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1、第一节 病毒的特点及定义,一.病毒的发现,二.病毒的一般特征,三.病毒的定义,一.病毒的发现,病毒是非细胞结构的生物，与细胞生物有较大的差异。由于病毒的太小，超出了普通显微镜的分辨率范围，直到1886年人类才发现其存在。,1886年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病。,1892年，俄国的植物病理学家伊万诺夫斯基（D. Ivanovsky）发现烟草花叶病的病原能通过细菌过滤器，他认为烟草花叶病是“细菌外毒素”或极小的细菌。,1898年，荷兰的土壤微生物学家贝叶林克（M.W. Beijerinck ，18511931 ）在研究烟草花叶病时，首次提出其病原体是病毒。,1915年、 191
2、7年，F. W. Twort和F.dHerelle分别发现细菌（Shigella dysenteriae）病毒噬菌体（Phage）。,1935年，美国的Stanley在研究TMV时，发现TMV可被胃蛋白酶水解，用硫酸铵法提纯TMV，得到了TMV的针状结晶。这种结晶即使稀释到10-9时，仍具有感染性。,1936年，Bawden and Pirie 发现TMV含有糖和磷，是一种核蛋白，用热变性的方法可以将核酸释放出来。,1940年，德国的Kauche and Melcher首先用电子显微镜观察到TMV的杆状外形。电子显微镜在确定病毒的大小、结构和推断病毒的各种结构与功能的关系上起了重要作用。,19
3、52年，Hershey and Chase利用放射性同位素标记法证实噬菌体DNA具有感染性，而外壳蛋白不具感染性。,1956年，病毒的核酸被提取出来，并证实TMV的RNA具有感染性。以后许多试验证明病毒的遗传物质是核酸，或者DNA或者RNA。1970年代后又陆续发现了各种亚病毒。,死神埃博拉？,没有独立的代谢系统，必须专性寄生。通过控制寄主细胞的生物合成机构进行增殖。,二.病毒的一般特征,病毒个体极小，只有在电镜下才能观察到，可通过细菌过滤器。,没有细胞结构，化学组成简单，多数由蛋白质和核酸构成。可以用硫酸铵沉淀并形成结晶。,每一种病毒只含有单一类型的核酸或者DNA，或者RNA。,具有感染性，
4、可以从一种寄主细胞转移到其他寄主细胞。,在寄主体外，仅以无生命的大分子形式存在。,对多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。,三.病毒的定义,病毒是一类个体极小、专性寄生、只含有一种类型核酸的非细胞结构的原始生物。,迄今为止，对于何谓病毒仍无一个科学而严谨的定义。,非 细 胞 生 物,病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分,亚病毒,类病毒：只含具侵染性的RNA组分,卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分,朊病毒：只含蛋白质,第二节 病毒的形态结构,一.病毒的形态、大小,二.病毒的化学组成,三.病毒的结构与构型,四.病毒的群体形态,一.病毒的形态、大小,1.病毒的形态,常见的病毒形态包括球形、杆状和蝌蚪状，
5、还有一些特殊的形态如丝状、砖状和子弹状等。,动物病毒：多为球形、卵球形或砖形。如腺病毒为球形，痘病毒为砖形，弹状病毒为子弹状。,植物病毒：多为杆状或丝状，少数球状。如烟草花叶病毒为丝状，花椰菜花叶病毒为球状。,噬菌体：多呈蝌蚪状，少数丝状和球状。如大肠杆菌T2n-phage为蝌蚪状，fd为丝状，而x174为球状。,2.病毒的大小,病毒个体极小，大小用nm表示。,病毒的大小差异较大，多数在10300nm之间，用光学显微镜不能观察，必须借助于电镜。病毒可以通过细菌过滤器（220nm）。,二.病毒的化学组成,多数病毒含有核酸和蛋白质，部分动物病毒除核酸、蛋白质外，还含有多糖和脂类。少数病毒只具有核酸
6、，不含蛋白质。,病毒只有一种核酸，要么DNA，要么RNA。在病毒中，除了DNA可以携带遗传信息外，RNA也能携带遗传信息。,1.病毒的核酸,病毒的核酸含量变化较大，从1-5%，比如TMV5%，流感病毒1%，T2n噬菌体50%。DNA病毒的核酸分子量为1-200106Dal，RNA病毒的核酸分子量约2-15106Dal，其基因数少者只有几个，多者有数百个。,2.病毒的蛋白质,病毒的蛋白质与其他生物没有区别，其外壳蛋白主要具有保护作用，少数蛋白质是酶类。常见的酶类有ATPase、溶菌酶、RNA合成酶和逆转录酶等。,病毒的蛋白质含量变化也较大，例如TMV95%、流感病毒97%、狂犬病毒96%，而T2
7、n噬菌体40%。,3.多糖和脂类,主要存在于一些大型病毒的封套中，有的噬菌体（如大肠杆菌T2n噬菌体）的核酸上也含有糖类，这些糖使核酸糖基化，对核酸起保护作用。,三.病毒的结构与构型,1.病毒的结构,病毒粒子或病毒体（Virion）是指结构完整，充分成熟并具有感染性的病毒个体。,完整的病毒粒子由核髓（Core）和壳体（Capsid）构成。核酸位于病毒粒子的中心，构成了病毒的核髓；包围着核髓的蛋白质外壳称为壳体（衣壳）；壳体由多个壳粒（Capsomer）组成。壳粒由16条同种多肽分子折叠成的蛋白质亚单位组成，呈空心状。,由壳体和核髓组成的复合物称为核壳体（Nucleocapsid）。核壳体是病毒
8、的基本结构。有的复杂病毒在核壳体外还有封套。,2. 病毒的构型,病毒的构型决定了病毒的形态。按照病毒蛋白质壳粒的排列方式，可将病毒分为三种构型。,病毒的构型,螺旋型对称的病毒,二十面体病毒,复合对称的病毒,流感病毒（Influenza）,四.病毒的群体形态,1.包含体,有的动物或植物病毒在感染寄主细胞后，可能够刺激寄主细胞形成一些在光学显微镜下可见的小体，称为包含体（Inclusion body）。包含体多呈圆形、卵圆形或不规则形。,不同病毒所形成的包含体在细胞中的位置不同，有的位于细胞质中，如昆虫质型多角体病毒、大多数痘病毒（天花病毒）；有的位于细胞核中，如疱疹病毒、昆虫核型多角体病毒。,家
9、蚕质型多角体病毒,昆虫病毒的包含体,将少量噬菌体与大量的寄主细胞混合后，均匀涂布在平板上，经过一段时间的培养，在布满菌苔的平板表面，可见多个透明斑，称为嗜菌斑（Plaque）。,2.嗜菌斑,噬菌斑,第三节 病毒的复制,病毒是专性寄生物，在寄主细胞外仅仅是一个生物大分子，没有生命的特征。只有当病毒侵入活的寄主细胞后，才表现出生命的特征。病毒侵入寄主细胞后，通过控制寄主细胞的生物合成机构来复制自身的基因组，合成蛋白质，最终由核酸和蛋白质在寄主细胞中装配成新的完整的病毒粒子，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊的繁殖方式称为病毒的复制。,一.病毒的复制过程,二.细胞的溶源性及非溶源化,不同类型的
10、病毒其复制过程基本相同，可分为五个阶段：,一.病毒的复制过程, 吸附； 侵入； 复制，包括病毒基因组的表达与复制； 装配； 释放。,1.吸附（Adsorption）,病毒对寄主细胞的吸附具有高度特异性。当噬菌体与寄主细胞发生偶然碰撞后，如果尾丝尖端与寄主细胞表面的特异受体接触，可触发颈须把紧卷的尾丝散开，附着在受体上，并使刺突、尾板固着在细胞表面。不同的噬菌体有不同的吸附位点。,吸附作用受多种因素的影响,（1）噬菌体数量,（2）阳离子浓度,（3）辅助因子,（4）PH值,（5）温度,随机碰撞而接触（静电引力或氢键）,可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）,病毒表面蛋白与细胞受体的结合,特异性，
11、不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段,病毒粒子,敏感细胞,噬菌体的吸附分为非特异性吸附和特异性吸附两种类型：,病毒侵入的方式决定于病毒的类型和寄主细胞的结构。,2.侵入（Penetration）,（1）噬菌体：T2n噬菌体可以主动侵入。噬菌体首先将其尾部附着在细菌细胞表面，并通过尾丝固定在细胞上；然后尾板从尾丝中获得一个构型刺激，促使尾鞘收缩；同时，噬菌体尾部释放所携带的少量溶菌酶，将细菌的细胞壁局部溶解形成一个小孔；最后，尾鞘收缩将尾髓压入细胞，并将头部的核酸通过中空的尾髓注入细胞内，而噬菌体的外壳仍留在细胞外。,如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即
12、裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解（lysis from without）。,（2）动物病毒：动物细胞没有细胞壁，病毒的侵入可以采取多种形式，如吞噬作用和胞饮作用、直接侵入等。,（3）植物病毒：植物细胞具有坚硬的细胞壁保护，病毒一般不能直接侵入，只能借助于昆虫的口器刺入或经伤口侵入。,3.复制（Replication）,侵入寄主细胞的病毒核酸利用自身携带的遗传信息，控制寄主细胞的生物合成机构，复制病毒的核酸，并大量合成病毒的蛋白质，这个过程也称为病毒的生物合成过程。,大多数噬菌体侵入寄主细胞后，寄主细胞自身的合成就停止了，转而合成噬菌体的核酸和蛋白质，但有的噬菌体，其DNA侵入
13、后，寄主细胞的DNA 不停止活动，并能继续表达。,4.装配（Assembly ）,在最后的成熟过程中，噬菌体DNA可与壳体蛋白质自主装配成成熟的、具有感染力的噬菌体颗粒。,噬菌体的成熟过程是由其自身某些控制形态的基因操纵的，约有30个不同的蛋白和至少47个基因参与。首先合成噬菌体的壳体亚单位（头部），在蛋白质亚单位聚集起来的同时，其DNA分子发生凝缩，二者紧密地组装成二十面体。通过连续的合成，另一些亚单位独立装配成尾部部件（包括尾鞘、尾髓、尾丝等），再与头部连接形成完整的病毒粒子。,5.释放（ Release ）,不同的噬菌体释放过程有所区别。T2n噬菌体在成熟时，产生两种（后期）蛋白质，一种
14、是能破坏细胞膜的由噬菌体编码的蛋白质，另一种是溶菌酶。当前者破坏细胞膜后，溶菌酶可穿透细胞膜，破坏细胞壁的肽聚糖层（使肽聚糖主链水解，细胞壁逐渐变薄），最后由于渗透压不平衡而破裂，病毒粒子以突然爆发的方式释放出来（崩解）。,一般每个细胞可释放101000个噬菌体粒子，如T2为150个左右，T4约100，f2则高达10,000个。,少数噬菌体如M13、fd释放时不破坏细胞壁，而是从细胞壁钻出，不影响细胞的正常生活。,许多动物病毒（如流感病毒）以出芽方式释放，在出芽时获得封套。还有的动物病毒（腺病毒、脊髓灰质炎病毒）能引起寄主细胞局部裂解释放。,成熟的噬菌体粒子从寄主细胞中释放出来，标志着噬菌体完成了一个生活周期。,植物病毒可以通过细胞的溶解或破裂而释放。,