有核膜或胞质 膜成为成熟病毒体 释放（ release） 裂解（ Disintegration） : naked virus 出芽（ Budding） : enveloped viruses 出芽 流感病毒在细胞表面芽生释放电镜照片 装配与释放 assembly and release 第三节 病毒的增殖 病毒的复制周期 replication cycle 病毒的异常增殖 * 顿挫感染： 病毒进入宿主细胞后，如细胞不能为病毒增 殖提供所需要的酶、能量及必要的成分，则 病

17、毒就不能合成本身的成分，或者虽合成部 分或合成全部病毒成分，但不能组装和释放 出有感染性的病毒颗粒，称为顿挫感染。 * 缺陷病毒： 指因病毒基因组不完整或者因某一基因位点 改变，不能进行正常增殖，复制不出完整的 有感染性病毒颗粒，此病毒称为缺陷病毒。 * 辅助病毒 ： 可以辅助缺陷病毒完成正常增殖的病毒 （二）病毒的异常增殖和干扰现象 第三节 病毒的增殖 干扰现象 * 两种病毒感染同一细胞时 ， 可发生一种病毒抑制另一种病 毒增殖的现象称为 干扰现象 。 * 发挥干扰作用的缺陷病毒称为 缺陷干扰颗粒 （ defective interfering particle, DIP） 。 产生原因 干

18、扰素 interferon， IFN； 第一种病毒改变了细胞表面受体结构或细胞代谢途径； 抑制第二种病毒 mRNA的转译 第三节 病毒的增殖 1、自身干扰，高滴度的同一株病毒连续传代培养，生成 一部分无传染性的病毒，如流感病毒接种鸡胚； 2、同种干扰，同种病毒不同型间，如流感病毒 A1型和 A2 型之间； 3、异种干扰，不同种病毒之间，如甲型和乙型流感病毒。 干扰现象（ interference） 类型 病毒基因组碱基序列发生改变 1）毒力改变突变株：脊髓灰质炎病毒和麻疹病毒经过适当的 传代，其毒力减弱，变成减毒株，可制成疫苗； 2）条件致死突变株：温度敏感突变株 (temperature s

19、ensitive, ts)，在 28 35 可以复制， 37 40 即发热体温下不能复 制而被灭活； 3）宿主适应性突变株：狂犬病毒在兔脑内连续增殖，由“街 毒”变为“固定毒”，从而制成狂犬疫苗。 第四节 病毒的遗传与变异 一、基因突变 基因重组 genetic recombination 形成兼有两亲代病毒特性的子代病毒。 二、基因重组与重配 第四节 病毒的遗传与变异 基因重配 genetic reassortment 通过交换 RNA节段而进行的重组。 第四节 病毒的遗传与变异 互补 (complementation)：两种病毒通过其产生的蛋白产物（ 衣壳、包膜、酶）互补不足，如辅助病毒与

20、缺损病毒间、两 缺损病毒间、活病毒与死病毒间都可发生互补，互补后产生 原病毒的子代。 表型混合 (phenotypic mixing)：两种病毒混合感染时，装配 过程发生错误，子代病毒可含有双方衣壳或包膜；主要表现 为耐药性，抗原性等改变，基因并未改变，改变的生物学性 状不能遗传。 基因型混合 (genotypic mixing)：两种病毒的核酸混合装配在 同一病毒的衣壳内，或两种病毒的核衣壳包在一个包膜内。 由于核酸未发生基因重组，故没有遗传性。 三、病毒基因产物的相互作用 第四节 病毒的遗传与变异 病毒的抵抗力 灭活（ inactivation） ： 失去感染性；但仍可保留其抗 原性、红细

21、胞吸附等生物学功能； 物理因素： Tm; 干燥； pH; 射线； 化学因素： 脂溶剂；化学消毒剂 环氧乙烷等； 第五节 理化因素对病毒的影响 DNA病毒：痘病毒科、疱疹病毒科、腺病毒科、乳 多空病毒科、细小病毒科； RNA病毒：呼肠病毒科、双 RNA病毒科、副粘病毒 科、弹状病毒科、正粘病毒科、布尼亚病毒科、沙粒 病毒科、 小 RNA病毒科、 杯状病毒科、星状病毒科、 冠状病毒科、黄病毒科、披膜病毒科 DNA和 RNA逆转录病毒：嗜肝 DNA病毒科 、 逆转录 病毒科 现在一般分为三类： 第六节 病毒的分类 多数与植物病毒有关 有两类：一类可编码自身衣壳蛋白 另一类为卫星病毒 RNA分子 需辅

22、助病毒才能复制 卫星病毒（ satellites） 第六节 病毒的分类 类病毒（ Viroids） 很小 (200-400 nt)，杆状 RNA 分子，有二级结构 无衣壳或包膜 在核内增殖，严格细胞内寄生 多与植物疾病相关 第六节 病毒的分类 Proteinaceous infection particles， 蛋白侵染颗粒， 生物学地位待定。 结构仅由一种耐蛋白酶 K的蛋白分子组成。 朊粒（ prion） 第三节 病毒的分类 病毒概念、大小和测量单位 病毒的结构、组成及其功能 病毒的增值方式（ 吸附、穿入、脱壳、生 物合成、装配与释放 ） 病毒的异常增殖：缺损病毒、顿挫感染、 干扰现象 本章重点