食品化学第三章.ppt

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1、第三章第三章非细胞生物：病毒和亚病毒非细胞生物：病毒和亚病毒第一节病毒的生物学本质一、人类对病毒的发现和认识过程一、人类对病毒的发现和认识过程l1892：俄国：俄国伊万诺夫斯基伊万诺夫斯基Ivanovski首次发现烟草花叶病的感首次发现烟草花叶病的感染因子（染因子（Tobaccomosaicvirus,TMV）能通过细菌过滤器。）能通过细菌过滤器。l1898：荷兰：荷兰贝哲林克贝哲林克证实该致病因子可以被乙醇从悬液中沉证实该致病因子可以被乙醇从悬液中沉淀下来而不失去其感染性但用培养细菌的方法培养不出来；给这淀下来而不失去其感染性但用培养细菌的方法培养不出来；给这样的病原体起名叫样的病原体起名叫

2、virus。l1935：美国：美国斯坛莱斯坛莱从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具感染和又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具感染和复制能力，并因此而或诺贝尔奖。复制能力，并因此而或诺贝尔奖。l1952：Hershey和和Chase证实噬菌体的遗传物质仅仅是证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA,开开创了病毒分子生物学。创了病毒分子生物学。l20世纪世纪20年代年代,欧洲瘟疫、黑死病、流感。欧洲瘟疫、黑死病、流感。l1971后：陆续发现了各种亚病毒后：陆续发现了各种亚病毒类病毒、元病毒、和拟病毒。类病毒

3、、元病毒、和拟病毒。l1990年以来，疯牛病、爱滋病、艾博拉、年以来，疯牛病、爱滋病、艾博拉、SARS、禽流感、禽流感非细胞生物的种类:l（真）病毒（真）病毒(virus)：至少含有核酸和蛋白质至少含有核酸和蛋白质两种两种组分组分l类病毒类病毒(viroid)：只含单独具侵染性的只含单独具侵染性的RNA组分组分l亚病毒亚病毒拟病毒拟病毒(virusoid)：只含不具单独侵只含不具单独侵染性的染性的RNA组分组分l朊病毒朊病毒(prion)：只含蛋白质一种组分只含蛋白质一种组分二、病毒的基本特点和定义二、病毒的基本特点和定义l定义：病毒(virus)是一类比细菌更加微小，能通过细菌过滤器，只含一

4、种类型的核酸(DNA或RNA)与少量蛋白质，仅能在敏感的活细胞内以复制的方式进行增殖的非细胞生物。l从本质上说：病毒是一种生物实体，其基因组是能利用细胞的合成系统在活细胞内复制，并合成能将病毒基因组转移到其它细胞中去的特殊颗粒的核酸分子（DNA或RNA）。l几乎所有的生物都可以几乎所有的生物都可以感染相应的病毒。根据宿主可以分感染相应的病毒。根据宿主可以分三类：三类：动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒细菌病毒（或称噬菌体）细菌病毒（或称噬菌体）特点：v形体极其微小形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；般都可通过细菌滤器；v没有细胞构造没有

5、细胞构造，故也称分子生物；，故也称分子生物；v其其主要成分仅是核酸和蛋白质主要成分仅是核酸和蛋白质两种；两种；v每一种病毒只含有一种核酸每一种病毒只含有一种核酸，不是，不是DNA就是就是RNA；v既无产能酶系也无蛋白质合成系统；既无产能酶系也无蛋白质合成系统；v在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体生长和二均等分裂等配的形式进行增殖，不存在个体生长和二均等分裂等细胞繁殖方式；细胞繁殖方式；v在宿主的活细胞内营专性寄生在宿主的活细胞内营专性寄生；v在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，在离体条件下，以无生命的化学

6、大分子状态存在，并可形成结晶并可形成结晶；v对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。单细胞微生物与病毒性质比较性质性质细菌细菌立克次氏立克次氏体体支原支原体体衣原衣原体体病毒病毒直径大于直径大于300nm300nm+-+-在无生命培养基生长在无生命培养基生长+-+-双分裂双分裂+-DNADNA和和RNARNA+-核酸感染性核酸感染性-+a核糖体核糖体+-代谢代谢+-对抗生素的敏感性对抗生素的敏感性+-ba DNA病毒和RNA病毒中的一部分 b 利福平可抑制痘病毒复制第二节病毒的形态结构与功能一、病毒的大小与形态一、病毒的大小与形态侧定大小的单位是纳米（侧定大小的

7、单位是纳米（109)，多数病毒的直径在，多数病毒的直径在100nm以下；以下；绝大多数病毒是能通过细菌滤器；绝大多数病毒是能通过细菌滤器；须用电镜才能观察到其具体形态和大小须用电镜才能观察到其具体形态和大小.书上分为三类：书上分为三类：大型（大型（200-300nm）中型（中型（150-200nm）小型（小型（20-30nm）病毒的形态：有球形、卵圆形、砖形、杆病毒的形态：有球形、卵圆形、砖形、杆状、丝状、蝌蚪状、子弹状等状、丝状、蝌蚪状、子弹状等研究病毒大小与形态的方法有：研究病毒大小与形态的方法有：电子显微镜法分级超滤膜过滤法超速离心沉淀法电离辐射与X线衍射分析法电镜下的病毒：电镜下的病毒

8、：疱疹病毒疱疹病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒病毒纯化病毒纯化l由于病毒只能在活细胞内繁殖，所以用于病毒制备的起始材料只能是病毒感染的宿主机体，组织或细胞经破碎后的抽提物，或病毒感染的宿主的体液，血液和分泌物，或病毒感染的细胞培养物的培养液等。在这些材料中不可避免地混杂有大量的组织或细胞成分、培养基成分、可能污染的其他微生物与杂质。为了得到纯净的病毒材料，必须利用一切可能的方法将这些杂质成分除去，这就是病毒的纯化。病毒纯化的标准病毒纯化的标准l第一、由于病毒是有感染性的生物体，所以纯化的病毒制备物应保持其感染性。纯化过程中的各种纯化方法对病毒感染性的影响，以及最终获得的纯化制备物是否符合标准，都可

9、利用病毒的感染性测定进行定量分析。l第二、由于病毒具有化学大分子的属性，病毒毒粒具有均一的理化性质，所以纯化的病毒制备物的毒粒大小、形态、密度、化学组成及抗原性质应当具有均一性表现。病毒纯化的方法病毒纯化的方法l用于病毒纯化的方法很多。不同的病毒有不同的纯化方法，即使同一种病毒，若在不同的宿主系统中其纯化方法也可能不同。但无论是哪种纯化方法，都是根据病毒的基本理化性质建立：l第一、毒粒的主要化学组成是蛋白质，鉴于病毒的高蛋白含量，故可利用蛋白质提纯方法来纯化病毒，例如盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等；l第二、毒粒具有一定的大小、形状和密度，一般可在10,000100,000

10、g的离心场中12小时沉降，特别是由于毒粒是由许多大分子（蛋白质、核酸等）组成，离心时它们比细胞蛋白沉降更快，而且许多病毒都有较高的浮密度，所以超速离心技术广泛地用于病毒纯化。二、病毒的结构与功能二、病毒的结构与功能（一）基本结构及其功能（一）基本结构及其功能基本结构：由基因组(genome)和蛋白衣壳(capsid)组成的核衣壳(nucleo-capsid)构成。(1)病毒基因组病毒基因组l病毒的基因组是指位于病毒体内部，编码病毒所有结构蛋白(指蛋白衣壳、基质蛋白、包膜中蛋白等)和非结构蛋白(不作为病毒体的结构，但通常具有酶的活性)的核酸。lDNA病毒和RNA病毒两大类比如SARS：冠状RNA

11、病毒l病毒的核酸以多种形式存在。lDNA病毒分双链DNA(dsDNA)和单链DNA(ssDNA)。lRNA病毒亦有单链和双链之分。l单链RNA病毒根据核酸能否起mRNA的作用，分正链和负链RNA。l凡碱基排列顺序与mRNA相同的单链RNA，称正链(+)RNA；具有侵染性，并具有mRNA的功能，可直接作为mRNA合成蛋白质；l凡碱基排列顺序与mRNA互补的单链RNA，称负链(-)RNA；负链RNA没有侵染性，必须依靠病毒携带的转录酶转录成正链RNA(负链RNA的互补链)后，才能作为mRNA合成蛋白质。根据合成mRNA的方式不同，将病毒基因组分为6大类型。单链DNA(ssDNA)双链DNA(dsD

12、NA，DNA)单正链RNA(ss+RNA，+RNA)单负链RNA(ss-RNA，-RNA)双链RNA(dsRNA，RNA)反转录病毒(retrovimses)（2）毒粒的壳体结构）毒粒的壳体结构l壳体是由大量的同一的壳体蛋白单体分子，即蛋白质亚基（proteinsubunit）以次级键结合形成的，蛋白质亚基又称原体(protomer)。l根据相对简单的几何学原理，病毒的壳体主要有三种结构类型。（1）螺旋对称壳体（2）立体对称）立体对称壳体（3）复合对称）复合对称壳体（1）螺旋对称壳体）螺旋对称壳体l病毒壳体呈螺旋对称（helicalsymmetry），即亚基有规律地沿着中心轴呈螺旋排列，进而形

13、成高度有序、对称的稳定结构。（2）立体对称壳体）立体对称壳体l蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。几何学中的立方对称结构实体包括正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体。在这些拓朴等价多面体中，若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedralsymmetry）结构。（3）复合对称壳体壳体l病毒的衣壳中既有立体对称部分，又有螺旋对称部分，称为复合对称。（二）特殊结构及其功能（二）特殊结构及其功能l(1)病毒包膜一些复杂的病毒的核壳外还覆盖着一

14、层称做包膜的脂蛋白膜。包膜是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的，是包裹在病毒核衣壳外面的一层较为疏松、肥厚的膜状结构。病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜（脂类和糖蛋白）。病毒包膜有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。病毒的特殊结构病毒的特殊结构包膜（模式图）包膜（模式图）脂类的来源与作用病毒包膜的脂类来源于细胞，其种类和含量均具有对寄主细胞的特异性。脂类具有对寄主细胞的亲嗜性，可决定病毒特定的侵害部位。糖蛋白的来源与作用蛋白质由病毒基因组编码而合成，而糖则获自寄主细胞。病毒糖蛋白是由一条或几条多肽

15、链骨架与寡糖侧链连接形成，位于包膜表面形成包膜突起(peplomere)或刺突(spike)。作用：赋予病毒的某些特殊功能辅助病毒的感染作用启动病毒感染所必需的包膜糖蛋白是由多肽链骨架与寡糖侧链，通过-N-糖苷键将糖链的N-乙酰葡萄糖胺与肽链的天冬酰胺残基连结形成。根据寡糖链中单糖残基组成的区别，包膜糖蛋白又分为简单型糖糖蛋白和复合型糖蛋白两类。(2)病毒基质蛋白或被膜病毒基质蛋白或被膜定义：某些病毒(如正黏病毒和副黏病毒)在核衣壳的外层和包膜内侧垫有一层蛋白，称为基质蛋白。功能：它具有支撑包膜，维持病毒结构的功能。更重要的是它促进核衣壳与包膜之间的识别，有利于病毒的装配。疱疹病毒的被膜含有病

16、毒蛋白和酶，有助于起始病毒的复制。(3)病毒触须病毒触须定义：触须是有些无包膜病毒核衣壳上的突出物。功能：与包膜刺突相似，具有凝集某些动物红细胞和毒害敏感寄主细胞的作用。三、病毒的包涵体三、病毒的包涵体概念：感染病毒的宿主细胞内，出现在光学显微概念：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，称镜下可见的大小、形态、数量不等的小体，称为包涵体。在宿主细胞内形成包涵体是病毒的为包涵体。在宿主细胞内形成包涵体是病毒的特征，不同的病毒其形成的包涵体具有不同的特征，不同的病毒其形成的包涵体具有不同的形态、结构、和特性，可用于分类鉴定。形态、结构、和特性，可用于分类鉴定。包

17、涵体在细胞中的形成部位：位于细胞核内包涵体在细胞中的形成部位：位于细胞核内如包疹病毒如包疹病毒 位于细胞质内位于细胞质内如狂犬病毒等如狂犬病毒等 胞核内胞质都有胞核内胞质都有麻疹病毒麻疹病毒 包涵体的本质包涵体的本质-大多数是病毒粒子组成的，大多数是病毒粒子组成的，少数是细胞对病毒的反应。少数是细胞对病毒的反应。了解研究包涵体的实践意义了解研究包涵体的实践意义-病毒鉴定病毒鉴定 临床诊断依据临床诊断依据第三节第三节病毒的增殖病毒的增殖一、一步生长曲线一步生长曲线是研究病毒复制的一个经典试验，最初是为研究噬菌体的复制而建立，以后推广到动物病毒和植物病毒的复制研究中。基本方法是以适量的病毒接种于标

18、准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附(attachment)后，或高倍稀释病毒细胞培养物，或以抗病毒抗血清处理病毒-细胞培养物，以建立同步感染，然后继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线，即一步生长曲线从一步生长曲线中，可以获得病毒繁殖的两个特征性数据：潜伏期（latentperiod）和裂解量（burstsize）。病毒增殖的一步生长曲线病毒增殖的一步生长曲线（一）潜伏期和裂解量（一）潜伏期和裂解量l潜伏期是毒粒吸附于细胞到受染细胞释放出子代毒粒所需的最短时间。不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物

19、病毒以小时或天计。l裂解量是每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。其值等于潜伏期受染细胞的数目除以稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。（二）隐蔽期（二）隐蔽期（eclipseperiod）l隐蔽期是指自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新的感染性病毒的时间。l隐蔽期发生在病毒感染的早期，即在潜伏期的前一段，包括病毒的吸附、穿入、脱壳和生物合成。l受染细胞内检测不到感染性病毒（三）裂解期（三）裂解期（burstperiod）l裂解期又称成熟期，是指发生在潜伏期之后的寄主细胞迅速裂解死亡，噬菌体粒子急剧增加的一段时间。l此期发生在病毒感染的后期，包

20、括病毒的装配和释放。（四）稳定期（四）稳定期（stableperiod）l稳定期发生在裂解期末，是指感染后的寄主细胞全部被裂解，子代毒粒数目在最高处达到稳定的时期。二、二、病毒的一般增殖过程病毒的一般增殖过程l病毒的增殖是病毒基因组在寄主细胞内自我复制与表达的结果，病毒的增殖又称为病毒的复制，是病毒在活细胞中繁殖的过程。T4噬菌体的生命周期示意图噬菌体的生命周期示意图1吸附吸附l吸附是病毒表面蛋白与细胞受体特异性的结合，导致病毒附着于细胞表面，这是启动病毒感染的第一阶段。（1）病毒吸附蛋白病毒吸附蛋白(viralattachmentprotein,VAP)是能够特异性地识别细胞受体并与之结合的

21、毒粒表面的结构蛋白分子，亦称做反受体（antireceptor）。无包膜毒粒的VAP往往是核壳的组成部分，有包膜病毒的VAP为包膜糖蛋白，如T偶数噬菌体的尾丝蛋白，流感病毒包膜表面的血凝素糖蛋白等。一些复杂的病毒，如痘苗病毒(Vacciniavirus)，单纯疱疹病毒（Herpessimplexvirus，HSV）有数种反受体分子，而且反受体可能有几个功能结构域，各与不同的受体作用。编码反受体的基因的突变，能够灭活或破坏反受体的蛋白水解酶、-糖苷酶及中和抗体等均可导致反受体与受体相互作用能力的丧失，进而影响病毒的感染性。l（2）细胞受体病毒的细胞受体亦称病毒受体，系指能被病毒吸附蛋白特异性地识

22、别，并与之结合介导病毒进入细胞，启动感染发生的细胞表面组分。现在已知病毒受体是细胞的功能性物质，为细胞正常生长代谢所必需，而非病毒专一性的成份，例如狂犬病毒(Rabiesvirus)的受体是细胞表面的乙酰胆碱受体，单纯疱疹病毒的受体是硫酸乙酰肝素。不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围。最近还发现人免疫缺陷病毒(Humanimmunodeficiencyvirus,HIV)等的感染需要辅助受体（coreceptor）的参与。这种稍后与病毒结合并引发病毒穿入或膜融合的细胞组分又称为第二受体。但至今仍未发现植物病毒的细胞受体存在。l（3）病毒的吸附过程病

23、毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。不同病毒的吸附速率常数有很大差别。影响细胞受体和病毒吸附蛋白的活性的因素，如细胞代谢抑制物、蛋白酶、糖苷酶、脂溶剂，抗体等，以及包括温度，离子浓度和pH在内的环境因素均可影响病毒的吸附反应。（二）穿入（二）穿入或侵入或侵入l侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。l不同的病毒宿主系统的病毒侵入机制不同。如：融合(fusion)与病毒胞饮(viropexis)（三）脱壳（三）脱壳l穿入细胞质中的核衣壳脱去衣壳蛋白，使基因组核酸裸露的过程称脱壳(uncoating)。

24、l是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。l至今对于病毒脱壳的机制和细节仍缺乏了解，但病毒与细胞受体的作用对于病毒脱壳是至关重要的。（四）生物合成（四）生物合成l病毒基因组核酸一经脱壳释放，即利用寄主细胞提供的低分子物质合成大量病毒核酸和结构蛋白，此过程为生物合成(biosynthesis)。l病毒大分子的合成是通过病毒基因组的表达与复制完成的，在这一过程中所发生的各种病毒复制事件存在着强烈的时序性。复制病毒自身的核酸、转录成mRNA和mRNA转译病毒蛋白质l早期mRNA可转译早期蛋白，包括病毒复制所必需的复制酶和一些抑制蛋白，抑制蛋白可封闭寄主细胞的正常代谢，使细胞代谢转向有利于病毒的复制

25、；l晚期mRNA主要是转译病毒衣壳蛋白和其它结构蛋白。l生物合成中的关键产物是病毒mRNA，根据病毒核酸的类型以及病毒基因组如何转录mRNA，又如何指令合成蛋白质，将生物合成过程分为3大类型。割裂基因(splitgene；内含子，intron)的发现70年代以前，人们关于基因的概念主要源于细菌遗传学研究，对于真核生物基因结构与表达调控所知甚少。1976年，美国冷泉港实验室罗伯特(RichardRoberts)领导的研究小组发现，起始于相同的11个核苷的腺病毒的几种mRNA在与腺病毒DNA杂交时，这11个核苷不能与DNA链结合。该实验室的研究者还发现，腺病毒基因组一个片段可与来自另一不同区域的m

26、RNA杂交。这些发现开始彻底动摇由细菌研究得来的连续基因的概念。正当这些富有魅力的现象激起罗伯特等更大兴趣之时，麻省理工学院夏普(Phillipsharp)领导的研究小组也获得了关于腺病毒基因的类似重大发现。罗伯特与本实验室的电镜专家及时进行了讨论，由他们精心设计了腺病毒DNA与mRNA杂交的实验。所获得的电镜结果显示，含11个核苷的mRNA起始区未与mRNA的其余部分相连，而是结合到DNA链另一区段。更令人感兴趣的是在与mRNA结合的DNA链上，有两个未与mRNA杂交的向外突出的DNA环。根据这些发现，罗伯特等作出革命性结论，真核生物DNA编码的遗传信息是不连续的，即真核基因与原核基因不同，

27、是割裂基因。与此同时，夏普根据其发现亦得出同样的结论。在1977年6月的冷泉港会议上他们报告了这些结果，并在生物学界引起轰动。罗伯特和夏普的发现不但完全革新了传统的基因概念，而且对真核生物基因的表达调控和进化研究以及生物技术产生了巨大的影响，因此他们分享了1993年诺贝尔生理和医学奖。获奖时他们曾风趣地回顾说，当他们观察腺病毒DNA与其mRNA形成的不连续杂交分子图像时，他们便意识到诺贝尔已带着他的遗产敲开了他们的心扉。(1)DNA病毒病毒双链DNA病毒研究得最为充分的T4噬菌体的大分子合成其生物合成是先利用寄主细胞核内的依赖DNA的RNA聚合酶转录出早期mRNA，再在细胞质内的核蛋白体上翻译

28、成早期蛋白，用以复制大量子代DNA分子。亲代DNA在解链酶的作用下解链成正链DNA和负链DNA，在DNA聚合酶作用下以半保留方式复制出两条互补链，使成为新的子代双链DNA(DNA)。再以子代单链DNA为模板，转录大量的晚期mRNA。单链单链DNA病毒病毒l属干微噬菌体科的噬菌体X174基因组为正链DNA。lX174DNA进入细胞后，在宿主的DNA多聚酶作用下形成双链DNA，这种病毒单链核酸复制产生的双链复制分子称做复制型(replicativeform,RF)。然后以复制型为模板进行复制和转录、产生更多的复制型、mRNA和子代+DNA基因组。（2）RNA病毒病毒l单正链RNA病毒l此类病毒的特

29、点是基因组核酸具有传染性(感染性或侵染性)，不含RNA聚合酶，单正链RNA可直接作为mRNA附着于寄主细胞核蛋白体上转译出早期蛋白，即依赖RNA的RNA聚合酶。在此酶催化下转录出与亲代RNA互补的负链RNA，从而形成双链(RNA)的复制中间型，然后解链，以互补的负链RNA为模板转录大量正链RNA。这些单正链RNA即可作为病毒mRNA转译衣壳蛋白和其它结构蛋白，也可直接作为子代病毒的基因组。后者与结构蛋白在细胞质内装配，形成成熟的病毒体。单负链单负链RNA病毒病毒此类病毒的特点是基因组核酸单独没有传染性，单负链RNA不能用作mRNA，病毒体本身多含有依赖RNA的RNA聚合酶能以亲代单负链RNA转

30、录出正链RNA。正链RNA即可作为mRNA转译结构蛋白和酶蛋白，也可以正链RNA为模板转录出大量负链RNA作为子代病毒的基因组。后者与结构蛋白装配成病毒体释放至细胞外。双链双链RNA病毒病毒此类病毒仅由其中负链RNA在病毒含有的依赖RNA的RNA聚合酶作用下复制出正链RNA。正链RNA即可作为模板复制出新负链RNA，组成子代双链RNA(全部是新合成的RNA)，也可作为mRNA先转译出更多的RNA聚合酶、调控酶和构成核蛋白的蛋白亚单位。新转译的病毒蛋白与正链RNA形成正链核糖核蛋白(+)RNP，新复制的负链RNA也形成(-)RNP，最后形成双链()RNP，其外层包以衣壳蛋白成为双链RNA病毒。(

31、3)逆转录病毒逆转录病毒l此类病毒虽然也是单正链RNA病毒，但是因含有由基因组编码的依赖RNA的DNA聚合酶(反转录酶)，其生物合成过程与上述3种RNA病毒完全不同。l在反转录酶作用下以病毒正链RNA为模板合成互补的负链DNA链，形成RNA:DNA中间体。l中间体中的亲代正链RNA随后由细胞编码的RNA酶H水解去除，负链DNA则进入细胞核，经细胞的DNA聚合酶作用，以负链DNA为模板复制互补的DNA链组成双链DNA。l这一双链DNA整合于寄主细胞核的DNA中，成为前病毒(provirus)，并可随寄主细胞的分裂而存在于子代细胞内。l在细胞核内以前病毒的双链DNA为模板，经细胞的DNA依赖的RN

32、A聚合酶作用转录出病毒mRNA，后者可在细胞质核蛋白体上翻译出子代病毒蛋白质。l反转录病毒独特的生物合成过程使其被确定为人类肿瘤病毒。（五）装配与成熟（五）装配与成熟在病毒感染的细胞内，新合成的毒粒结构组分以一定的方式结合，组装成完整的病毒颗粒，这一过程称做病毒的装配，亦称成熟(maturation)或形态发生(morphogenesis)。（六）释放（六）释放成熟病毒向细胞外释放(release)有下列两种方式。(1)破胞释放无包膜病毒的释放通过细胞破裂完成。当一个病毒感染细胞时，经复制周期可增殖数百至数千个子代病毒，最后寄主细胞破裂而将病毒全部释放至胞外。(2)出芽释放有的有膜病毒在细胞核

33、内形成核衣壳，移至核膜处出芽获得细胞核膜成分，然后进入细胞质中穿过细胞膜释出而又包上一层细胞质膜成分，由此获得内外两层膜构成包膜。三、病毒的异常增殖三、病毒的异常增殖（一）顿挫感染（一）顿挫感染病毒在寄主细胞中复制增殖的速度很快，平均不需1min就可增殖一倍。但病毒体装配的速率并不高，约有半数以上的病毒成分未被用于装配，在某种细胞中有时甚至完全不能装配，这就产生了没有传染性的病毒体成分，这种情形称为顿挫感染或流产感染(abortiveinfection)。如将这种病毒传入另一种合适的细胞中，则又能正常装配成熟，生成有传染性的病毒体。由此可见，发生顿挫感染的原因不在于病毒本身，而在于寄主细胞。l

34、（二）缺损病毒（二）缺损病毒带有不完整基因组而造成遗传缺陷的病毒体，称为缺损病毒(defectivevirus)。这种病毒单独在寄主细胞内不能合成病毒所需的全部成分，故不能增殖成有传染性的病毒体。但当它与某一种病毒(又称辅助病毒)共同感染同一细胞时，则其缺陷被辅助，可生成有传染性的病毒体。例如，腺相关病毒(或称腺伴随病毒)是缺损病毒，为一种小的ssDNA病毒，它在细胞中不增殖，但如与腺病毒一同培养，由腺病毒辅助则能增殖。这种自然存在的缺损病毒究竟是如何演变与成熟的，还有待研究。（三）病毒的干扰现象l当两种不同的病毒或两株性质不同的同种病毒，同时或先后感染同一细胞或机体时，可发生一种病毒抑制另一

35、病毒增殖的现象，称为病毒的干扰现象(viralinterference)。1.干扰类型干扰类型：（1）自身干扰同一株病毒在高浓度连续传代培养中，常生成一部分无传染性的病毒，这是病毒自身干扰的结果。例如接种大量流感病毒于鸡胚尿囊中，传代培养后生成的子代病毒大部分缺少核酸，此病毒无传染性，称为不完全病毒(incompletevirus)，这是缺损病毒的一种。自身干扰的原因是病毒数量过多，一些子代病毒未得到病毒核酸等所引起。（2）同种干扰同种病毒的不同型间能相互干扰，例如流感病毒A1型与A2型一同培养时，可产生同种干扰，相互阻碍生长；死流感病毒与活流感病毒间可产生干扰；同时接种脊髓灰质炎病毒I、和型

36、活疫苗亦可发生同种干扰。其原因是同种病毒可争夺和破坏细胞膜上的共同受体(又称为吸附干扰)，或争占细胞中的复制部位和原料。（3）异种干扰指不同种病毒间发生的干扰，例如牛痘苗病毒与狂犬病病毒间、甲型与乙型流感病毒间的干扰。这是因为前一种病毒在细胞内诱生了干扰素，抑制了寄主细胞病毒蛋白质合成，导致病毒不能装配成熟。2.干扰机制干扰机制（1）干扰素的产生病毒作用于寄主细胞可诱生一种糖蛋白，具有广谱抗病毒作用，称干扰素(interferon，IFN)，它可阻止病毒的复制，是产生干扰现象的最主要原因。（2）竞争干扰一种病毒破坏了寄主细胞的表面受体部位，因而阻止另一种病毒的吸附或穿入；或两种病毒竞争同一作用

37、底物或在同一部位复制，而产生竞争干扰。（3）改变寄主细胞代谢途径一种病毒的感染可能改变寄主细胞代谢，从而阻止第二种病毒mRNA的转译。如脊髓灰质炎病毒干扰水疱性口膜炎病毒。（4）缺损干扰颗粒因缺损病毒的基因组缺少一段特殊的核酸，其本身不能复制，但却干扰同种正常病毒进入细胞或干扰其复制，这种缺损病毒又称缺损干扰颗粒(defectiveinterferingparticles，DIP)。如流感病毒在鸡胚尿囊液中连续传代则逐渐增加DIP，经增殖其效价并不升高，有时反而下降，在产生的子代病毒中有一些无感染性，因而发生自身干扰。3.干扰现象的意义干扰现象的意义l（1）干扰现象与机体的免疫l（2）干扰现象

38、指导疫苗的合理应用l（3）鉴定病毒（四）病毒与宿主的相互作用（四）病毒与宿主的相互作用病毒必须进入细胞并利用宿主细胞大分子合成机制和能量装置进行复制，因此，在许多方面，病毒复制研究就是病毒与其宿主的相互作用研究。这一研究不仅有助于阐明病毒感染和致病的生物学和分子生物学机理，而且对于病毒感染的诊断与控制具有重要的意义。一、噬菌体感染对原核细胞的影响一、噬菌体感染对原核细胞的影响不同的噬菌体感染对宿主细胞的生物学效应有很大差别。有些噬菌体，如单链DNA噬菌体fd、f1等的感染对受染细胞影响很小，子代病毒以非致死的分泌方式释放，这是一种非杀细胞(noncytocidal)感染。这类噬菌体正因为具有这

39、一特点，故已在最近发展起来的噬菌体显示技术(phagedisplaytechniques)被用于构建噬菌体表达载体。许多噬菌体的感染都可能给细胞造成巨大的影响，最终细胞被杀死和/或裂解，这类感染常称做杀细胞(cytocidal)感染或裂解感染。温和性噬菌体感染机制已进化到能够控制自身的复制和对细胞的破坏的地步，以致它们仍能够维持相对稳定，以原噬菌体这样一种变化了的生命形式长期与宿主细胞结合在一起，并在一定条件下转入复制，结果噬菌体增殖、细胞裂解。1.抑制宿主细胞大分子合成抑制宿主细胞大分子合成(1)抑制宿主基因的转录T4噬菌体的某些早期蛋白质结合于宿主转录酶或引起宿主转录酶的磷酸化和腺苷化，改

40、变其启动子识别特异性，使之由细胞mRNA合成转向噬菌体mRNA合成。T7噬菌体基因2编码的蛋白还能结合宿主转录酶并导致其失活，从而抑制宿主细胞mRNA合成。(2)抑制宿主蛋白质合成除了因宿主转录的抑制间接影响其蛋白质合成外，有些噬菌体蛋白质能灭活细胞tRNA，从而直接抑制宿主蛋白质合成，如T4噬菌体编码的蛋白能灭活宿主亮氨酸tRNA，并以噬菌体tRNA代之。(3)宿主DNA合成的抑制T偶数噬菌体编码的内切核酸酶和外切核酸酶逐步降解宿主染色体，使细胞DNA合成因缺乏模板而终止。另一方面，T偶数噬菌体也通过抑制细胞胞苷酸合成而改变宿主DNA合成代谢。大多数较为简单的噬菌体通常都不破坏细胞DNA。2

41、.宿主限制系统的改变宿主限制系统的改变为了抵御宿主限制性酶系统对侵入的病毒DNA所可能造成的损害，噬菌体编码的酶往往能破坏这些系统，使病毒DNA得到保护。例如T3噬菌体感染时产生的酶能水解S-腺苷甲硫氨酸(SAM)而使某些宿主依赖SAM的限制酶系统失效。T偶数噬菌体的基因产物亦可直接抑制宿主抗T偶数噬菌体的限制性核酸酶的活性。3.噬菌体颗粒释放对细胞的影响fd、M13等丝杆噬菌体的增殖性感染不杀死细胞、细胞继续生长。病毒复制产生的外壳蛋白PV和P结合于细胞膜，噬菌体颗粒以分泌方式释放时，病毒单链DNA穿过细胞膜时被壳体蛋白包裹形成杆状颗粒。由于P和P与细胞膜结合，细胞表面出现病毒特异性抗原，从

42、而改变受染细胞的免疫学性质。大多数噬菌体都是以裂解方式释放，其结果导致受染细胞死亡。以裂解方式释放的噬菌体晚期基因的产物能自动使细胞膜失去稳定。然后细胞壁的肽聚糖网状结构以不同的方式被破坏，如T4噬菌体编码的溶菌酶能分解多聚糖，噬菌体产生的内溶菌素可断裂肽键。许多复杂的噬菌体的基因产物还能通过调节裂解酶的活性而控制裂解过程。4.溶源性感染对细胞的影响溶源性感染对细胞的影响l溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能，但它们可能引起其他的细胞变化。(1)免疫性溶源性细菌对本身所携带的原噬菌体的同源噬菌体有特异性免疫力，这是所有的溶源性细菌都具有的一个重要性质。免疫性是由原噬菌体产生的阻遏

43、蛋白的可扩散性质所决定的。(2)溶源转变溶源转变(lysogenicconversion)是原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变。原噬菌体诱发的致病性转变可能是细胞致病机理的一个重要方面，因而具有重要的医学意义。第四节第四节亚病毒粒子亚病毒粒子l亚病毒因子包括卫星病毒、卫星RNA、类病毒和朊病毒。l在亚病毒因子中，仅有类病毒和朊病毒能独立复制；朊病毒颗粒不具有基因组核酸；卫星病毒与卫星RNA都具有核酸基因组，它们与其辅助病毒没有核酸序列同源性。一、一、类病毒类病毒l（一）（一）类病毒的特性类病毒的特性类病毒是一类无蛋白衣壳，仅有一条裸露的

44、闭合环状单链RNA分子，能感染寄主细胞并在其中自我复制，使寄主产生病症的最小病原体。如马铃薯纺锤形块茎病和柑橘裂皮病的病原体是一种只有侵染性小分子RNA而没有蛋白质的感染因子。类病毒的分子质量小，仅为最小RNA病毒的1/10左右，由246600个核苷酸组成。所有类病毒RNA均无mRNA活性，不具有编码衣壳蛋白能力。类病毒RNA基因组必须转运到植物细胞核中，并依赖寄主细胞的DNA依赖的RNA聚合酶才能进行复制。类病毒对热和脂溶剂有抗性。（二）类病毒的结构（二）类病毒的结构目前研究得比较清楚的是1971年Diener首次报道的马铃薯纺锤形块茎病类病毒(PSTV)。它仅由一个含359个核苷酸的单链环

45、状RNA分子组成，长50nm，整个环由2个互补的半体组成，一个含179个核苷酸，另一个含180个核苷酸。该分子内约70%碱基通过氢键配对形成一系列短的双链螺旋区，未配对的碱基则形成单链环状区，双链螺旋区与不配对的单链环状区相间排列形成一个伸长的棒状结构。l类病毒能耐受紫外线和作用于蛋白质的各种理化因素，比如对蛋白酶，胰蛋白酶，尿素等都不敏感（“真病毒”均敏感），在90下仍能存活（“真病毒”在5060下失活）。l类病毒现在仅在高等植物中发现，一般通过接触，擦伤，节肢动物和菟丝子传播。类病毒在传播方式上明显不同于“真病毒”的是可以通过花粉和种子垂直传播。迄今已发现的类病毒已有18种，例如番茄簇顶病

46、，柑桔裂皮病，黄瓜白果病，椰子死亡病等，危害很大。防治的方法主要选择无感的种子和繁殖体，以及防止机械传播（三）类病毒的复制所有类病毒RNA均无mRNA活性，不能编码蛋白质。由于类病毒本身不具编码自身核酸复制的酶，必然利用寄主细胞核内依赖DNA的RNA聚合酶进行复制，并直接干扰寄主细胞的核酸代谢。由于类病毒为环状单链RNA分子，对称或非对称的滚环复制机制均适合于该类病毒。故类病毒有的以对称的滚环式复制，有的以非对称的滚环式复制，其复制中间体由核酸酶切割成单位分子长度的线性分子，再连接成环状，复制的最终产物是单链环状(+)RNA分子。二、二、卫星病毒卫星病毒l卫星病毒：具有单链RNA基因组，基因组

47、长度约5002000个核苷酸，它必须依赖辅助病毒才能复制，但与辅助病毒基因组之间无核酸序列的同源性。植物卫星病毒：卫星病毒首先是在植物中发现，植物卫星病毒：卫星病毒首先是在植物中发现，已知的植物卫星病毒包括已知的植物卫星病毒包括STNV、STMV、卫星稷子花、卫星稷子花叶病毒叶病毒(Satellitepanicummosaicvirus,SPMV)和和卫星玉米白线花叶病毒卫星玉米白线花叶病毒(Satellitemaizewhitelinemosaicvirus,SMWLMV)等。它们都依赖辅助病毒等。它们都依赖辅助病毒提供复制酶进行复制，并且都编码有壳体蛋白。提供复制酶进行复制，并且都编码有壳

48、体蛋白。丁型肝炎病毒丁型肝炎病毒(HDV)：1977年在意大利的乙型肝炎病毒携带者中发现。HDV是一种缺损病毒，它必须利用乙型肝炎病毒的包膜蛋白才能完成自身的复制循环，HDV的单链环状RNA基因组与植物类病毒类似、呈杆状二级结构，但其大小与类病毒不同，而且它具有编码蛋白能力。HDV的反基因组(antigenome)RNA含有一个开放阅读框(ORF)，依靠特异性的RNA编辑(RNAediting)功能可产生称之为“抗原”的两种RNA结合蛋白，它们分别参与基因组复制和颗粒装配。HDV和类病毒一样，利用宿主的依赖DNA的RNA聚合酶以正意和负意RNA为模板，通过滚环机制复制，产生的多聚体RNA链经过

49、自我位点特异性的切割和连接(核酶活性)形成子代共价闭合环状分子。三、卫星三、卫星RNAl卫星RNA(satRNA)是指一些必须依赖辅助病毒进行复制的小分子单链RNA片段，它们被包装在辅助病毒的壳体中，本身对于辅助病毒的复制不是必需的，且它们与辅助病毒的基因组无明显的同源性。l原称拟病毒(virusoid)，是引起苜蓿、绒毛菸等植物病害的一种亚病毒l卫星RNA是感染病毒的病毒，复制时常干扰辅助病毒的增殖，可加入或从病毒中去除(分离)，并维持其独立的遗传特性，与寄主(病毒)及其寄主的寄主(细胞)无关。1.基因组结构卫星RNA大小可分为两类：大者如番茄黑环病毒(Tomatoblackringviru

50、s,TobRV)的卫星RNA长13721376个核苷酸，大小与卫星病毒基因组类似，但多数都在300个核苷酸左右，如烟草环斑病毒(Tobaccoringspotvirus,TobRSV)的卫星RNA、黄瓜花叶病毒(Cucumbermosaicvirus,CMV)的卫星RNA。许多卫星RNA的5端有帽子结构，3端无poly(A)，而是类似tRNA的结构，并且卫星RNA通过分子内部碱基配对形成复杂的二级结构。较大的卫星RNA具有长开放阅读框并能够表达，而较小的卫星RNA似不具有mRNA功能。许多卫星RNA都能以线状和环状两种形式存在于被感染的组织中，但是在辅助病毒颗粒中仅有线状形式存在。2.复制l除