南开大学微生物学课件 7-病毒

E.coli 做宿主的复制过程 (+ssDNA与其mRNA序列相同)
滚环复制 复制型
以ssDNA为模板，转录mRNA，多拷贝复制+ssDNA
DNA滚环复制机制
+ssDNA
切口酶 切口
－＋
复制型
－ ＋
3’ 生长点 5’
＋
＋
＋
ФX174杀细胞增殖感染
3-ФX174
烈性噬菌体（virulent phage）
病毒、细菌和酵母菌大小的比较
酵母菌
(三)病毒颗粒形态与分类 病毒颗粒根据有无包膜分为两大类：
1、 裸露病毒（naked virus） 2、 有包膜病毒（enveloped virus）
病毒颗粒根据衣壳粒排列组合成的衣壳(壳体) 形态，可分为三类:
1、 二十面体对称衣壳 2、 螺旋对称衣壳 3、 复合对称衣壳（二十面体对称 + 螺旋对称）
线状、双链DNA (dsDNA)
完成复制循环分三个阶段
阶段1--侵染起始
吸附（attachment） T4噬菌体吸附蛋白（反受体）：尾丝蛋白
（与E.coli 细胞表面的受体特异性吸附）
E.coli 细胞受体：脂多糖分子中核心多糖
（特异性识别噬菌体的反受体）
特异性识别与吸附取决于：
尾丝蛋白与脂多糖中核心多糖立体构型的互补性
噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和 动物病毒可达数百乃至上万个。
生长曲线制作
1. 用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞（尽可能保证每个细
胞只吸附一个噬菌体）
2. 数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体） 3. 保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体量
进行计数）
4. 以病毒感染时间为横坐标、病毒感染效价为纵坐标，绘制病 毒特征性的繁殖曲线 (一步生长曲线)
2. T4对E.coli 的杀细胞增殖感染 产生子代T4；宿主细胞裂解、死亡。
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释放
吸附
早期蛋白合成
T4噬菌体感染各时段的情况
晚期蛋白合成
T4 噬菌体感染各时段的情况
1-T4
2、MS2噬菌体的复制（二十面体ssRNA噬菌体）
蛋白质衣壳： 180个衣壳粒正二十
面体排列，直径约26nm。
杆状、植物病毒 18nm×300nm 衣壳组成 2130个衣壳粒逆时针方向螺旋 排列130圈
核心: 线状、单链RNA （正链）
螺旋盘绕在衣壳内
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（3）复合对称衣壳 T4噬菌体（ E.coli，蝌蚪形,复合对称）
头部：212个衣壳粒正二十面体对称
颈部：颈环
核心：在头部内, 线状、双链DNA
菌
表达量的调控。
体
裂
cI 基因表达免疫阻遏体 (阻遏蛋白)：抑制原噬菌体重新转变为烈性噬菌体，也可
解
抑制其他烈性噬菌体的繁殖，保持溶源化。
途
径
cro 基因表达Cro阻遏体(抑制免疫阻遏体蛋白): 抑制免疫阻遏体，促进裂解。
和 溶
源
cI 基因表达高于cro 时，λ噬菌体溶源化
化
途
cro 基因表达高于cI 时，λ噬菌体裂解循环
白喉棒杆菌溶源性细菌：分泌白喉外毒素（原噬菌体毒素基因tox） 非溶源性细菌：不分泌白喉外毒素
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第三节 真核生物病毒
原核生物病毒和真核生物病毒的差异
1、空间上差异
原核生物细胞内基因组与细胞质相连，无空间分隔， 噬菌体基因组复制、转录、翻译、组装皆在细胞内进行。
真核生物细胞有核内、外空间分隔，RNA聚合酶、 DNA复制酶在核内，核糖体在核外细胞质中，真核生物 病毒基因组复制、转录和翻译有空间分隔。
(子代释放)
2 -MS2
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3、ФX174噬菌体的复制（二十面体ssDNA噬菌体)
蛋白质衣壳： 60个衣壳粒二十面体对称，直径约25nm。
核心： 环状＋ssDNA
基因组的特点： 非常小的DNA，5386个核苷酸，不足以编码所有蛋白，
首次发现有重叠基因。
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重叠基因区域 A/B A/K C/K D/E
尾部：144个衣壳粒螺旋排列24圈，中空尾髓 六角形基板：六刺突、六尾丝
2、有包膜的病毒
艾滋病病毒（HIV）
包膜蛋白 包膜蛋白跨 膜固着肽
壳体外蛋白
壳体蛋白
核心：线状、单链（正链）
RNA（二倍体）
反转录酶 脂双分子层
动物病毒：线状 dsDNA 和 ssRNA 植物病毒：ssRNA 噬菌体： 线状 dsDNA 真菌病毒：dsRNA
基化，使复制的T4 DNA免受E.coli 胞内的限
制性酶系破坏。
T4基因组复制酶： 催化T4基因组多拷贝复制。
T4晚早期蛋白的类型与功能
各种衣壳部件蛋白: 头、尾、尾丝、基板、颈环等部件 组装蛋白: 编码组装酶，装配T4各结构 溶菌酶: 破坏细菌的细胞壁
T4基因组表达时序与产物
早期 转录
早期ｍＲＮＡ
接种 浸出液
烟草花叶病
烟草花叶病
细菌滤器
接种滤液 病原是否是细菌？
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滤液?
荷兰贝哲耳克实验发现：滤液中致病因子可用乙醇沉淀， 可电泳，有侵染力；沉淀的致病因子不能用细菌培养基培养。 “该病原菌是比细菌更小，有侵染性，活的流质，称为病毒 （virus）”
俄国D.IVannovsky实验结论：“病毒不是细菌，是比 细菌更小的生物。”
噬菌体侵染宿主细胞后，立即进行增殖，导致宿 主细胞裂解，并释放子代噬菌体，这种在短时间内连 续完成增殖裂解循环的噬菌体称为烈性噬菌体。如
如:T系列、MS2以及ФX174等杆噬菌体。
病毒一步生长曲线（one step growth curve）
利用烈性噬菌体的生活周期，通过测定噬菌体侵染和成 熟病毒粒释放的间隔（潜伏期），并用以估计每个被侵染的 细胞释放出新噬菌体粒数量（裂解量）的曲线。
（3）毒粒酶
参与病毒侵入与释放的酶：流感病毒的神经
氨酸酶、T4的溶菌酶
反转录酶、蛋白酶、整合酶
3、病毒脂类与少量糖类
存在于有包膜病毒的包膜内
病毒颗粒结构
第二节 原核生物病毒---噬菌体
噬菌体: 能侵染原核微生物，并能在其内进行复制的病毒统称。
一、噬菌体的复制
1、T4噬菌体的复制
蛋白衣壳: 复合对称 核心:
潜伏期
病毒（噬菌体）吸附于细胞到受染细胞释放 出子代病毒所需的最短时间。
不同病毒的潜伏期长短不同: 噬菌体以分钟计算 动物病毒和植物病毒以小时或天计算
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裂解量（bFra Baidu bibliotekrst size）
每个病毒粒感染一个细胞所产生的子代病毒颗粒的平 均数。 T2约为150，T4约为100。
裂解量=稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数/潜伏期受染细胞数 =稳定期效价/潜伏期效价
噬菌体效价测定
噬菌体数量计算方式--噬菌斑
噬菌斑（plaque） 在固体培养基表面涂布经不同时间培养的二元培养物(敏感宿主细菌和适量
相应烈性噬菌体)，一定时间后，宿主细胞被裂解形成具有一定形状、大小、透 明、边缘清楚的空斑(噬菌斑)。
低浓度噬菌体
无噬菌体
高浓度噬菌体
噬菌体一步生长曲线
二、温和噬菌体与溶源性
第七章
病毒
内容
第一节 病毒形态结构与特征 第二节 原核生物病毒—噬菌体 第三节 真核生物病毒
第一节 病毒形态结构与特征
一、病毒颗粒大小、形态和分类 病毒定义
超显微、无细胞结构、细胞外核蛋白非生命颗粒、 专性活细胞寄生，在寄生细胞内以复制而呈现生命特 征的生物。
(一)病毒的发现
1886年，德国A.Mayer实验
核心：
＋ssRNA、小基因组 （3569个核苷酸），只 编码四种蛋白。
模式图
（1）吸附、侵染、脱壳 MS2 吸附在E.coli F+(雄性)的性菌毛上
（2）MS2增殖过程
mRNA 转译 4种蛋白
＋ssRNA
基因组复制酶
－ssRNA
组装 ＋ssRNA
MS2对E.coli F＋杀细胞增殖感染
裂解蛋白 MS2
1935年，美国Stanley提取了TMV(Tobacco mosaic virus)结晶。
“TMV离开烟草是核蛋白结晶颗粒，无生命，但有 致病力，TMV侵染烟草后有生命现象。”
获诺贝尔医学奖
(二)病毒颗粒的大小
细菌
立克次氏体
痘
单纯疱疹 狂犬
血红蛋白分子 黄热病 脊髓灰质炎病 T2噬菌体
艾滋
腺 流感
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裂解途径
溶源化途径
λ
噬
菌
体
的
侵
染
过
诱导
程
原噬菌体
溶源性细菌
4-环
原噬菌体（prophage）-- 原病毒(provirus)：
整合在宿主细胞染色体中的噬菌体基因组。 原噬菌体不能复制成病毒粒子。 原噬菌体可长期存在宿主染色体中，宿主细胞不被裂解。 原噬菌体具有从宿主染色体完全切离下来进入复制裂解循环的潜力。
1、裸露病毒 （1）二十面体对称衣壳
刺突
腺病毒（Adenovirus）
球状、动物病毒 70－80nm、蛋白质衣 壳 组 成 ； 252 个 衣 壳 粒排成二十个正三角 形，二十面体对称， 五邻体顶点衣壳粒伸 出刺突。
核心：
线状、双链 DNA
（2）螺旋对称衣壳
电镜照片
模式图
烟草花叶病毒(TMV）
衣壳粒（蛋白质亚基）
溶源性细菌（lysogenic bacteria）：
染色体中携带有原噬菌体的细菌。
温和噬菌体特点:
既有增殖裂解途径，又可进入溶源化途径。 进入溶源化途径的噬菌体以原噬菌体或质粒形式存在。 溶源化的噬菌体对宿主细胞是非增殖、非杀细胞感染。
λ噬菌体裂解途径和溶源化途径转录调控
λ
噬
λ噬菌体侵染宿主后是裂解还是溶源化主要受噬菌体cI 基因和cro 基因
吸附力来源：受体与反受体间的电荷、氢键、范德华力等
T4 噬菌体
E.coli 细胞受体
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五个步骤:
吸附
尾钉固着
尾鞘收缩
尾管穿入
DNA注入
第七章 第 七病 毒
T4 噬菌体颗粒对大肠杆菌细胞壁的吸附和DNA的注入
阶段2 --T4大分子合成
T4早期基因表达---合成早期蛋白 T4晚期基因表达---合成晚期蛋白
温和噬菌体（temperate phage，溶源性噬菌体：lysogenic phage ）
既可进入增殖裂解途径，又可进入溶源化途径的噬菌体。 如:λ噬菌体以E.coli(K12)为宿主细胞
蛋白衣壳：
二十面体对称头 螺旋对称尾 一根尾丝
核心：
线状dsDNA 粘性末端
λ噬菌体：E.coli(K12)为宿主细胞
T4早期蛋白类型与功能
关闭蛋白:
抑制E.coli 大分子合成的一组早期蛋白;
有的抑制E.coli 基因表达；有的抑制E.coli 蛋白质合成；
有的作为内切、外切DNA酶，使E.coli DNA降解。
更改蛋白：
取代E.coli RNA聚合酶中的σ因子，改造成用于T4
晚期基因转录的RNA聚合酶。
抗限制性酶系蛋白：作为酶催化合成羟甲基胞嘧啶，并被葡萄糖
(除逆转录病毒基因组为双倍体外，其它病毒基因组都是单倍体)
(5) 病毒核酸导入细胞，能产生子代病毒粒的为感染性核酸, 否则为非感染性核酸。
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2、病毒蛋白
简单病毒：一种或几种衣壳蛋白 （1）衣壳结构蛋白 复杂病毒：20多种衣壳蛋白
糖蛋白：表面抗原、病毒吸附蛋白
（2）包膜蛋白 基质蛋白：亚膜结构蛋白
径
转
录
λ噬菌体溶源化状态的产生和保持实际上是免疫阻遏体和Cro阻遏体之间
调
的一种对抗。
控
λ噬菌体裂解途径和溶源化途径转录调控
溶源性细菌的性质
（1）原噬菌体随溶源性细菌繁殖而遗传 （2）对同种噬菌体具有免疫性 （3）低频率（10－2～10－5）自发裂解 （4）理化因素诱导，高频率裂解 （5）溶源性转变（lysogenic convertion）
第七章
第 七病 毒 腺病毒
动
嗜肝病毒
细小病毒
物
病
弹状病毒
毒
呼肠孤病毒
反转录病毒
冠状病毒
二、病毒化学组成、结构和功能
1、病毒核酸
DNA或RNA： ssDNA： ＋DNA －DNA
ssRNA： ＋RNA －RNA
dsDNA dsRNA
ss: single strand ds: double strand
结构特性
(1) ssRNA，5’有帽子结构，3’有poly A结构
(ssRNA可作为mRNA直接进行翻译，规定为 +RNA) (ssRNA核苷酸序列与mRNA序列互补，规定为 -RNA)
(2) ssDNA: 与其mRNA序列相同，为 +DNA
与其mRNA序列互补，为 -DNA
(3) 粘性末端，循环排列，重复序列 (4) 单倍体基因组，双倍体基因组，多节段基因组
E.coli 的 ｍＲＮＡ聚合酶
早期 转译 早期蛋白
关闭蛋白 更改蛋白 抗限制性酶系蛋白 T4基因组复制酶
晚期 转录 晚期ｍＲＮＡ
晚期 转译 晚期蛋白 衣壳部件 蛋白组装
溶菌酶
Ｔ4基因组复制
Ｔ4噬菌体
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阶段3--子代T4的组装与释放
1. 自我有序组装 144个衣壳粒螺旋排列成尾 212个衣壳粒正二十面体排列成头，包裹dsDNA 头尾结合；尾丝组入，组装为成熟的T4 子代T4释放：T4编码溶菌酶，E.coli 裂解，T4释放