病毒基因组的结构和功能

A和RNA可以是单链的，也可以是双链 的，可以是闭环分子，也可以是线性分 子。如乳头瘤病毒是一种闭环的双链 DNA病毒，而腺病毒的基因组则是线性 的双链DNA,脊髓灰质
炎病毒是一种单链的RNA病毒，而呼肠 孤病毒的基因组是双链的RNA分子。一 般说来，大多数DNA病毒的基因组双链 DNA分子，而大多数RNA病毒的基因组 是单链RNA分
时发现的。ΦX174是一种单链DNA 病毒，宿主为大肠杆菌，因此，又是噬 菌体。它感染大肠杆菌后共合成11个蛋 白质分子，总分子量为25万左右，相当 于6078
个核苷酸所容纳的信息量。而该病毒 DNA本身只有5375个核苷酸，最多能编 码总分子量为20万的蛋白质分子， Sanger在弄清ΦX174的11个基因中 有些是
而痘病毒的基因组有300kb之大，可以编 码几百种蛋白质，不但为病毒复制所涉 及的酶类编码，甚至为核苷酸代谢的酶 类编码，因此，痘病毒对宿主的依赖性 较乙肝病毒小得多。
2.病毒基因组可以由DNA组成，也可以 由RNA组成，每种病毒颗粒中只含有一 种核酸，或为DNA或为RNA，两者一般 不共存于同一病毒颗粒中。组成病毒基 因组的DN
基因组的结构特点 牛乳头瘤病毒基因组结构和功能 RNA噬菌体的基因组结构和功能 乙肝病毒基因组的结构特点和功能 病毒基因组的结构特点 1.病毒基因组大
小相差较大,与细菌或真核细胞相比，病 毒的基因组很小，但是不同的病毒之间 其基因组相差亦甚大。如乙肝病毒DNA 只有3kb大小，所含信息量也较小，只能 编码4种蛋白质，
的基因往往丛集在基因组的一个或几个 特定的部位,形成一个功能单位或转录单 元。它们可被一起转录成为含有多个 mRNA的分子，称为多顺反子mRNA （polycistro
niemRNA），然后再加工成各种蛋白质 的模板mRNA。如腺病毒晚期基因编码 病毒的12种外壳蛋白，在晚期基因转录 时是在一个启动子的作用下生成多顺反 子mRNA，然
蛋白质。目前，还没有发现有节段性的 DNA分子构成的病毒基因组。 4.基因重叠即同一段DNA片段能够编码 两种甚至三种蛋白质分子，这种现象在 其它的生物细胞中仅见于
线粒体和质粒DNA，所以也可以认为是 病毒基因组的结构特点。这种结构使较 小的基因组能够携带较多的遗传信息。 重叠基因是1977年Sanger在研究 ΦX174
后再加工成各种mRNA，编码病毒的各 种外壳蛋白，它们在功能上都是相关的； ΦX174基因组中的D-E-J-F-G-H基因 也转录在同一mRNA中，然后再翻译
成各种蛋白质，其中Ｊ、F、G及H都是 编码外壳蛋白的，D蛋白与病毒的装配有 关，E蛋白负责细菌的裂解，它们在功能 上也是相关的。 7.除了反转录病毒以外，一切病毒基
来自百度文库 密码子的第一个碱基(如TAATG)。这些 重叠基因尽管它们的DNA大部分相同， 但是由于将mRNA翻译成蛋白质时的读 框不一样，产生的蛋白质分子往往并不 相同。有些重叠
基因读框相同，只是起始部位不同，如 SV40DNA基因组中，编码三个外壳蛋白 VP1、VP2、VP3基因之间有122个碱基 的重叠，但密码子的读框不一样。而小t 抗原完
基因和A基因之间的序列（3906－ 3973），共67个碱基，包括RNA聚合酶 结合位，转录的终止信号及核糖体结合 位点等基因表达的控制区。乳头瘤病毒 是一类感染人和动
物的病毒，基因组约8.0Kb,其中不翻译 的部份约为1.0kb,该区同样也是其他基因 表达的调控区. 6.病毒基因组DNA序列中功能上相关的 蛋白质的基因或rRNA
。E6和E7蛋白可以引起宿主向恶性转化 成为肿瘤细胞。关于E6、E7蛋白引起细 胞转化的机制，目前尚不清楚，但有两 种解释。[1]在E6、E7蛋白的氨基酸序列 中发现有
Cys-x-x-Cys重复序列，目前认为该结构 是细胞内核酸结合蛋白所具备的特异性 结构，因而认为E6、E7蛋白是DNA结合 蛋白，可以调节基因的活性，进一步影 响宿主
第一碱基G为１号位,按 5'→3'的方向给碱基编号 定位。DNA序列分析表明,所有的开放读 框（ORF）都存在于一条DNA链上，基 因之间有相
互重叠。整个BPV基因组分为编码区和 非编码区（NCR），编码区又按其编码 蛋白质的功能不同，分为早期转录功能 区（E区）和晚期转录功能区（L区）。 1.非编码区（NC
因的内含子，而该内含子中从49004624之间的DNA序列则是小t抗原的编码 基因。同样，在多瘤病毒中，大T抗原基 因中的内含子则是中T和t抗原的编码基 因。 牛
乳头瘤病毒基因组结构和功能 乳头瘤病毒（papillomavirus）是感染人 和动物皮肤、粘膜并引起乳头状瘤病变 的一种DNA病毒，属于乳多空泡病毒 （papov
负链，短链为正链。短链的长度视病毒 而异，一般长约1.6-2.8kb,约为长链的 2/3。短链之间的空隙可由病毒颗粒中的 DNA聚合酶充填。乙肝病毒是目前已知 的感染人
类最小的双链DNA病毒。为了能在细胞 内独立复制，病毒在很小的基因组中尽 量容纳大量的遗传信息。因而HBV的基 因组结构显得特别精密浓缩，充分利用 其遗传物质。 重叠
细胞的增殖和分化，使该过程失去控制 而形成肿瘤；[2]最近，在正常细胞中发 现有两种蛋白质分子量分别为53KD和 106KD分别称为p53和p106蛋白质。这 两种蛋白
质缺失或失活往往引起细胞的恶性化。 研究发现，乳头瘤病毒的E7和E6蛋白分 别可以和p53和p106蛋白质结合而使其 失活，这也可能是E6和E7蛋白质导致细 胞恶性化的
重叠的之前,这样一个矛盾长时间无法解 决。重叠基因有以下几种情况： （1）一个基因完全在另一个基因里面。 如基因Ａ和Ｂ是两个不同基因，而Ｂ包 含在基因Ａ内。同样
，基因Ｅ在基因Ｄ内。 （2）部分重叠。如基因Ｋ和基因Ａ及Ｃ 的一部分基因重叠。 （3）两个基因只有一个碱基重叠。如基 因Ｄ的终止密码子的最后一个碱基是Ｊ 基因起始
全在大T抗原基因里面，它们有共同的起 始密码子。 5.病毒基因组的大部分是用来编码蛋白 质的，只有非常小的一份不被翻译，这 与真核细胞DNA的冗余现象不同如在 &Ph
i;X174中不翻译的部份只占217/5375， G4DNA中占282/5577，都不到5％。不 翻译的DNA顺序通常是基因表达的控制 序列。如ΦX174的H
子。 3.多数RNA病毒的基因组是由连续的核 糖核酸链组成，但也有些病毒的基因组 RNA由不连续的几条核酸链组成如流感 病毒的基因组RNA分子是节段性的，由 八条RN
A分子构成，每条RNA分子都含有编码 蛋白质分子的信息；而呼肠孤病毒的基 因组由双链的节段性的RNA分子构成， 共有10个双链RNA片段，同样每段RNA 分子都编码一种
'端各有一段非翻译序列，该序列对 稳定RNA分子也有一定作用。 另一种RNA噬菌体Qβ的基因组略 大，与上述RNA噬菌体的基因组有以下 不同；
[1]没有独立的溶解蛋白基因，但结构蛋 白A2（或称成熟蛋白， MaturaitonProtein）即具有溶解蛋白的 功能，[2]还编码另一种外壳蛋白A1。 乙肝病
00个核苷酸，包含四个基因。MS2.R17 和f2具有几乎一样的基因组结构。在四 个基因中有两个基因编码噬菌体的结构 蛋白：一个是A蛋白的基因，长1178个 核苷酸。A
蛋白（称为成熟蛋白）的功能是使噬菌 体能识别宿主，并使其RNA基因组能进 入宿主菌，每个噬菌体一般只存在分子 的A蛋白。另一个结构蛋白基因长399个 核苷酸，编码外壳蛋
avirus）科。根据病毒感染的宿主不同可 以分为牛乳头瘤病毒（BPV），人乳头 瘤病毒（HPV）等。目前已发现的乳头 瘤病毒基因组都具有相似的结构。下面 以BPV为例
说明乳头瘤病毒的基因组结构及功能。 BPVDNA全长7945bp，为闭环超螺旋结 构，在宿主细胞中可以和组蛋白结合形 成核小体。以BPVDNA中单一的HpaⅠ 酶切位点
表达，目前已搞清了BPVNCR区增强子 的序列，该序列为TTGGCGGNNG和 ATCGGTGCACCGAT回文结构。从 NCR的结构特点上可以看出其主要功能 是调节B
PV基因的表达。 2.早期转录功能区（或称早期基因区，E 区）BPV的E区含有八个开放读框 （ORF），分别为E6、E7、E8、E1、 E2、E3、E4、E5，其中
R）非编码区又称上游调控区（URR） 或长控制区（LCR），位于晚期基因L1 终止密码子与早期基因E6第一个起始密 码子之间，长度在不同的乳头瘤病毒中 不一样，在BPV
中长约1.0kb。在NCR转录的启动子序列， 可以启动早期基因的转录和表达，另外， 在该区还有增强子序列，可以被早期基 因产物E2蛋白激活，进一步促进早期基 因AAC的
一种机制。 3.晚期转录功能区（晚期基因区、L区）： L区ORFs有两个，即L1和L2ORF，编码 乳头瘤病毒的外壳蛋白，其中L1蛋白是 主要外壳蛋白，L2蛋白是次
要外壳蛋白。 RNA噬菌体的基因组结构和功能 目前研究最清楚的大肠杆菌RNA噬菌体 是MS2，R17，f2和Qβ。它们的基 因组小，只有3600到42
，对某一个基因来说是内含子，而对另 一个基因却是外显子。如SV40和多瘤病 毒（polyomavirus）的早期基因就是这 样。SV40的早期基因即大T和小t抗原的 基
因都是从5146开始反时针方向进行，大 T抗原基因到2676位终止，而小t抗原到 4624位即终止了，但是，从4900到4555 之间一段346bp的片段是大T抗原基
括外壳蛋白和内部的基因组DNA或RNA （有些病毒的外壳蛋白外面有一层由宿 主细胞构成的被膜（envelope），被膜 内含有病毒基因编码的糖蛋白。病毒不 能独立地复制
，必需进入宿主细胞中借助细胞内的一 些酶类和细胞器才能使病毒得以复制。 外壳蛋白（或被膜）的功能是识别和侵 袭特定的宿主细胞并保护病毒基因组不 受核酸酶的破坏。 病毒
白以构成病毒颗粒，每个噬菌体有180个 分子。基因组的其他部分编码RNA复制 酶和一个溶解蛋白，编码溶解蛋白的基 因与外壳蛋白和复制酶的基因有部分重 叠，但读框与外壳蛋
白的读框不一样。在MS2、R17、f2基因 组内有许多二级结构，RNA分子内碱基 的自我配对，可能对防止RNase降解有 一定作用。另外，在编码基因的5' 和3
病毒是最简单的原核生物，完整的病毒 颗粒包括外壳蛋白和内部的基因组DNA 或RNA（有些病毒的外壳蛋白外面有一 层由宿主细胞构成的被膜（envelope）， 被膜内含有
病毒基因编码的糖蛋白。病毒不能独立 地复制，必需进入宿主细胞中借助细胞 内的一些酶类和细胞器才能使病毒得以 复制。外壳蛋白 病毒是最简单的原核生物，完整的病毒 颗粒包
E6、E7、E1基因有部份重叠，E8完全 在E1中，E3、E4全部包含在E2中，E5 与E2部份重叠。E2ORF编码的蛋白产物 可以与NCR的增强子结合，而提高或降 低
早期基因的表达水平。另外，E2ORF与 E1ORF协同可以维持乳头瘤病毒DNA的 游离状态而不整合到宿主细胞染色体上 去。E6和E7ORFs编码的蛋白质可能是 致癌蛋白
因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒 中只出现一次。反转录病毒基因组有两 个拷贝。 8.噬菌体（细胞病毒）的基因是连续的； 而真核细胞病毒的基因是不连续的，具 有内含子
，除了正链RNA病毒之外，真核细胞病 毒的基因都是先转录成mRNA前体，再 经加工才能切除内含子成为成熟的 mRNA。更为有趣的是，有些真核病毒 的内含子或其中的一部分
毒基因组的结构特点和功能 乙肝病毒（HBV）的基因组DNA结构很 奇特，是一环状的部分双螺旋结构,长约 3.2kb。其中的2/3为双螺旋结构，1/3为 单链，这就是
说，DNA中的两条链不等长。长链的 5'端与3'端无共价连接，而是 与一种蛋白质共价相连。长链的5' 端以250-300对碱基互补结合。长链为