第二章 病毒的形态结构和分类

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病毒颗粒类似细小的圆形结晶。有20个面, 12顶角,30棱,每个面均为等边三角形。
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几何学中的立体对称结 构实体包括正四面体、 正六面体(正方体)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 正八面体、正十二面体
和正二十面体?。
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。
(48514bp)噬菌体等
铜绿假单胞菌的PM2噬 菌体等
dsDNA
环状 ssRNA 线状
E. coli的MS2、Qβ噬菌
体等
RNA
哺乳动物正呼 dsRNA 线状 肠孤病毒
各种真菌病毒及假单胞 玉米矮缩病毒等 菌的φ6噬菌体等
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病毒核酸的结构特征
(1)粘性末端
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(2)末端冗余
双链DNA两端存在 的相同核苷酸序列, 经过外切酶处理,就 能形成多联体分子, 进一步切割退火处理, 能产生双连环状DNA 分子。
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复合结构的典型代表是T4噬菌体
头部
颈环
尾管
尾鞘
尾丝 基板
刺突
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有尾噬菌体(无包膜)
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四、复杂对称
痘苗病毒(有包膜)
在病毒中体积最大,在光学显微镜下勉强 可见。
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人免疫缺陷病毒
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第三节 病毒的结构、化学组 成与功能
病毒主要是由核酸和蛋白质组成,核酸是病毒的 遗传物质,蛋白质构成包裹核酸的衣壳。有些病 毒衣壳外包被有来自宿主的脂膜。
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衣壳蛋白:保护病毒的基因组 ;决定病毒 的抗原性;吸附作用;血凝作用
结构 蛋白
包膜蛋白:主要表面抗原;凝集脊椎动物红 血球细胞、细胞融合以及酶
基质蛋白:构成膜脂双层与核衣壳之间的 亚膜结构,具有支撑囊膜、维持病毒 毒粒酶:T4噬菌体的溶菌酶参与病毒进入、 释放等过程;逆转录酶参与病毒的 53 大分子合成 ;RNA聚合酶
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病毒分类原理
稳定性:病毒的名称及其所属关系一旦 确定下来,就应尽可能保留。 实用性:病毒的分类体制应该对病毒学 研究领域是有用的。 认可性:病毒分类阶元和名称应该为病 毒学研究者乐意接受和使用。 灵活性:病毒分类阶元可以依据某些新 发现而进行重新修订和再确定。

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病毒的分类依据
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第四节 病毒的分类与命名
病毒分类学是随着病毒学尤其是分子病毒学的发 展而建立起来的,并逐步走向成熟。自从1937年首次 提出根据病毒对组织的亲合性进行分类到现在为止, 将5450病毒归类到3个病毒目、73个病毒科、11个病毒 亚科、289个病毒属、1950多个病毒种。国际病毒分 类委员会(International Committee on Taxonomy of Viruses,ICTV)。
的测定。
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采用各种电镜技术观察病毒粒的形态结构
Orf virus:口疮病毒(接触性脓疱皮炎 病毒)(负染技术)
Vaccinia virus 痘苗病毒 (投影技术)
Ebola virus :埃博拉病毒(正染技术)
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各 种 毒 粒 的 大 小 、 形 态 差 异 很 大
细菌T4噬菌体 腺病毒 细菌M13噬菌体 人血红细胞
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若干有代表性病毒的核酸类型
核酸类型 病毒代表 动物病毒 植物病毒 微生物病毒
线状 ssDNA
DNA 环状 线状
细小病毒
尚未发现 单纯疱疹病毒 猿猴病毒40 艾滋病毒等
玉米条纹病毒等
尚未发现 尚未发现 尚未发现 烟草花叶病毒
尚未发现
E. coli的φX174、M13噬
菌体等
E. coli的T系和A
第二章 病毒的形态、结构 和分类
主讲:马金成
生命科学学院微生物学教研室
第一节 第二节 第三节 第四节
病毒的形态与大小 病毒的对称性 病毒的结构、化学组成与功能 病毒的分类与命名
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第一节 病毒的形态与大小
病毒个体微小,测量病毒大小的单位是毫微米 (nm),即1/1000微米。大型病毒(如牛痘苗病毒) 约200~300nm;中型病毒(如流感病毒)约100nm; 小型病毒(如脊髓灰质炎病毒)仅20~30nm。只能 用电子显微镜观察的非细胞生物。 了解病毒的形态结构、化学组成及功能,不仅对 病毒的分类和鉴定有重要意义,同时也有助于理解 病毒的宿主范围,致病作用及疫苗的研制。
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(一) 病毒的形态
病毒是一类非细胞生物,故称之为病毒粒或病 毒 体 ( virion), 有 时 也 称 病 毒 颗 粒 或 病 毒 粒 子 (virus particle),专指成熟的、结构完整的和有感 染性的单个病毒。
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球形颗粒(或称拟球形颗粒)
病 毒 粒 的 形 状
杆状颗粒
复杂形状颗粒(如蝌蚪状,卵形)
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• • • •
(7)分段基因组 (8)帽子和ploy(A)结构 (9)转录调控序列如启动子和增强子序列 (10)某些真核病毒的基因组也含有内含子
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(二)病毒蛋白质及其功能
蛋白质是病毒的另一类主要成份,病毒的蛋白 质根据是否存在于病毒颗粒中分为结构蛋白和 非结构蛋白。
非结构蛋白:指由病毒基因组编码的,在病毒复 制或基因表达调控过程中具有一定功 能,但不结合于病毒颗粒中的蛋白质。 结构蛋白:系指构成一个形态成熟的有感染性的 病毒颗粒所必需的蛋白质。
(三)病毒的脂质
病毒粒子所含的脂质大部分是囊膜的成分——脂类化合 物,以磷脂和胆固醇为主,还有少量甘油三酰酯、糖脂、 脂肪酸、脂肪醛。
脂类成分来自宿主细胞的胞膜或核膜,因此具有宿
主细胞的某些特性。例如,流感病毒的囊膜 具有与正常动物细胞相同的抗原性; 病毒脂类存在与病毒的吸附和侵入有关。
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血凝素
神经氨酸酶
脂质分子如磷脂酰胆碱
(phosphatidylcholine)
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病毒的脂质

无囊膜的病毒:细小病毒、小RNA病毒、呼肠孤病毒、 乳多空病毒、腺病毒 有囊膜的病毒:披膜病毒、正黏病毒、副黏病毒、白 血病病毒、弹状病毒、疱疹病毒 对于大部分有包膜的病毒粒子而言,脂质占其结 构成分的20~35%左右; 痘病毒所含脂质仅占结构成分的5%,覆盖一半面 积的包膜,包膜的其余部分皆为蛋白质分子所占 据,形成的包膜很少具有流动性,所以这种病毒 粒子对脂溶剂具有较高的抗性; 披膜病毒是脂质含量最高的一类病毒,约占病毒 粒子结构成分总量的50%以上,对脂溶剂非常敏感。 56
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一、病毒的结构
衣壳(蛋白质壳体) 核壳
病毒的基本结构
核心(核酸)
DNA:DNA病毒 (如天花病毒、腺病毒等)
RNA:RNA病毒 (如HIV、脊髓灰质炎病毒等)
只含有其中一种核酸
35 ★病毒长什么样子?
病毒的专门名词
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病毒体的模 式构造
典型病毒粒的构造
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病 毒 粒 子 的 模 式 构 造
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裸露的二十面 体腺病毒毒粒
核酸 衣壳 包膜 刺突
有包膜的二十面 体疱疹病毒毒粒
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三、复合对称
自然界中也有一些病毒的衣壳同时具有 上述两种对称体制,其典型的代表就是大 肠杆菌的T 偶数噬菌体。T4噬菌体由头部、 颈部和尾部组成。头部为二十面体对称, 尾部为螺旋对称,两种对称体制结合成复 合对称。
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(3)循环排列
一些病毒基因组的线状双链 DNA具有相同的基因序列, 但若以不同的核苷酸为起点 进行排列,可以产生末端序 列不相同的线状分子。如果 将这种核酸先变性,后退火, 从而形成具有粘性末端的线 状双链DNA,再由两个粘性 末端连接,产生环状分子。
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(4)回文序列
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(5)倒转末端重复序列
(四)病毒的糖类及其功能

糖是所有病毒核酸的成分之一,核糖与核苷酸共同构 成了核酸的骨架。 病毒包膜突起的成分为糖蛋白,其功能:与病毒的吸 附有关(吸附蛋白);与病毒的侵入有关(融合蛋白)
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(五)病毒的其他化学成分

有些病毒粒子中还发现了多胺和金属离子

有机离子和无机阳离子均与病毒的核酸无规 则的结合,其结合量受环境对离子相对亲和 力的影响,结合会对病毒的构象产生一定改 变,但对病毒粒子的侵染力无明显作用。
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一、螺旋对称

螺旋对称为一种"螺旋形楼梯"的结 构。对称的螺旋中间有一个"轴", 在螺旋 排列中,蛋白质亚基排列在核酸之间的转 角上,构成螺旋对称病毒的衣壳。螺旋对 称衣壳(螺旋两端的除外)的每个亚基都是 严格等价的,并与相邻亚基以最大数目的 次级键结合,保证衣壳结构处于稳定状态
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螺旋对称壳体:
细菌f2、MS2噬菌体 烟草花叶病毒
衣原体
牛痘病毒 脊髓灰质炎病毒
大肠杆菌
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第二节 病毒的对称性

病毒的形态是病毒结构的外在表现。 虽然病毒的形态千差万别,但他们的形态也 遵守物体基本形状的规律,具有对称性。螺 旋对称和二十面体对称是病毒的基本对称机 制;有些结构比较复杂的病毒,是由螺旋对 称和二十面体对称相结合而成的,称为复合 对称。此外,还有一种较少见的对称方式, 就是复杂对称。
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球形 :脊髓灰质炎病 毒、疱疹病毒、腺 病毒等。 丝形 :烟草花叶病病毒 弹形:狂犬病病毒等。 砖形 :如天花病毒、 痘 病毒、牛痘苗病毒 蝌蚪形:T4噬菌体等
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7

天花病毒
好似寿司的 天花病毒
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SARS病毒
埃博拉病毒
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乳头状瘤病毒
脊髓灰质炎病毒
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(二) 病毒的大小
病毒体积极其微小,是亚显微的,其大小的测 量单位为纳米 ( nanometer , nm ,即 10-9m) 。 病毒 大小可以用电子显微镜直接、准确地测量。此外, 也可通过分级过滤、超速离心、电泳等方法间接
皮鞋状的亚基有规律地沿
着中心轴(RNA)呈螺旋
排列,进而形成高度有序、 对称的稳定结构。
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甜 菜 黄 叶 病 毒
麻疹病毒 (去包膜)
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核酸 衣壳粒 衣壳
裸露的螺旋毒粒
衣壳粒 核酸 包膜
刺突
流感病毒
有包膜的 螺旋毒粒
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二、二十面体对称

二十面体对称的病 毒符合一种柏拉图体 (Platonic solid)的形式, 它是由20个等边三角形 组成,含12个顶点和30 条棱。又叫5 : 3 : 2旋转 对称实体。
病毒粒子的特性:病毒的形态;生理生化和物理性
质;病毒基因组;病毒蛋白;病毒脂类含量和 特性;碳水化合物的含量和特性。
病毒的抗原性质:病毒血清学性质与其抗原的关系。
病毒的生物学特性:病毒天然的宿主范围、地理分布、
致病机理、组织嗜亲性、病毒的传播与媒介体 的关系。
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病毒命名的规则

病毒的命名不是采用“双命名法”,而是以地名、 人名、病毒感染引起的症状、病毒粒子的形态、 宿主。拼写以及字母和数字进行命名的。 为了使分类和命名得到统一,根据Mayo在1998年 报道,在ICTV常务委员会的提议下,批准了41条 原则。
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二、病毒的化学组成与功能
病毒的基本化学组成是核酸和蛋白质。有囊膜 的病毒和某些无囊膜的病毒除核酸和蛋白质外, 还含有脂类和糖类。有的病毒还含有聚胺类化 合物,无机阳离子等组分。
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(一)病毒的核酸及其功能
核酸是病毒的基 因组,它是病毒 粒子中最重要的 成分,是遗传信 息和生物活力的 物质基础,也是 病毒分类鉴定的 重要依据。
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病毒核酸具有遗传功能
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Hershey–Chase experiment
experiment of Fraenkel-Conrat
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病毒的核酸类型
原核和真核细胞的DNA一般为双链,RNA为单链; 双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA; 在单链DNA和RNA中,还有极性之分(正单链和负单链)
病毒基因组两端的反向互补重复序列,这样的基因组经过变性、 退火处理,可以形成有部分双链区的线状环;或者产生锅柄样的 结构。
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(6)重叠基因
重叠基因----某些病毒基因 组的某一特定序列能够以两 个或两个以上的阅读方式进 行阅读,因而可以产生两种 或两种以上的不同多肽。重 叠基因符合遗传节约的原则, 它增加了病毒基因组遗传信 息的容量。
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下节课再见了 ……
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如果在这些多面体中, 保持容积都相同,则 构成多面体的每个单 位面的面积以二十面 体为最小,因而构成
一个最小的单位面所
需要的蛋白质亚基可 少一些,这有利于病 毒节约遗传信息。
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具有二十面对称性的病毒颗粒中的形态学单 位和结构单位的数目
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最 简 单 的 二 十 面 体 病 毒
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二十面体对称病毒的 典型代表——腺病毒
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