病毒和朊病毒

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– 球状、杆状和复合状的无包膜病毒
脊髓灰质炎病毒 烟草花叶病毒
P2噬菌体
T2噬菌体
• 病毒粒子的基本形态
– 包膜病毒
腺病毒
疱疹病毒
流感病毒
HIV病毒
人类免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus),它会 造成人类免疫系统的缺陷。
1981年,此病毒在美国首次发现。 它是一种感染人类免疫系统细胞的 慢病毒(Lentivirus),属反转录病 毒的一种。至今无有效疗法的致命 性传染病。该病毒破坏人体的免疫 能力,导致免疫系统的失去抵抗力 ,从而导致各种疾病及癌症得以在 人体内生存,发展到最后,导致艾 滋病(获得性免疫缺陷综合征)。
一、病毒的发现和研究历史
1886年,A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病; 1892年,D. Ivanovsky:烟草花叶病病原体能通过细菌滤器:
一种能通过细菌滤器的”细菌毒素”或极小的细菌
1898年,M W Beijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果:
✓ 能通过细菌滤器; ✓ 可被乙醇沉淀而不失去其感染性, ✓ 能在琼脂凝胶中扩散; ✓ 用培养细菌的方法不能被培养出来,推测只能在植物活细胞中生活;
2、毒粒的壳体结构
壳体或衣壳(capsid): 包围着病毒核酸的蛋白质外壳
壳体结构类型
螺旋对称 二十面体对称 双对称
螺旋对称壳体:
亚基有规律地沿着中心轴 (核酸)呈螺旋排列,进 而形成高度有序、对称的 稳定结构。
例:烟草花叶病毒
二十面体对称壳体:
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。
性质 直径大于 300nm 在无生命培养基生长 专性活细胞内寄生 双分裂 含有 DNA 和 RNA 核酸感染性 核糖体 产能代谢 细胞膜 对抗生素的敏感 对干扰素的敏感
细菌 + + + + + + + + -
立克次氏体 + + + + + + + + -
支原体 ± + ± + + + + + + -
同方式产生mRNA.
ssRNA(+) virus (class IV): 可直接作 为mRNA使用。
ssDNA virus (class II): 先 合成一条双链DNA,这条 双 mR链N反属DAN转R合AN录成指A病病。导毒毒DN,(cAl通a复s过s制反V与I):
转录产生双链DNA中
间媒介,再以此指导 mRNA与病毒基因组 的合成
若标本经过适当稀释进行接种并辅以 染色处理,病毒可在培养的细胞单层 上形成肉眼可见的局部病损区域,即 蚀斑(plaque)或称空斑。
植物病毒的培养 植物病毒
敏感植物叶片
产生坏死斑,或称 枯斑
2、 病毒纯化
病毒是有感染性的生物体
标准
纯化的病毒应保持感染性 病毒具有化学大分子的属性
纯化的病毒应具有理化性质均一性
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(icosahedral symmetry)结构。
双对称结构/复杂对称:
具有双对称结构的典型例子是有尾噬菌体(tailed phage),其壳体由头部和 尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称,尾部呈螺旋对称。
方法
主要化学组成为蛋白质
蛋白质提纯方法
(盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等)
具有一定的大小、形状和密度
差速离心
梯度离心
(超速离心)
四、 毒粒的性质
毒粒(病毒颗粒):病毒的细胞外颗粒形式,也是病毒的
感染性形式。
一团能够自主复制的遗传物质
蛋白质外壳
包膜
1、毒粒的形态
病毒的大小和形状
• 在包膜形成时,细胞膜蛋白被病 毒的包膜糖蛋白取代。
• 刺突(spike):包膜或核衣壳 上的突起。
裸露的二十面体毒粒 有包膜的二十面体毒粒;
裸露的螺旋毒粒; 有包膜的螺旋毒粒
Vaccinia virus 痘病毒
在病毒中体积最大,在光学显微镜 下勉强可见。
复杂对称的病毒
有尾噬菌体
ii.
• 病毒粒子的基本形态
3、 病毒的包膜结构
核壳体(nucleocapsid): 蛋白质壳体 + 核酸(核心),又称核衣壳。
裸露毒粒(naked virion):仅由核衣壳构成的病毒颗粒 包膜(envelope):
核衣壳外的一层脂蛋白膜,由宿主细胞膜衍生而来
作用:保护病毒核壳; 启动病毒感染;
• 病毒包膜的基本结构与生物膜相 似,是脂双层膜。
病毒的定义
迄今仍无一个科学而严谨的定义
病毒为具有独立于其宿主进化史的绝对细胞内寄生物,它的DNA或 RNA基因组被其所编码的蛋白质壳体化(encapsidation)。 -------------(Fields等,1990年)
(真)病毒:至少含核酸和蛋白质二种组分
非细胞生物
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
2008年诺贝尔奖
德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森因发现人乳突淋瘤病毒 引发子宫颈癌获此殊荣;
两名法国科学家弗朗索瓦丝·巴尔-西诺西和吕克·蒙塔 尼因发现人类免疫缺陷病毒获此殊荣。
SARS病毒为冠状病毒
五、毒粒的化学组成
毒粒
(化学组成)
核酸; 蛋白质;
基本化学组成
脂类;
碳水化合物;
1、病毒的核酸
羊膜腔
尿囊腔 卵黄囊
尿囊绒膜
单纯疱疹病毒 痘病毒 劳氏肉瘤病毒
流感病毒 腮腺炎病毒 单纯疱疹病毒
流感病毒 腮腺炎病毒 新城疫病毒 鸟类腺病毒
1、病毒的培养
大多数动物病毒感染敏感细胞培养层能引 起其显微表现的改变,即致细胞病变效应 (cytopathic effect,CPE),例如细胞聚 集成团、肿大、圆缩、脱落,细胞融合形 成多核细胞,细胞内出现包涵体 (inclusion body),乃至细胞裂解等。
病毒的复制过程(复制周期)
1)感染宿主细胞; 2)病毒核酸复制与表达; 3)产生子代病毒基因组和新的蛋白质; 4)组分装配(assembly)成子代毒粒; 5)释放到细胞外; 6)重复上述过程;
2、病毒感染的起始
1)吸附:
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)
核酸是病毒的遗传物质; 一种病毒的毒粒只含有一种核酸:DNA或是RNA;
病毒核酸
单链DNA(ss DNA); 双链DNA(ds DNA); 单链RNA(ss RNA); 双链RNA(ds RNA);
2、病毒的蛋白质
病毒蛋白质
非结构蛋白
病毒基因组编码的,在病毒复制过程中产生 并具有一定功能,但并不结合于毒粒中的蛋
个体小,必需在电镜下观察;
不同病毒的毒粒大小差别很大;
形状:球形(或称拟球形颗粒)
杆状
等少数几类。
复杂形状(如蝌蚪状,卵形)
采用各种电镜技术观察毒粒的形态结构
Orf virus:口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒) (负染技术)
Ebola virus :埃博拉病毒(正染技术)
Vaccinia virus 痘病毒 (投影技术)
比细菌小的具有传染性的活的流质(contagium vivum fluidum)
1900年前后,包括口蹄疫(foot and mouth disease)在内的 多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。
filterable viruses(滤过性病毒)
viruses(病毒)
1935年,W M Stanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒; Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白;
尾鞘收缩
尾管穿入
DNA注入
通过尾部刺突固着于细胞; 存在于毒粒中的酶 尾部的酶水解细胞壁,产生小孔; 尾鞘收缩,核酸通过中空的尾管压入胞内;
动物病毒的侵入方式:
①病毒穿过细胞膜的移位方式;
②毒粒包膜与细胞质 膜的融合;
③ 细胞的内吞功能;
植物病毒的侵入方式:
通过机械损伤所形成的微伤口进入细胞;或者靠携带有 病毒的媒介,主要靠是有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入 细胞。
2)一种病毒的毒粒内只含有一种核酸,DNA或者RNA。
3)没有催化能量代谢的酶或酶系极不完全,不能进行独立 的代谢作用。
4)严格的活细胞内寄生,必须依赖宿主细胞进行自身的核 酸复制,形成子代。
5)个体微小,在电子显微镜下才能看见。
6)对大多数抗生素不敏感,对干扰素敏感。
单细胞微生物与病毒性质的比较
衣原体 ± + + + + + + -
病毒 + +a -b +
a DNA病毒和RNA病毒中的一部分;b
病毒的个体特点
1. 形体极其微小,必须在电子显微镜下才能观察,一般都可通过 细菌滤器;
2. 无细胞构造; 3. 主要成分仅为核酸和蛋白质; 4. 每一种病毒只含一种核酸,DNA或RNA; 5. 无产能酶系,也无蛋白质合成系统; 6. 不存在个体的生长; 7. 细胞内专性寄生; 8. 在离体条件下,以无生命的大分子存在。
白质。
结构蛋白
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。
壳体蛋白; 包膜蛋白; 存在于毒粒中的酶;
保护作用 启动感染
(决定感染的特异性)
参与病毒的入侵或复制
(如逆转录酶等);
六、 病毒的复制
病毒感染敏感宿主细胞后,病毒核酸进入细胞,通过其复制与 表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质,然后由这些新合成的 病毒组分装配(assembly)成子代毒粒,并以一定方式释放到 细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制(replication)。
朊病毒(普列昂):只含蛋白质
三、病毒的宿主范围及其多样性 病毒几乎可以感染所有的细胞生物,并具有宿主特异性
噬菌体(phage) 植物病毒(plant viruses) 动物病毒(animal viruses)
病毒的多样性
-形态: 最小:细小病毒(20nm) 最大:痘病毒(300nm) 最长:线状病毒(800-900nm,最长:14000nm)
–核酸类型: DNA/RNA;单链/双链/部分单链;线状/环状。
四、病毒的培养和纯化 1、病毒的培养 二元培养物法
噬菌体
细菌培养物
培养液
细菌培养液变清亮
营养琼脂平板
细菌平板成为残 迹平板
噬菌体经过适当稀释再接种细菌平板,培养 后在菌苔上可形成圆形局部透明区域,即噬 菌斑(plague) 如同对细菌计数一样,形成的噬菌斑也可用 于对噬菌体的数目进行估算。
1940年,Kausche首先用电来自百度文库观察到烟草花叶病毒颗粒;
禽流感病毒正在侵染细胞(2007年)
病毒学(Virology):研究病毒(virus)的本质及其与 宿主的相互作用的科学。
二、病毒的特点和定义 特点
1)不具有细胞结构,具有一般化学大分子的特征。
例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳(coat)构成, 故可把它们视为核蛋白分子。
植物病毒一旦进入细胞后,增殖产生的子代病毒或病毒核 酸可通过病毒编码的运动蛋白(movement protein)与胞 间连丝的相互作用
3)脱壳:
脱壳是病毒侵入后,病毒的包膜和/或壳体 除去而放出病毒核酸的过程。
T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的
动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式, 其脱壳过程也较复杂。
病毒的毒粒消失,失去原有的感染性,进入潜隐期。
3、病毒大分子的合成
病毒基因组进入胞内
病毒利用宿主的生物合成能力,使病毒核酸表达和 复制,产生大量的病毒蛋白质和核酸。
病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成
dsDNA virus (classVIir)u: s与es寄in主C基las因s VII (ds DNA) 通 组DN相A同。的方式产生m过需R一要N条反A转R和N录复A酶中制。间但体与来I合类成病D毒N以A,相
ssRNA(-) virus (class V) : 以此为模板合成mRNA
dsRNA virus (class III): 以 其中一条链为模板合成 mRNA
动物病毒的培养:
1、实验动物 2、鸡胚 3、多种细胞培养
• 免疫缺陷动物(SCID 小鼠)
• 对病毒感染无免疫排斥 • 可接入人的免疫细胞等,使之具有人的免
疫功能,用于研究HIV、疱疹病毒等与免 疫系统的相互关系
SCID:severe combined immunodeficient
鸡胚的构造和病毒培养
毒粒
敏感细胞
病毒表面蛋白与细胞受体的结合 特异性,不可逆吸附,启动病毒感染的第一阶段
吸附于大肠杆菌上的噬菌体
2)侵入:
侵入又称病毒内化,一个病毒吸附后几乎立即发生, 是一个依赖于能量的感染步骤。
不同的病毒-宿主系统的病毒侵入机制不同
有尾噬菌体的侵入方式:注射方式将噬菌体核酸注入细胞
吸附
尾钉固着
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