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1、第四章 病毒1病毒病毒：是含有：是含有DNA或或RNA，能在活细，能在活细胞内增殖，又能在细胞内增殖，又能在细胞外以无生命的化学胞外以无生命的化学大分子状态存在的非大分子状态存在的非细胞型微生物。细胞型微生物。病 毒 的 定 义2人类对病毒的发现和认识1892：俄国：俄国 伊万诺夫斯基伊万诺夫斯基 首次发现烟草花叶病的感染因子首次发现烟草花叶病的感染因子能通过细菌过滤器，认为它是一种极小的细菌。能通过细菌过滤器，认为它是一种极小的细菌。1898：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；沉
2、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给这样的病原体起名叫virus。1935：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。染和复制能力，并因此而或诺贝尔奖。1952：赫西和崔斯证实噬菌体的遗传物质仅仅是：赫西和崔斯证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA,开创开创了病毒分子生物学。了病毒分子生物学。1971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、和拟类病
3、毒、元病毒、和拟病毒。病毒。3病 毒 的 特 征1.1.个体非常微小个体非常微小 病毒比细菌更小，直径在病毒比细菌更小，直径在10-300nm10-300nm，也就，也就是说，最大的病毒是说，最大的病毒(直径约直径约0.3um)0.3um)和最小的支和最小的支原体原体(直径约直径约0.2-0.25um)0.2-0.25um)的大小相似。所以需的大小相似。所以需要使用电子显微镜观察。病毒一般能通过细菌要使用电子显微镜观察。病毒一般能通过细菌滤器，其分离方法之一即是将宿主细胞破碎后滤器，其分离方法之一即是将宿主细胞破碎后用细菌滤器过滤，病毒存在于滤液中。用细菌滤器过滤，病毒存在于滤液中。4病 毒
4、的 特 征3.3.高度寄生性高度寄生性 病毒的繁殖方式独特。它们只能在活细胞内病毒的繁殖方式独特。它们只能在活细胞内利用宿主细胞的代谢系统，进行自身核酸的复制利用宿主细胞的代谢系统，进行自身核酸的复制和所需蛋白质的合成。和所需蛋白质的合成。病毒缺乏独立代谢能力。细胞都有完整的酶病毒缺乏独立代谢能力。细胞都有完整的酶系，如果提供充分的有机原料就能独立生存，而系，如果提供充分的有机原料就能独立生存，而病毒粒子中只含有必需的极少的酶，没有酶系。病毒粒子中只含有必需的极少的酶，没有酶系。6病 毒 的 特 征 病毒在宿主细胞内自我复制所需要的原料、病毒在宿主细胞内自我复制所需要的原料、大多数酶、核糖体、
5、细胞器等都由宿主细胞提大多数酶、核糖体、细胞器等都由宿主细胞提供。供。病毒都有细胞内和细胞外两种截然不同的病毒都有细胞内和细胞外两种截然不同的存在方式。在活的宿主细胞内病毒为专件寄生，存在方式。在活的宿主细胞内病毒为专件寄生，会自我复制；但在细胞外卸呈现出无代谢的颗会自我复制；但在细胞外卸呈现出无代谢的颗粒状态。没有丝毫的生命特征。粒状态。没有丝毫的生命特征。7病 毒 的 特 征4.4.特殊的抵抗力特殊的抵抗力 病毒对甘油脱水有较强的抵抗力，对绝大对病毒对甘油脱水有较强的抵抗力，对绝大对数抗生素不敏感，病毒对于普通的抗生素不敏感，数抗生素不敏感，病毒对于普通的抗生素不敏感，这是人类的病毒比细菌
6、病更难治疗的主要原因。这是人类的病毒比细菌病更难治疗的主要原因。病毒对热、射线、化学消毒剂抵抗力弱。不病毒对热、射线、化学消毒剂抵抗力弱。不同的病毒，它们的抵抗力有很大的差别，但总体同的病毒，它们的抵抗力有很大的差别，但总体而言，病毒对外界的物理化学因素敏感，热、射而言，病毒对外界的物理化学因素敏感，热、射线、化学消毒剂等都容易使它们失活。线、化学消毒剂等都容易使它们失活。8第一节 病毒的形态结构一、病毒的形态与大小一、病毒的形态与大小 病毒的大小以病毒的大小以nmnm计算。病毒形体微小，测计算。病毒形体微小，测量单位为纳米（量单位为纳米（1010-9-9m m），（细菌是微米），（细菌是微米
7、um,10um,10-6 6m m）只有在电子显微镜下才能观察到。如下图）只有在电子显微镜下才能观察到。如下图中最大的痘病毒体积为中最大的痘病毒体积为300-450170-260nm300-450170-260nm，而球状噬菌体的直径只有而球状噬菌体的直径只有30nm30nm。10第一节 病毒的形态结构 病毒与细菌大小比较示意图病毒与细菌大小比较示意图11第一节 病毒的形态结构病病毒毒的的形形态态13第一节 病毒的形态结构（1 1）衣壳）衣壳 衣壳衣壳是由一定数量的壳粒（由一种或几种多是由一定数量的壳粒（由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位）按一定的排列组肽链折叠而成的蛋白质亚单位）按一定
8、的排列组合构成的病毒外壳。其有三种对称性构型：合构成的病毒外壳。其有三种对称性构型：立立体对称型体对称型螺旋对称型螺旋对称型复合对称型。壳粒的排复合对称型。壳粒的排列决定病毒的形态。列决定病毒的形态。15第一节 病毒的形态结构螺旋对称螺旋对称 多为杆状、丝状病毒，表面有精细的螺旋形结多为杆状、丝状病毒，表面有精细的螺旋形结构，包围着内部核酸。如：烟草花叶病毒构，包围着内部核酸。如：烟草花叶病毒16第一节 病毒的形态结构 复合对称复合对称 既有螺旋对称，又有正多面体对称，蝌蚪状病毒既有螺旋对称，又有正多面体对称，蝌蚪状病毒-尾尾+头，核酸在二十面体的头部内。如：头，核酸在二十面体的头部内。如：T
9、4T4噬菌体噬菌体18第一节 病毒的形态结构衣壳的功能：衣壳的功能：保护病毒使其免受环境因素的影响保护病毒使其免受环境因素的影响决定病毒感染的特异性，使病毒与敏感细胞表决定病毒感染的特异性，使病毒与敏感细胞表面特定部位有亲和力，病毒可牢固的附着在敏感面特定部位有亲和力，病毒可牢固的附着在敏感细胞上细胞上有致病性、毒性和抗原性有致病性、毒性和抗原性19第一节 病毒的形态结构（2 2）包膜）包膜 某些病毒具有包膜，其组成成分为脂类、某些病毒具有包膜，其组成成分为脂类、蛋白质、糖类。通常认为包膜是病毒以出芽的方蛋白质、糖类。通常认为包膜是病毒以出芽的方式穿过宿主细胞的质膜、核膜或内质膜的过程中式穿过
10、宿主细胞的质膜、核膜或内质膜的过程中而获得。因此具有宿主细胞膜的特性，对脂溶剂而获得。因此具有宿主细胞膜的特性，对脂溶剂较敏感。对病毒内部的衣壳和核酸有保护作用。较敏感。对病毒内部的衣壳和核酸有保护作用。20第一节 病毒的形态结构(3)(3)核酸核酸 病毒核酸也称基因组（病毒核酸也称基因组（GenomeGenome），最大的），最大的病毒含有数百个基因，最小的微小病毒仅有病毒含有数百个基因，最小的微小病毒仅有3-3-4 4个基因。个基因。核酸有两种：核糖核酸（核酸有两种：核糖核酸（RNARNA）和脱氧核糖）和脱氧核糖核（核（DNADNA）。一种病毒只含有一种核酸（）。一种病毒只含有一种核酸（D
11、NADNA或或RNARNA）。）。病毒核酸的功能是：决定病毒遗传、变异病毒核酸的功能是：决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。和对敏感宿主细胞的感染力。21第一节 病毒的形态结构1.DNA1.DNA（线状、环状）（线状、环状）ssDNA ssDNA M13M13噬菌体噬菌体 dsDNA dsDNA 痘病毒痘病毒2.RNA2.RNA（线状，有的分段）（线状，有的分段）ssRNA ssRNA 流感病毒，流感病毒，8 8个片段个片段 dsRNA dsRNA 呼肠孤病毒，呼肠孤病毒，10102020个片段个片段核酸类型：核酸类型：22第一节 病毒的形态结构蛋白质的功能：蛋白质的功能：结构功能。构
12、成病毒的基本化学组成，维持病毒的结构功能。构成病毒的基本化学组成，维持病毒的基本结构。基本结构。侵染性。病毒表面含有特异性位点，促使病毒侵染侵染性。病毒表面含有特异性位点，促使病毒侵染宿主细胞。宿主细胞。增殖。由蛋白质构成的聚合酶、转录酶、合成酶等增殖。由蛋白质构成的聚合酶、转录酶、合成酶等用于用于DNA的转录、翻译。的转录、翻译。抗原性。蛋白质决定病毒的抗原性，并激发机体产抗原性。蛋白质决定病毒的抗原性，并激发机体产生特异性抗体，进而进行免疫应答。生特异性抗体，进而进行免疫应答。24第一节 病毒的形态结构2.其他成分其他成分脂类脂类：磷脂，脂肪酸，胆固醇等。用于构成病毒：磷脂，脂肪酸，胆固醇
13、等。用于构成病毒包膜骨架，且具有宿主特异性。包膜骨架，且具有宿主特异性。糖类糖类：寡糖侧链，粘多糖。与病毒感染及血凝有：寡糖侧链，粘多糖。与病毒感染及血凝有关。关。阳离子阳离子：有机阳离子，无机阳离子。影响核酸的：有机阳离子，无机阳离子。影响核酸的构型。构型。25第二节 病毒的增殖 病毒作为专性细胞内寄生物，它必须进入活病毒作为专性细胞内寄生物，它必须进入活细胞，进行复制来完成自我细胞，进行复制来完成自我“繁殖繁殖”的过程。这的过程。这种种“生长周期生长周期”包括病毒特异性的吸附、进入及包括病毒特异性的吸附、进入及脱壳、核酸转录、蛋白质的合成、病毒粒子的成脱壳、核酸转录、蛋白质的合成、病毒粒子
14、的成熟和装配、随后通过出芽或裂解的方式从细胞中熟和装配、随后通过出芽或裂解的方式从细胞中释放出来。释放出来。病毒的繁殖过程一般可以分为吸附、侵入、病毒的繁殖过程一般可以分为吸附、侵入、合成、装配与释放五个阶段。合成、装配与释放五个阶段。一、病毒的复制过程一、病毒的复制过程26第二节 病毒的增殖 大肠杆菌噬菌体大肠杆菌噬菌体T4 电镜图片与模式图电镜图片与模式图 28第二节 病毒的增殖1.1.吸附吸附 吸附是通过病毒与细胞质膜吸附是通过病毒与细胞质膜上的受体发生特异性的结合而完上的受体发生特异性的结合而完成的。噬菌体的结合部位为尾丝成的。噬菌体的结合部位为尾丝尖端的蛋白质，细菌的受体部分尖端的蛋
15、白质，细菌的受体部分的成分一般为脂糖和脂蛋白。噬的成分一般为脂糖和脂蛋白。噬菌体对宿主的寄生具有高度专一菌体对宿主的寄生具有高度专一性。动物病毒与植物病毒的专一性。动物病毒与植物病毒的专一性次之。性次之。29第二节 病毒的增殖噬菌体吸附和侵入菌体细胞的过程噬菌体吸附和侵入菌体细胞的过程31第二节 病毒的增殖 由于有无细胞壁的关系，使得病毒侵入动物、由于有无细胞壁的关系，使得病毒侵入动物、植物和微生物细胞的方式不相同。动物病毒的侵植物和微生物细胞的方式不相同。动物病毒的侵入方式主要为胞吞等作用。植物病毒的侵入方式入方式主要为胞吞等作用。植物病毒的侵入方式为被动的即必须通过伤口侵入受损伤的细胞。为
16、被动的即必须通过伤口侵入受损伤的细胞。所以植物病毒的传播方式主要通过昆虫吸食汁液、所以植物病毒的传播方式主要通过昆虫吸食汁液、嫁接、锄草等方式。进入细胞方式的不同决定了嫁接、锄草等方式。进入细胞方式的不同决定了噬菌体、动物病毒、植物病毒具有不同的感染专噬菌体、动物病毒、植物病毒具有不同的感染专一性。一性。32第二节 病毒的增殖3.3.生物合成生物合成 生物合成包括核酸的复制、生物合成包括核酸的复制、转录与蛋白质合成。转录与蛋白质合成。噬菌体侵入宿主细胞后，噬菌体侵入宿主细胞后，立即引起宿主的代谢改变，宿立即引起宿主的代谢改变，宿主细胞内的核酸不能按自身的主细胞内的核酸不能按自身的遗传特异复制和
17、合成蛋白质，遗传特异复制和合成蛋白质，而由噬菌体核酸所携带的遗传而由噬菌体核酸所携带的遗传信息控制。信息控制。33第二节 病毒的增殖 其中较为特殊的一类是其中较为特殊的一类是RNARNA病毒它们能够病毒它们能够在逆转录酶的催化下，以在逆转录酶的催化下，以RNARNA为模板，合成一条为模板，合成一条互补的互补的DNADNA链，这种病毒称为逆转录病毒，大多链，这种病毒称为逆转录病毒，大多为肿瘤病毒它们的基因中可能含有癌基。为肿瘤病毒它们的基因中可能含有癌基。病毒转录出自己的病毒转录出自己的mRNAmRNA后，这些后，这些mRNAmRNA即开始即开始合成病毒蛋白质，包括催化合成病毒蛋白质，包括催化D
18、NADNA或或RNARNA的复制、转的复制、转录等过程的酶以及组成病毒的结构蛋白。录等过程的酶以及组成病毒的结构蛋白。34第二节 病毒的增殖4.4.装配装配 将借用宿主细胞将借用宿主细胞的合成机构得到的核的合成机构得到的核酸与蛋白质重新组合酸与蛋白质重新组合形成新的噬菌体的过形成新的噬菌体的过程叫装配。程叫装配。35第二节 病毒的增殖5.5.释放释放 病毒繁殖的最后一个阶病毒繁殖的最后一个阶段就是释放。段就是释放。当宿主细胞中有大量的当宿主细胞中有大量的成熟噬菌体后，病毒即转录成熟噬菌体后，病毒即转录并合成脂肪酶和溶菌酶，前并合成脂肪酶和溶菌酶，前者水解细菌细胞膜，后者水者水解细菌细胞膜，后者
19、水解细胞壁，从而使细胞裂解。解细胞壁，从而使细胞裂解。一个宿主细胞可释放出一个宿主细胞可释放出10-10-10001000个噬菌体，高者达上万个噬菌体，高者达上万个。个。36第二节 病毒的增殖二、噬菌体二、噬菌体 能够侵染各类原核生能够侵染各类原核生物（包括各种细菌和古菌物（包括各种细菌和古菌等）的病毒。它是研究病等）的病毒。它是研究病毒繁殖特性的模式系统也毒繁殖特性的模式系统也是研究微生物遗传和遗传是研究微生物遗传和遗传工程的工具。工程的工具。37第二节 病毒的增殖 根据噬菌体与宿主的相互关系，噬菌体可根据噬菌体与宿主的相互关系，噬菌体可分为两类：分为两类：烈性噬菌体烈性噬菌体（virule
20、nt phagevirulent phage）：能在宿主菌内）：能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌的噬菌体。菌的噬菌体。温和噬菌体温和噬菌体（temperate phagetemperate phage）：侵入宿主菌后，）：侵入宿主菌后，并不进行复制和裂解细胞，而是将并不进行复制和裂解细胞，而是将DNADNA整合到寄整合到寄主染色体上，并随寄主细胞的生长繁殖而传下去。主染色体上，并随寄主细胞的生长繁殖而传下去。38第二节 病毒的增殖烈性噬菌体与一步生长曲线烈性噬菌体与一步生长曲线 一步生长曲线（一步生长曲线（One Step ph
21、age Growth One Step phage Growth Curve Curve）：）：用来用来测测定噬菌体侵染和成熟病毒粒子定噬菌体侵染和成熟病毒粒子释释放的放的时间间时间间隔，并用来估隔，并用来估计计每个被侵染的每个被侵染的细细胞胞释释放出来的新的噬菌体的数量的生放出来的新的噬菌体的数量的生长长曲曲线线，称，称为为一步生一步生长长曲曲线线。培养培养时间为时间为横坐横坐标标，噬菌斑数，噬菌斑数为纵为纵坐坐标标。39第二节 病毒的增殖潜伏期潜伏期 裂解期裂解期一一步步生生长长曲曲线线40第二节 病毒的增殖温和噬菌体与溶源性细菌温和噬菌体与溶源性细菌 整合在细菌基因组中的温和噬菌体基因组
22、称为整合在细菌基因组中的温和噬菌体基因组称为原原噬菌体噬菌体(prophage)(prophage)，带有原噬菌体基因组的细菌称，带有原噬菌体基因组的细菌称为为溶原性细菌溶原性细菌(lysogenic bacterium)(lysogenic bacterium)。温和噬菌体侵入寄主细胞后产生的温和噬菌体侵入寄主细胞后产生的DNADNA整合或附整合或附着于膜而不复制和裂解细菌的特性称为着于膜而不复制和裂解细菌的特性称为溶原性溶原性(lysogeny)(lysogeny)。原噬菌体偶尔会由溶原性变为溶菌性，发生自发原噬菌体偶尔会由溶原性变为溶菌性，发生自发裂解或诱导裂解。极少数溶原性细菌中的原噬
23、菌体离裂解或诱导裂解。极少数溶原性细菌中的原噬菌体离开细菌基因组后，不进入溶菌性周期，而逐渐消失，开细菌基因组后，不进入溶菌性周期，而逐渐消失，称为溶原性细菌的复愈。称为溶原性细菌的复愈。41第二节 病毒的增殖溶原性细菌的特征溶原性细菌的特征稳定性：原噬菌体整合入细菌稳定性：原噬菌体整合入细菌DNA后，随细菌后，随细菌DNA稳定遗传。稳定遗传。免疫性：溶源菌对同原噬菌体具有高度特异的免免疫性：溶源菌对同原噬菌体具有高度特异的免疫性。疫性。裂解性：溶源菌正常情况下不发生裂解，特殊情裂解性：溶源菌正常情况下不发生裂解，特殊情况下原噬菌体发生突变形成烈性噬菌体，致使细菌况下原噬菌体发生突变形成烈性噬
24、菌体，致使细菌裂解。裂解。溶源转变：原噬菌体溶源转变：原噬菌体DNA与细菌与细菌DNA整合后，导整合后，导致细菌基因型和性状发生改变的现象。致细菌基因型和性状发生改变的现象。42第三节 亚病毒一、一、类病毒（类病毒（viroidviroid）特征：特征：1.1.已知最小的可传染的已知最小的可传染的RNARNA致病因子，致病因子，246246375 nt375 nt，无衣壳，无衣壳 凡在核酸和蛋白质之中只含其一的分子病原体，凡在核酸和蛋白质之中只含其一的分子病原体，称为称为亚病毒亚病毒。亚病毒包括类病毒、拟病毒和阮病。亚病毒包括类病毒、拟病毒和阮病毒三种。毒三种。43第三节 亚病毒2.RNA分子
25、为单链、共价闭合环状，有的呈闭分子为单链、共价闭合环状，有的呈闭合棒状。合棒状。3.存在于寄主细胞的胞核中，依赖寄主细胞的存在于寄主细胞的胞核中，依赖寄主细胞的RNA聚合酶聚合酶II进行复制。进行复制。4.有一个保守的中心区，可能与复制有关。复有一个保守的中心区，可能与复制有关。复制方式可能为滚环式。制方式可能为滚环式。如：引起马铃薯纺锤形块茎病的类病毒如：引起马铃薯纺锤形块茎病的类病毒44第三节 亚病毒二二.拟病毒（拟病毒（virusoid）特征：特征：1.不能独立进行侵染和复制的不能独立进行侵染和复制的RNA分子。分子。2.RNA分子为单链、共价闭合环状或线状。分子为单链、共价闭合环状或线
26、状。3.核酸核酸RNA寄存于其他病毒粒内，共生体具有侵染性。寄存于其他病毒粒内，共生体具有侵染性。4.依赖于寄主细胞内的依赖于寄主细胞内的RNA聚合酶，进行滚环式复制。聚合酶，进行滚环式复制。如：绒毛烟斑驳病毒如：绒毛烟斑驳病毒45第三节 亚病毒三三.朊病毒（朊病毒（prionprion）特征：特征：1.1.成分为蛋白质，不含核酸，又叫朊蛋白。成分为蛋白质，不含核酸，又叫朊蛋白。2.2.朊蛋白可诱导产生更多的朊蛋白，从而使宿主朊蛋白可诱导产生更多的朊蛋白，从而使宿主致病。致病。3.3.朊蛋白（朊蛋白（PrPPrP）有自己的基因：）有自己的基因：人的位于人的位于2020号染号染色体短臂。色体短臂。如：引起绵羊瘙痒病、牛海绵状脑病、人库鲁如：引起绵羊瘙痒病、牛海绵状脑病、人库鲁病等的朊病毒病等的朊病毒46