第二节 病毒的结构

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第二章 病毒的形态与结构
本章重点: 1. 根据结构特征,病毒粒子分为几种类型? 2.病毒的基本类型 及病毒基本结构 3. 什么叫病毒感染性核酸?什么叫乙醚敏 感试验?

首先介绍一些有关的术语
1.衣壳 (capsid):是指已经或即将与核酸进 行组装的pro外壳。(在显微镜下,由许多球形 或管状亚单位按一定对称规律构成) 2.核衣壳:是指病毒的蛋白—核酸复合体 3.囊膜(envelope ):比较复杂的病毒,核衣 壳外面还有一层或几层富含脂质的外膜即囊膜。 4.V粒子:是在形态学上成熟的病毒个体,在有 囊膜的V,是指核衣壳或得囊膜后的全体结构, 而在无囊膜V,则是成熟的核酸与衣壳的复合体。
1.病毒的核酸分为两大类:
DNA

RNA
二者 不会同时存在

病毒核酸也称基因组(Genome),最 大的痘病毒(Poxvirus)含有数百个基因, 最小的微小病毒(Parvovirus)仅有3-4 个基因 。
核酸分股情况
① 大部分病毒的DNA是双股的,RNA是单股的;
② 少数病毒的DNA是单股的——如细小病毒、圆环病毒 ;
2、螺旋对称的病毒子
Helical symmetry
① ②

病毒衣壳呈螺旋状的空心圆桶,结构比较单。 长度与核酸有关; 螺旋可弯曲,也有不易弯曲的;
④ 所有螺旋对称的动物病毒 都有囊膜。
3、有囊膜的病毒子
内部为20面体或螺旋状的核衣壳; 外面包有一层囊膜; 有囊膜的病毒多为圆形;

– 但也有外形固定、规则的,如弹状病毒。
5 . Pro 亚单位:指一条特殊折叠的多肽链。
是衣壳的化学单位。 6.原体由一种或一种以上不同 pro亚单位构成。 (因一种或几种肽)是衣壳的结构单位。 7.壳粒(capsomere)又称形态单位,是指在电 镜下见到的病毒表面明显团块,大致上相当 于蛋白亚单位的突出部分,壳粒只是形态学 上的结构。每一壳粒由5或6个原体构成
病毒的核酸分为两大类:
核酸线性情况
① 一般情况下:核酸呈线状;
② 少数DNA病毒的DNA为环状;
病毒的核酸分为两大类:
多数为:双股、线状;
DNA病毒
少数为:双股、环状;如多瘤病毒 单股、线状;如细小病毒 单股、环状;如圆环病毒 多数为:单股线状、不分节段;
RNA病毒
单股线状、分节段;如正粘病毒、 少数为: 砂粒病毒
病毒基本结构模式图
病毒基本结构模式图:
衣 壳、 核 心、 壳 粒、
包 膜、 刺突
病毒体结构模式图

包膜子粒
包膜
壳粒
衣壳
核心(核样物)
核 衣 壳
核心:核酸 →基因组genome →决定病毒 遗传、变异和复制 壳粒capsomere → 衣壳capsid →保护、 介导、抗原性 包膜envelope,包膜子粒peplomere(刺突 spike) →保 护、介导、抗原性
(二)病毒的衣壳对称性
病毒的壳体有三种结构对称类型,与之
相对应,病毒颗粒的形状大致可分为三 种类型。但还与囊膜有无有关。
壳体对称类型:
螺旋对称(Helical
Symmetry):蛋白质亚基
沿中心轴呈螺旋排列,形成高度有序、对称的稳 定结构。
二十面体对称(
Icosahedral Symmetry ) :
V及V感染性核酸的感染:
二.V的蛋白质
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。---复制过程中 的一些酶。 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。包括壳体蛋白、 包膜蛋白和毒粒酶等。
双股线状;分节段;如呼肠孤病毒 和双RNA病毒
病毒的核酸分为两大类:
在病毒学中常把mRNA的碱基序列作为标准, 凡是 与此相同的称为“正股核酸” ; 与此互补的称为“负股核酸”。
2.核酸的结构
核酸的一级结构 -----四种核苷酸按照一定的方 式,数量和排列顺序彼此相连形成的多核苷酸 链 核酸的二级结构 -----螺旋状结构 核酸的三级结构 ----麻花状的构型 另外 G+C% 含量对某种特定病毒来说是一定的, 因此现在分子生物诊断技术中采用了 G+C mol% 来鉴定病毒)
B
E
Байду номын сангаасG、烟草花叶病毒
$2 . 病毒的化学组成
病毒的基本化学组成是核酸和蛋白质。有包膜的
病毒和某些无包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。 一.病毒的核酸 病毒的结构,它像个灯泡,玻璃部分是蛋白质外 壳,灯丝部分就是那万恶的核酸!核酸是病毒的 遗传物质,为病毒的复制、遗传和变异等提供遗 传信息。
$1

病毒的形态结构
一、病毒的形态 病毒以病毒颗粒的形式存在,一个形态 和结构上完整的病毒颗粒称为病毒子 (Viron)。
根据宿主的不同,有动物病毒、植物病毒、细
菌病毒(噬菌体)和拟病毒(寄生在病毒中的 病毒)等多种类型。有的病毒甚至没有蛋白质, 只含有具有单独侵染性的较小型的核糖核酸 (RNA)分子(类病毒),或只含有不具备侵 染性的RNA(拟病毒)和没有核酸而有感染性 的蛋白质颗粒(朊病毒)。我们把后3类统称 为亚病毒。
⑶构成毒粒酶的蛋白质 :毒粒酶根据功能
大致分为两类: T4 噬菌体的溶菌酶参与病毒 进入、释放等过程;逆转录病毒的逆转录酶 参与病毒的大分子合成 3.V pro抗原性 4.V pro的毒性作用
三.病毒的酶
四.病毒的脂质 含脂质V有三种特征:(1)病毒颗粒的结构上, 内部有核蛋白的核心,外部则有包膜。包膜有脂 质,pro及糖类组成, (2)新增殖V在宿主C膜等部位成熟,然后以伢 生方式释放;(3)大多数含脂质的V对有机溶剂, 表面活性剂,溶脂酶敏感。 五.病毒的碳水化合物 六.其它组成:如丁二胺、亚精胺、精胺等大都结 合于病毒核酸,对核酸的构型有一定影响。

$3. V的结构组成

病毒的结构有二种,一是基本结构,为所有病 毒所必备;一是辅助结构,为某些病毒所特有。 它们各有特殊的生物学功能。
一、 病毒的基本结构 1.核酸(Nucleic acid):参照第二节; 2.V的衣壳 V衣壳的形成实际上是pro亚单位的组合 和装配过程,pro亚单位——结构单位— —衣壳。病毒的衣壳只有两种构型:20 面体对称和螺旋状对称两类。

3.V感染性核酸:是从V粒子中提取的裸露的核酸,
带有V增殖过程中必要的遗传信息。它进入C后就 能形成新的V,这种核酸称为感染性核酸。 提取只限于一些小型和较小型V,主要是单链核 酸病毒和病毒粒子内不含转录酶的病毒,例如: 微RNAV,细小V,披膜V,和乳多空V。披膜V是能 够提取感染性核酸的唯一的带囊膜RNAV。 大、中型病毒不太成功的原因可能是核酸分子长, 提取过程易断而破损、失效的缘故。

一般病毒的大小只有10-100纳米,即便是
较大的病毒,如天花病毒,也只有300纳米。 而米米病毒直径有800纳米,其英文名 字全称是Mimick-ing microbe virus,意 思是“酷似细菌的病毒”。 它那巨大的“身型”,几乎与一些小 型的细菌大小相当,因而在当年被各国媒 体大肆宣传。
主要功能是:(1)对V核酸形成保护的外
壳,使之不被核酸酶等外界因子所破坏. (2)与V粒子的吸附,侵入和感染有关 1.V pro的结构 :一级结构是由氨基酸序 列组成的多肽链 ;二级结构是多肽的螺旋 型 ;三级结构是多肽链的折叠形式;四级结 构是蛋白质形态单位的空间排列形式。
了解V
pro的结构及其功能对了解V的变异 有重要意义。V基因核苷酸序列的改变是V 变异的物质基础,V基因的改变通过基因表 达的产物——pro反映出来,例如:流感V 抗原变异时,血凝素的一般结构有较大差 别,即使在抗原漂移时,也可以观察到血 凝素的一级结构有差别。
③ 少数RNA是双股的——如呼肠孤病毒和双RNA病毒;
病毒的核酸分为两大类:
核酸分节情况
① DNA病毒的DNA是一条不断裂的长链——单分子不分 节段; ② 多数RNA病毒的RNA也是——单分子不分节段; ③ 少数RNA病毒的RNA分为几个节段——多分子分节段; 如呼肠孤病毒10-12节段,双RNA病毒2节段,流感病 毒8节段。

4、砖形 (Brick-shape):如痘病 毒(无花病毒、牛痘苗病毒等)。其 实大多数呈卵圆形或“菠萝形”。 5、蝌蚪形(Tadpole-shape):由一 卵圆形的头及一条细长的尾组成,如 噬菌体。

二.病毒的结构
(一)研究病毒结构的方法
1.电子显微镜 2.X
射线结晶学方法
复杂形状的病毒颗粒。
复合对称(Complex
Symmetry ) :仅少数
病毒壳体为双对称结构。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。具有双对称结构的典型例子是有 尾噬菌体(tailed phage)。
壳体类型图
螺 旋 状 对 称
20面 体对 称的 病毒 粒子

病毒的基本类型
基本特征 (真)病毒 亚病毒 类病毒 含有具有单独侵染性的核糖核酸 (RNA)分子 只含有不具备侵染性的RNA 至少含有蛋白质和核酸两类物质
拟病毒
朊病毒
没有核酸而有感染性的蛋白质颗粒
电镜观察有五种形态: 1、球形 (Sphericity):大多数人类和动物病 毒为球形,如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病 毒等。 2、丝形 (Filament):多见于植物病毒,如烟 草花叶病病毒等。人类某些病毒(如流感病毒) 有时也可形成丝形。 3、弹形(Bullet-shape):形似子弹头,如狂犬 病病毒等,其他多为植物病毒。
2.V pro种类:
⑴壳体蛋白:
功能:①构成病毒的壳体,保护病毒的核 。 酸。②无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒 的吸附、进入,决定病毒的宿主嗜性, 同时还是病毒的表面抗原。
⑵包膜蛋白 :构成病毒包膜结构的病 毒蛋白质, 包括包膜糖蛋白和基质蛋白两 类。功能:①是病毒的主要表面抗原,它们 与细胞受体相互作用启动病毒感染发生,有 些还介导病毒的进入。②还可能具有凝集脊 椎动物红血球细胞、细胞融合以及酶等活性。 ③基质蛋白构成膜脂双层与核衣壳之间的亚 膜结构,具有支撑包维持病毒。
多数病毒呈球形或近似球形,杆状,丝状, 少数可为子弹状、砖块状,噬菌体可呈蝌蚪状。
不同病毒间差异很大,从十几纳米到十
几微米不等。最小的动物的猪圆环病毒 (Porcine circo-virus,PCV)直径仅 17nm; 最大的动物痘病毒 (Poxviruses)大小达300-450×170260nm。 2004年10月14日法国两位科学家的研究 发现,米米病毒(Mimivirus)寄生在水 生单细胞动物阿米巴变形虫中,是病毒 界里的大怪物,直径有800纳米。

微生物的大小比较
A、大肠杆菌噬菌体 ( 65 ×95nm ) 衣原体 390nm A 立克次体 450nm G F D、乙脑病毒 ( 40nm ) E、蛋白分子 (10nm ) F、流感病毒 ( 100nm ) B、腺病毒 (70nm )
葡萄球菌 (1000nm) 牛痘病毒 300×250n m C D
噬菌体(复合对称)
1、20面体对称的病毒子
Icosahedral Symmetry

病毒颗粒类似细小的圆形结 晶。
20 面,等边三角形;
12 顶角, 30 棱
20面体对称的病毒:
所有DNA病毒;
双股RNA的呼肠孤病毒 单股RNA的小RNA病毒、披膜病毒、反录病毒

顶角上看——5重对称; 面中央看——3重对称; 边 棱 看——2重对称。
病毒子
4、形态和结构更为复杂的病毒子

病毒子
呈砖 状,如痘病毒; 呈精子状,如噬菌体; 呈子弹状,如狂犬病病毒。
病毒粒子类型图:
艾滋病病毒
天花病毒 SARS冠状病毒
2.病毒的大小
完整的成熟病毒颗粒,具有典型的形态结构,
并有感染性。 测量单位为纳米(nm,为1/1000m)
<50 nm 小型病毒 50 nm -150 nm 中等大小病毒(大多数) > 150nm 大型病毒
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