病毒的形态结构与分类_2016版

Electron micrograph
Crystallographic model
Helical naked capsid viruses
RNA
Protein
Tobacco mosaic virus Electron micrograph
Tobacco mosaic virus Model
Icosahedral enveloped viruses
Capsid symmetry
Icosahedral
Helical
Naked capsid
Matrix Lipid Glycoprotein
Enveloped
Icosahedral naked capsid viruses
Adenovirus
Foot and mouth disease virus
病毒的分类依据
核酸的性质与结构 病毒粒子的大小、形状 衣壳对称性和壳粒数目 有无包膜 对理化因素的敏感性 抗原性 生物学特性
病毒的分类方法-1
根据宿主不同分类 动物病毒、植物病毒、昆虫病毒、细菌病毒 （噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、 藻类病毒（噬藻体）、真菌病毒（噬真菌体）
2.核酸：核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA两种 类型，每种病毒只含一种类型。噬菌体大多含DNA， 植物病毒大多数含RNA。
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。
3.包膜：如痘病毒、冠状病毒具有包膜，除含有蛋 白质和核酸外，还含类脂质和多糖。
3. 病毒的形态
病毒的形态多样，依种类不同而异。 动物病毒的形态有球形、卵圆形、砖形等， 植物病毒的形态有杆状、丝状、球状等， 噬菌体的形态有蝌蚪状、丝状。
病毒的形态结构与分类
课程内容
病毒概念(concept) 病毒大小(size) 病毒结构(structure) 病毒形态(morphology) 病毒命名(nomenclature) 病毒分类(classification) 参考资料与思考题目
病毒-virus
没有细胞结构，专性寄生在活的敏感宿 主体内，可通过细菌滤器，一般在0.2μm 以下的超微小微生物，须在电镜下观察。
2）用于生物防治。
2.噬菌斑(plaque）
概念：将少量噬菌体与大量 敏感菌混合培养在营养琼脂 中，由于噬菌体不断裂解细 菌，在平板上形成一个个透 明圆斑，称为噬菌斑。(每个 噬菌斑一般是由一个噬菌体 粒子形成)
应用: 噬菌斑可用于检出、 分离、纯化噬菌体和进行噬 菌体的计数。
3.空斑或病斑
概念：空斑或病斑是动物病 毒感染细胞而产生的特殊形 态；在覆盖薄层琼脂的单层 细胞上，病毒感染细胞增殖 后的病毒粒子扩散至邻近细 胞，最终形成与噬菌斑类似 的空斑。若单层细胞被肿瘤 病毒感染，则细胞剧增产生 与菌落类似的病灶称病斑。
目、科、属分别用拉丁文后缀“-virales”、“viridae”、“-virus” 如Circoviridae 环状病毒科 Circovirus 环状病毒属
病毒名称依据
- the disease they cause
poliovirus, rabies virus
- the type of disease
衣壳
核酸
核衣壳
包膜 刺突
完整病毒分两部分：蛋白质衣壳和核酸内芯， 两者构成核衣壳。完整的具有感染力的病毒体 叫病毒粒子。一种是不具被膜的裸露病毒粒子； 另一种是在核衣壳外面有包膜(囊膜)包围所构 成的复杂病毒粒子。
1.蛋白质衣壳：由一定数量的衣壳粒（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 组合构成的病毒外壳，称蛋白质衣壳。由于衣壳粒的 不同排列组合，使病毒有三种对称性构型。
分类单元：目（order）
套式病毒目（Nidovirales）
科（family） 冠状病毒科（Coronaviridae）
属（genus） 冠状病毒属（Coronavirus）
种（species） SARS coronavirus
病毒名称书写规则
不采用拉丁文双名法，而是英文或英语化的拉丁文， 只用单名.
http://www.ictvonline.org/
病毒分类系统
分类系统:目、科（亚科）、属和种分类阶元构成。
科和属是病毒分类系统的最主要单位。
目: 病毒目是一群具有某些共同特征的科组成，
目名的词尾为 “-virales”。
科: 病毒科是一群具有某些共同特征的属组成。
科名的词尾为 “-viridae”，“科”下面可以设立 或不设立亚科。亚科名的词尾为“-virinae”。
（2）包涵体的特点:
1)包涵体内含或不含病毒粒子； 2)包涵体具有感染性； 3)不同病毒包涵体大小、形状、组成、 染色性不同。
（3）检测病毒包涵体的意义:
1）作为病毒性疾病的辅助诊断依据：
顾氏小体(Guanrnieri body):天花病毒包涵体 内基氏小体(Negri body):狂犬病毒包涵体 X-体(X-body):烟草花叶病毒包涵体
3.复合对称的结构特征:
大肠杆菌T4噬菌体是 复合对称代表，由椭 圆形的二十面体头部 和螺旋对称的尾部组 合而成。
4. 病毒的特殊形态
包涵体(inclusion body) 噬菌斑(plaque) 空斑(plaque) 枯斑(lesion)
（1）包涵体（inclusion body）
概念：感染病毒的细胞中，完整病毒和未装 配的病毒亚基的聚合体，少数为宿主细胞对 病毒感染的反应产物，在细胞质或细胞核内 出现的异常染色区域称为包涵体。在细胞质 中为嗜酸性，在细胞核中为嗜碱性。
murine leukemia virus
- geographic locations
Sendai virus, Coxsackie virus
- their discovers
Epstein-Barr virus
- how they were originally thought to be contracted
人工培养基 —
十
十
—
—
二分裂增殖 —
十
十
十
十
核糖体 —
十
十
十
十
抗生素敏感 —
十
十
十
十
干扰素敏感 十
—
—
—
—
1. 病毒的大小
病毒大小以nm计，动物病毒以痘病毒最大， 为100*200*300nm。口蹄疫病毒最小，直径为 10 n m 。 植 物 病 毒 以 马 铃 薯 Y 病 毒 最 大 ， 为 750*12nm，南瓜花叶病毒最小，为22nm。
dengue virus (“evil spirit”), influenza virus (the “influence” of bad air)
- combinations of the above
Rous Sarcoma virus
5. 病毒的分类
2011 9th report: 2284 species,349 genera, 19 subfamilies, 87 families, 6 orders
电镜
球形颗粒 杆状颗粒
人、动物和真菌病毒多呈球状， 少数为弹状或砖状
植物病毒和昆虫病毒多线状和杆 状，少数为球状
复杂形状颗粒 细菌病毒即噬菌体，部分为蝌
蚪状，部分为线状或球状
砖形 （痘病毒）
子弹形 （狂犬病病毒）
蝌蚪形 （噬菌体）
杆状 （烟草花叶病毒）
DNA病毒
正链RNA病毒
负链RNA病毒
属 病毒属是一群具有某些共同特征的种组成。
其属名的词尾为“-virus”，但在设立一个新的 病毒属时必需有一个同时被承认的代表种 (type species)。 种
病毒种的命名不是单纯由某一个分类特征、 而是由多原则分类特征决定的，包括病毒的基 因组组成、病毒颗粒形态结构、生理生化特性 和血清学性质等。
典型病毒粒子 核衣壳形态
•廿面体对称结构 (球状) •螺旋对称结构 (杆状) •复合对称结构 (蝌蚪状)
1.廿面体对称的结构特征:
1)球或近球形； 2)高倍电镜下为多面体,
具20个等边三角形和 12个顶点； 3)多面多角多棱,是多颗 粒按一定方式对称排 列形成,在角上为五邻 体(penton) ，面上为 六邻体(hexon)。
应用：检测空斑或病斑可用 于有活性的病毒粒子记数， 染色可区分死活细胞。
4. 枯斑
概念：枯斑是植物病毒感 染植物细胞形成的；枯斑 在叶片上可见。
应用：通过测定枯斑数目 可测定植物病毒的数目。
4. 病毒的命名
国际病毒分类委员会（ICTV） (International Committee on Taxonomy of Viruses)
The size of viruses
2. 病毒的结构
DNA or +
RNA
Capsid protein
Nucleocapsid
=
Naked capsid virus
Nucleocapsid
+
Lipid membrane, glycoproteins
Enveloped virus
virion
nucleocapsid
廿面体对称结构的形成原因:
廿面体对称结构更稳定、更合理: 1)从拓补学看，廿面体容积最大； 2)最小单位面所需亚基少，利于遗传节约； 3)亚基易于对称排列，等价或准等价成键结合。
2.螺旋对称的结构特征:
形状多为杆状、纤维状、弯曲杆状
螺旋对称的主要特点：
1）长形的衣壳粒螺旋状排列，形成中空的圆 柱体，衣壳粒间为准等价结合，直径取决于 蛋白亚基的特征，长度取决于核酸分子长度； 2）核酸埋嵌在衣壳粒之间的壁内，以多个弱 键与蛋白质亚基相连。此方式可控制螺旋排 列，增加壳体结构的稳定性； 3）此形状多为RNA病毒，具螺旋对称的动 物病毒多有包膜。
衣原体 390nm
A、大肠杆菌噬菌体 ( 65 ×95nm )
立克次体 450nm
B、腺病毒 (70nm )
C、脊髓灰质炎病毒
A
G 葡萄球菌
(30nm )
(1000nm）
D、乙脑病毒
牛痘病毒
F
( 40nm )
B
300×250nm
E、蛋白分子 (10nm )
E
C
F、流感病毒
D
( 100nm )
G、烟草花叶病毒
Herpes simplex virus Electron micrograph
Herpes simplex virus Nucleocapsid cryoEM model
Helical enveloped viruses
Influneza A virus Electron micrograph
Paramyxovirus Electron micrograph
envelope spike
nucleic acid
DNA or RNA
capsid
Virion: The complete virus particle.
Capsid: The protein coat that surrounds nucleic acid.
Nucleocapsid: The nucleic acid plus the capsid.
病毒与其他微生物的比较
特 性 病 毒 细 菌 支原体 立克次体 衣 原 体
大 小(m) 0.01-0.3 0.5-3.0 0.2-3.0
0.2-0.5
0.3-0.5
结构
非细胞 单细胞 类似细菌 近似细菌 介于细胞和病毒
细胞壁
—
十
—
十
十
核酸类型 D / R D 十 R D 十 R D 十 R
百度文库
D十R
根据核酸类型分类： DNA病毒、RNA病毒
根据有无包膜分类： 有包膜病毒、无包膜病毒
临床分类 呼吸道病毒、消化道病毒、肝炎病毒、虫媒 病毒、出血热病毒、肿瘤病毒
(1)立体对称型：外观为球状，实际为20面体，呈 立体多面体，如腺病毒等；
(2)螺旋对称型：衣壳粒一个接一个地呈螺旋对称 排列而成，核酸存在于螺旋状沟中，如烟草花叶病毒；
(3)复合对称型：头部为立体对称，尾部为螺旋对 称，如大肠杆菌T系噬菌体。
蛋白质的功能：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；病毒蛋白质还有致病性、 毒力和抗原性。
<50 nm
小型病毒
50 nm-150 nm 中等大小病毒（大多数）
>150nm
大型病毒
纳米(nanometer) :10-9m, 10-3m 埃米(Angstrom):10-10m
Science. 2010 Aug 27;329(5995):1071-5. Crystal structure of human adenovirus at 3.5 A resolution.