03第三章 病毒的复制

二价阳离子也可提高柯萨奇病毒A9和人鼻病毒2型对
Hela细胞的吸附速率。
加入螯合剂（如EDTA）则吸附会受到抑制
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二、侵入
依赖于能量 的感染步骤
整个病毒颗粒或其基因组及相关蛋白通过质膜 屏障向胞质转运的过程称为侵入(entry)。
内吞小体(endosome) 是否需要低pH 环境来区别 28
释放出病毒核酸的过程。脱壳是病毒基因组进行功
能表达所必需的感染事件。
病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜伏期。
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HIV-1 Rev protein
有些病毒被运 输到核内才完 成脱壳
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囊膜病毒脱壳包括脱囊膜和脱衣壳两个步骤，无囊 膜病毒只需脱衣壳，脱壳方式随不同病毒而异。
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四、病毒生物大分子的合成
细胞内正处于复制噬菌 体核酸和合成其蛋白质
衣壳的阶段。
②胞内累积期：又称潜伏期后期， 在隐晦期后，如人为地裂解细胞，
噬菌体开始装配的时期，
在电镜下可观察到已初步 装配好的噬菌体粒子。
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其裂解液出现侵染性的一段时间。
（2）裂解期（risephase） 紧接在潜伏期后的一段时期：宿主细胞迅速裂 解、溶液中噬菌体粒子急剧增多。
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核衣壳的装配-二十面体对称
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核衣壳的装配-螺旋对称
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病毒粒子包膜的获得
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通过细胞外吐作用释放病毒粒子
被膜蛋白
疱疹病毒装配、成熟及释放过程
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T4噬菌体的装配是一个 极为复杂的自我装配的过程 包括4个完全独立的亚装 配途径：头部的装配；无 尾丝的尾部装配；尾部与
头部自发结合；单独装配
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一步生长曲线
定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称作 一步生长曲线或一级生长曲线（one-step growth curve）
用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞； 数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬 菌体）； 将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新 释放的噬菌体感染其它细胞； 保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌 体含量进行计数）； 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；
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 粒
敏感细胞
特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段
病毒表面吸附蛋白与细胞受体的结合
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病毒吸附蛋白
病毒表面上能够识别特异的宿主细胞受体的结构蛋白，
称为病毒吸附蛋白(virus attachment protein，VAP)。
（3）平稳期（plateau）
指感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中噬 菌体效价达到最高点后的一段时期。
（4）裂解量
每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数 目，或稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。
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动物病毒―动物细胞培养系统
经过50多年的努力，已建立了动物细胞的体外 培养的细胞株：脊椎动物细胞（主要是哺乳动物的 细胞株）；无脊椎动物细胞（主要是昆虫细胞株）。
无包膜毒粒的VAP是核壳的组成部分 T偶数噬菌体的尾丝蛋白 有包膜病毒的VAP为包膜糖蛋白 流感病毒包膜表面的血凝素糖蛋白
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细胞受体
病毒的细胞受体亦称病毒受体(virus receptor)，是存在
于细胞表面上能被病毒吸附蛋白特异性地识别并与之
结合，使病毒侵入细胞和启动感染发生的细胞表面组 分。其化学本质是蛋白聚糖、脂类或糖脂、糖蛋白。 细胞受体:本身就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分
从侵入的病毒消失到新的子代病毒出现这一段 时间称为“隐蔽期”。隐蔽期是病毒增殖过程中最 主要的阶段——生物合成；病毒的遗传信息向细胞 传达，借助宿主细胞提供的原料、能量和场所合成 核酸和蛋白质，期间所需的多数酶也来自宿主细胞 。病毒的大分子生物合成包括mRNA的转录、基因 组的复制和病毒蛋白质合成 。
(一)与质膜融合
HIV-1的附着和侵入
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(一)与质膜融合
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(二)胞吞作用
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(二)胞吞作用
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(三)直接进入
某些无囊膜的二十面体病毒能直接 通过质膜进入细胞，包括在宿主质 膜上形成蛋白孔，如小RNA病毒； 或扰乱质膜整体性，如腺病毒和呼 肠孤病毒。
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(四) 注射式侵入
有伸缩尾的T偶数噬菌体：注射方式将噬菌体核酸注入细胞
复制过程称为病毒
的复制周期
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二、研究病毒复制的一般方法
病毒只能在其敏感的宿主细胞内复制，一般 来说，原核生物病毒只能感染原核细胞，植物病 毒和动物病毒也分别以植物细胞和动物细胞为其 复制的场所（以昆虫为传播介体的一些植物病毒 例外）。为了研究病毒复制的方便，应首先建立 适于病毒复制的细胞培养系统。
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Baltimore 七 类 病 毒 基 因 组 的 复 制
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病毒在真核细胞中复制的位置
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病毒在真核细胞中复制的位置
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病 毒 复 制 的 聚 合 酶
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DNA复制
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DNA复制
滚 环 复 制
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双链DNA病毒
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双链DNA病毒
痘病毒、乳多 空病毒、腺病 毒、疱疹病毒 、杆状病毒
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一、噬菌体―细胞培养系统
1）宿主细菌数目易于 控制。 2）噬菌体在细菌内增 殖容易观察，使细菌培 养物变清亮或在琼脂平 板上形成噬斑。 3）噬菌体和细菌的增 殖速度快、增殖周期短。
一步法生长试验(one-step growth experiment) 由 Ellis 和Delbruck 1939首先建立
的尾丝与前已装配好的 颗粒相连。
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六、释放—裂解
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释放—出芽
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释放—细胞外吐
黄病毒、冠状病毒、布尼亚病毒等通过向高 尔基体或粗面内质网出芽获得囊膜后，包含着病 毒的囊泡转运至质膜，然后通过细胞外吐 (exocytosis)作用释放病毒粒子。
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第三节 病毒的非增殖性感染
病毒对敏感细胞的感染并不一定都能繁殖 病毒，产生有感染性的病毒子代。由于病毒或 细胞的原因，使病毒的复制在病毒进入敏感细 胞后的某一阶段受阻，导致病毒感染的不完全 循环，不产生有感染性的病毒子代。
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潜伏期（latentphase） 裂解期（risephase） 裂解量（burstsize）
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（1）潜伏期（latentphase） 指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌 体粒子装配完成前的一段时间。潜伏期中没有一个 成熟的噬菌体粒子从细胞中释放出来。
①隐晦期：指在潜伏期前期人 为地（用氯仿）裂解细胞，裂 解液仍无侵染性的一段时间。
痘病毒转录和 复制是在细胞 质中，由自身 基因组编码 57
单链DNA病毒
双股DNA中间体
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单链DNA病毒
细小病毒
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双链RNA病毒
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双链RNA病毒
呼肠孤病毒、双RNA病毒
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dsRNA的全保留和半保留复制
呼肠孤病毒
Reoviridae
Pseudomonas phage ϕ6
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正义单链RNA病毒
前体mRNA
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①5′端加帽 ②3′端加尾 ③剪接 ④修饰
甲基化的鸟苷三磷酸
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典型的翻译过程
internal ribosome entry site
没有帽子结构的mRNA的翻译起始
Eukaryotic initiation factors
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Eukaryotic initiation factors
白血病病毒 HIV病毒
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双链环状DNA病毒
嗜肝DNA病毒
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双链环状DNA病毒
嗜肝DNA病毒
基因组部分为双链 DNA，部分为单链
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五、装配
病毒的结构成分核酸与蛋白质分别合成后，以 一定方式结合，组装成完整的子代病毒颗粒，称为装 配(assembly)。在细胞核内或细胞质内组装成核衣壳。 绝大多数DNA病毒在细胞核内组装，RNA病毒与痘 病毒类则在细胞质内组装。无包膜病毒组装成核衣壳 即为成熟的病毒体，病毒的早期蛋白，即非病毒结构 成分不组装入病毒，残留在感染细胞中。
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(一)转录和翻译
病毒核酸复制和蛋白质合成的几个阶段：
在病毒的复制过程中，病毒mRNA对于病毒基因组复 制和毒粒装配所需要的病毒蛋白是必需的。
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病 毒 复 基 制 因 过 组 程 转 的 录 关 出 键 步 骤 是 mRNA
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中心法则的演化
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转录酶
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transcription factor IID
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病毒吸附蛋白和与其相应的细胞受体
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分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体
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吸附作用受许多内外因素的影响
①温度：在一定范围内，病毒的吸附速率与温度成正比 ，例如脊髓灰质炎病毒在1°C时的吸附率仅是37°C时 的十分之一。 ②pH值：病毒与细胞的吸附反应的第一步是以静电引力
结合，环境pH对其结合是有影响的：例如腺病毒T型与红
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正义单链RNA病毒
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星状病毒、环状病毒 、披膜病毒、冠状病 毒、动脉炎病毒
小RNA病毒和黄病毒
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负义单链RNA病毒
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负义单链RNA病毒
副黏病毒、正黏病毒、弹状病 毒、丝状病毒、砂粒病毒
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逆转录 病毒
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逆转录病毒
基因组为单链RNA(+)，复制时在逆转录酶的 催化下，合成RNA/DNA杂交中间体，切除 RNA/DNA分子中的RNA后，以DNA(−)作为 模板合成双链DNA，而双链DNA可整合于 细胞DNA中，即前病毒(provirus)。
尾丝吸附
刺突固着
尾鞘收缩
尾管穿入
DNA注入
通过尾部刺突固着于细胞；
尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔； 尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管（髓）压入胞内，蛋白质外壳留在
胞外。
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三、脱壳
病毒侵入细胞后，病毒的囊膜和衣壳去除而 病毒核酸释放出来的过程称为脱壳(uncoating)。
脱壳是病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而
methionine
含帽子结构的mRNA的翻译起始
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真 核 生 物 病 毒 的 转 录 和 翻 译 概 览
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多顺反子
原 核 生 物 病 毒 的 转 录 和 翻 译
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(二)基因组的复制
病毒核酸的复制过程因病毒和核酸链的不同 而有差异。任何一种病毒的复制策略，都与病毒 基因组的性质密切相关，而且与基因组信息的表 达也密切相关。DNA病毒特别是双链DNA病毒 的复制机制与真核细胞有相似之处，但RNA病毒 差别较大。Baltimore(1978)根据病毒核酸及其转 录和复制方式的异同将其归纳为6种类型，以后 发展为7种。
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植物病毒―原生质体培养系统
把病毒与植物机体或组织之间的复杂关系，转 变为病毒与植物单细胞的简单关系，为植物病毒的 复制研究提供了一个较好的实验系统。
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第二节 病毒的复制过程
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一、吸附
吸附(adsorption)是病毒与细胞表面的相互作用，是病毒 复制的第一步。多数病毒的吸附过程一般分两个阶段。
单纯疱疹病毒的受体是硫酸乙酰肝素；
狂犬病毒(Rabies virus)的受体是细胞表面的乙酰胆碱受体。
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典 型 的 细 胞 受 体 结 构
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病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。
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Poliovirus receptor (PVR)
3


一、病毒复制与复制周期
病毒感染细胞后，在病毒核酸（基因组）控制下合成病毒 的核酸（DNA或RNA）与蛋白质等成分。然后在宿主细胞的 细胞质内或核内装配成病毒颗粒，再以各种方式释放到细胞外， 4 感染其它细胞，这种增殖的方式叫复制（Replication）。
一、病毒复制与复制周期
自病毒吸附于细胞 开始，到产生成熟 子代病毒从感染细 胞释放到细胞外的
细胞结合的最适pH是5.5~8.7；而柯萨奇病毒B4吸附Hela 细胞的最适pH为3.0~3.5。
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③阳离子：
Ca2+、Mg2+和Ba2+等阳离子对噬菌体的吸附有促进作
用；
Al3+、Fe3+和Cr3+等阳离子则可引起失活； Na+或K+可使脊髓灰质炎病毒、新域疫病毒、腺病毒
、流感病毒等达到最大量的吸附；
第三章 病毒的复制
主讲：马金成
生命科学学院微生物学教研室
1
第一节
第二节
病毒复制概论 病毒的复制过程 病毒的非增殖性感染
第三节
2
第一节 病毒复制概论

病毒属于微生物界，其不同于其他微生 物的特性包括：

病毒一般只含有一种核酸——DNA或RNA; 病毒通过基因组复制和表达，产生子代病毒的核酸和 蛋白，随后装配成完整的病毒粒子； 某些RNA病毒(反转录病毒)的RNA经反转录合成互补 DNA (cDNA)，随细胞DNA的复制而增殖； 病毒没有细胞壁，也不进行蛋白质、糖和脂类的代谢 活动。