第七章 病毒(下)

吸附
侵入 脱壳
宿主细胞功能
转录 转译 基因组复制
病毒的复 制周期
装配
(成熟)
释放
I I ．病毒的一步生长曲线


通过组织培养的细胞可以分析这个复制周期的过程，一般称 这个过程为一步生长周期，此周期是由一系列的步骤组成的， 包括吸附和进入、核酸合成和转录、蛋白质合成、成熟、装 配和释放。 在病毒感染细胞后的不同时间，测定感染性病毒，以时间为 横坐标，病毒的数量为纵坐标，绘制获得一步生长曲线。
– T偶数噬菌体尾部可收缩，伸长时
有24个环；
– 吸附后，尾部收缩，亚基汇合，形
成12个环；
– 尾部的核心不可收缩，被推着穿过
细胞膜；
– 头部也收缩，将DNA压出；
– 噬菌体尾部带有溶菌酶，可溶解细
胞壁；
– 病毒鞘上还有多个ATP分子，提供
能量；
噬 菌 体 感 染 时， 只 有 核 酸 进 入 细 胞

病毒吸附蛋白与受体分子结合，使膜的结构 发生改变，刺激吞饮发生；
细胞将病毒吞入细胞囊泡内；



可能是病毒侵入细胞的最常见的机制；
吞入的病毒仍然在囊泡内，尚不能开始复制， 需要通过转位或膜融合才能Baidu Nhomakorabea正进入细胞。
3：脱壳
脱壳：病毒衣壳被完全或部分地脱去 –病毒基因组以核蛋白的形式暴露出来 过程细节知道很少 脱壳方式 –受体介导脱壳 –在内小体中脱壳
– 单纯疱疹病毒（HSV）至少通过两个包膜糖蛋白与硫酸乙酰
肝素蛋白聚糖及6-磷酸甘露糖受体结合； – HIV通过它主要的包膜蛋白（gp120）吸附于T细胞表面的CD4 分子； – 流感病毒有较广的宿主范围和组织噬性，其血凝素能与各种 细胞上的唾液酸分子结合，引起病毒在动物或人群间传播。
病毒与细胞相互作用的第一步；
iii.在细胞质中脱壳

病毒颗粒在进入细胞质后构象发生变化，释放基 因组核酸。
Semliki Forest Virus 在细胞质中脱壳
iv. 进入细胞核时脱壳


侵入后衣壳结构发生变化，但总体仍然保持完整。基 因组仍然留在衣壳中；
病毒吸附到细胞骨架上，并被转运到细胞核； 在核孔处进行脱壳，核蛋白穿过核孔，进入细胞核； 举例：腺病毒
病毒吸附蛋白与细胞受体分子特异性地结合； 过程：
–病毒粒子作随机的布朗运动
–遭遇敏感细胞表面的受体分子 –吸附蛋白与受体发生特异性结合
由于布朗运动与温度无关，吸附在低温下也能进行。
病毒吸附蛋白 ( viral Attachment protein,VAP)
能够特异性地识别细胞受体并与之结合的毒粒表面的结构蛋白分 子，也称反受体。
第七章
病毒（下） ——病毒的复制
病毒是活细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。 为完成其“繁殖”周期，必须吸附和进入细胞。 这个周期高度依赖于宿主细胞的代谢机制，在很多情况下，
病毒接管并协调宿主细胞的代谢机制，使之适合自己的复制， 通常抑制宿主细胞的蛋白质与核酸合成系统。
其结果是产生成百个子代病毒粒子，通过细胞裂解或出芽，
将细胞杀死，并扩散去感染更多的细胞或组织。
I
侵入
– 吸附
– 侵入 – 脱壳
病毒复制的一般过程
复制
– 基因组复
成熟
– 装配
– 成熟 – 离开
制 – 基因表达 （转录与 转译）
1： 吸附（Attachment)
吸附： 是通过病毒与细胞质膜上的受体发生特异性的作用而完成的。 细胞受体决定了病毒的细胞趋向性和种类趋向性。
Cap 加工 Cap
B
AAAA Cap
复制酶
AAAA 转录 AAAA Cap
结构蛋白
AAAA
正链RNA病毒
A B
多聚蛋白
蛋白酶
+ssRNA
初级表 达产物
亚基因组 mRNA
病毒蛋白
(酶、调节、 与结构蛋白)
-ssRNA
+ssRNA
次级表 达产物
子代病毒
5. 负链RNA病毒
复制位置：细胞质 首先依赖病毒粒子中携带的酶转录形成mRNA 分两类：
–细胞质中脱壳
–进入细胞核时脱壳 –不完全脱壳
i.受体介导的脱壳
• 病毒与受体结合导致构象变化，引起脱壳
• 举例：细小RNA病毒的脱壳
ii. 在内小体中脱壳
• 吞饮进入细胞的病毒首先存在于内小体 (endosome)中，脱壳可在其中进行。 • 内小体内酸化，pH降低，诱导病毒衣壳构象变化， 解体，释放基因组
菌 A 菌 B 菌 D
菌 C
10
21 25
30 33 时间(分)
病毒一步生长曲线

病毒数量台阶式增长； 每一个台阶代表一个复制周期； 每个周期都以一个潜伏期开始，这时培养液中病毒数量不变；
腺病毒的侵入和脱壳
v. 不完全脱壳
有些病毒需要在病毒粒子中进行复制，脱壳不完全。如：
呼肠孤病毒：（双链RNA病毒） – 病毒带有专一性多聚酶（以双链RNA为模板合成单链RNA），转录就在不 完全脱壳的病毒颗粒中进行 痘病毒：（双链DNA病毒） – 细胞中与DNA复制有关的酶在细胞核中，但该病毒在细胞质中复制 – 不完全脱壳的病毒颗粒带有多种酶，在细胞质中进行病毒基因的转录和 病毒DNA复制 反转录病毒： – 侵入后，在病毒核心颗粒中利用所带反转录酶，进行反转录，产生DNA
dsDNA闭环 病毒蛋白 mRNA
反转录
(酶、调节、 结构蛋白)
dsDNA(带缺口) 子代病毒
5：装配与释放

装配与释放：病毒的装配部位取决于基因组的复制 部位和有无包膜。除痘病毒外，DNA病毒的核衣壳 都在细胞核内装配，通过核膜或细胞膜获得包膜， 痘类病毒和RNA病毒的核衣壳在胞质内装配，但流 感病毒在核内装配。 包膜装配发生在细胞膜上，并以芽生方式释放病毒。 无包膜病毒在细胞质中装配后溶解细胞释放病毒。
噬菌斑
病毒的一步生长曲线
成熟的噬菌体粒子，除M13等少数噬菌体外，均 借宿主细胞裂解而释放。细菌的裂解导致一种肉眼可 见的培养物溶解。噬菌体的这种生长 (繁殖)方式称为 一步生长。 如果只观察一个被感染的细胞，噬菌体数目的增 殖过程将是一条垂直于时间的直线：
释 放 噬 100 菌 体 相 50 对 数
(+)ssRNA-病毒反转录酶
反转 录
dsDNA原病毒 病毒蛋白 mRNA
(酶、调节、 结构蛋白)
子代病毒
7. 有RNA中间体的DNA病毒 （DNA类反转录病毒）

复制位置：细胞核
复制过程类似双链DNA 病毒
dsDNA(带缺口)
修补

子代基因组不是直接由 DNA复制而来，而由 mRNA经反转录而来
(酶、调节、 结构蛋白)

+ssRNA(mRNA)

子代 dsRNA
次级 转录
ssRNA-病毒酶

在新的病毒颗粒中再形 成子代dsRNA
子代病毒
4. 正链RNA病毒
基因组本身就可作为mRNA 复制位置：细胞质 两类复制方式：
– 合成一个多聚蛋白，再切割为成熟蛋白，行使功能 – 分两步转录，先合成复制酶，再由该酶合成亚基因 组片段，合成其它蛋白 A
–动物病毒的受体：
•细胞膜表面分子； •通常都有自身的功能，尽管有些还不清楚；
细胞受体的类型
蛋白质类受体
– 最常见
– 特异性强 碳水化合物类受体
糖脂类受体
细胞表面
2：侵入

病毒吸附到目标细胞膜上受体后，通常很快地侵入细胞内. 与吸附不同，侵入细胞通常是一个需要能量的过程，即只 有在代谢活跃的细胞中才会发生病毒侵入. 因此，低温下可以发生吸附，但不会发生侵入.
双链ＤＮＡ噬菌体通过三阶段转录的增殖过程
不同类型病毒mRNA的转录
病毒分组法则
IIa. (-)ssDNA I. dsDNA VII. ds/ssDNA
IIb. (+)ss DNA
mRNA
III. dsRNA IV. (+)ssRNA
VI. ssRNA V. (-)ssRNA
蛋白质
1. 双链DNA病毒
T4噬菌体感染，核酸被注射入细菌
动物病毒的侵入有三种主要的机制：
i. 转位
ii.融合
iii.吞饮
i. 转位
整个病毒粒子跨 质膜转位 无包膜病毒 受体介导 了解最少

细胞内
受体 细胞膜
ii. 膜融合
病毒包膜与细胞膜融合，使病毒进入细胞 融合部位： – 细胞表面融合 – 内吞作用后在囊泡中进行的融合

ssDNA
mRNA
病毒蛋白
(酶、调节、 结构蛋白)
dsDNA
子代 ssDNA
子代病毒
3. 双链RNA病毒

复制位置：细胞质 病毒粒子带有依赖 dsRNA的RNA多聚酶酶 病毒不完全脱壳，初级 转录在其中进行 ssRNA(mRNA)与病毒蛋 白形成新的病毒颗粒
dsRNA-病毒酶
初级 转录

病毒蛋白
一步生长曲线
1. 实验设计依据：1个菌体被1个噬菌体感染,避免二 次吸附；细菌群体被噬菌体同步感染。 2. 实验过程: 敏感菌10ml Phage 1ml
混匀，5min,使之吸附
离心或用抗phage血清处理, 去除过量phage 高倍稀释,吸附phage的菌悬液(避免多次吸附) 37℃培养,定时取样
取样人为裂解处理（每5min） 样品中加入氯仿裂解细胞
裂解液加入敏感菌液中 适当稀释混合液
涂布于琼脂培养基上
24-48h
计数噬菌斑
噬菌斑: 概念：将少量噬菌体与大量敏 感菌混合培养在营养琼脂中， 在平板表面布满宿主细胞的 菌苔上,可以用肉眼看到一 个个透明的不长菌的小圆斑， 称为噬菌斑。(每个噬菌斑 一般是由一个噬菌体粒子形 成的。) 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。
dsDNA
mRNA
极早期
调控蛋白、 酶
mRNA
早期
(酶、调控、 结构蛋白)
复制位置：多在细 胞核内进行（利用 核内的酶系）
– 除了痘病毒
复制分阶段
– 后一阶段依赖于前 一阶段的完成 – 表达水平逐级放大
子代DNA
mRNA
晚期 结构蛋白
子代病毒
2. 单链DNA病毒
细胞蛋白
复制位置：细胞核 中复制 高度依赖细胞因子 形成dsDNA中间体 复制阶段不明显
子代病毒
6. 有DNA中间体的正链RNA病毒 （RNA反转录病毒）




复制位置：细胞核 虽是正链RNA，但不作 为mRNA，而是先反转录 形成dsDNA——原病毒 病毒带有反转录酶，在 不完全脱壳的病毒颗粒 中进行反转录 原病毒DNA整合到染色 体，与染色体一起复制、 转录 转录产物既是mRNA，又 是子代基因组


病毒吸附在细胞表面后，引发细胞的内化作用而使病毒穿 入。 有包膜病毒的包膜与细胞膜融合使核衣壳进入胞质，或由 细胞的吞饮作用，形成吞饮体而入胞。 无包膜病毒与细胞结合后，引发衣壳的变构使核酸直接通 过细胞膜进入胞质，或以吞饮体方式入胞。
噬菌体的侵入
带有可收缩尾部的噬菌体： 尾部收缩，将核酸注射入细胞内。 举例：
腺病毒的吸附蛋白：顶端突起
T4噬菌体的吸附蛋白：尾丝
血凝素
神经氨酸酶 基质蛋白M1
四个主要 的抗原性 变化区域
受体结合位点
核糖核蛋白
包膜
双层脂膜构 成的包膜
流感病毒
血凝素
细胞受体(Receptor)
指细胞表面与病毒吸附蛋白相互作用的分子。 –噬菌体的受体： 细菌表面脂多糖的糖基侧链，如沙门氏菌O抗原； 噬菌体多吸附于细胞壁，有时也在纤毛和鞭毛上； –植物病毒的受体： 植物外部的蜡质和细胞壁，给病毒感染和病毒扩散造成困难。 病毒感染的方式有所不同： 通过伤口感染，或刺吸式口器昆虫取食时侵入，通过胞 间连丝传遍整个植株。
呼肠孤病毒侵入与脱壳
4：生物合成
病毒大分子的生物合成： 病毒基因组各不相同，其复制形式亦有多种。病 毒基因组的转录是分期进行的。 发生在病毒核酸复制以前的转录为早期转录。 在病毒核酸复制开始或复制后所进行的转录为晚 期转录，晚期基因编码的晚期蛋白主要是构成子代毒 粒所需的结构蛋白。 如双链DNA噬菌体的增殖过程。
除了病毒吸附蛋白外，还需特定的融合蛋白
– 病毒带有专门的融合蛋白 – 吸附蛋白同时具有促进融合的功能
– 融合蛋白：流感病毒的血凝素；HIV gp41
融合方式： – pH依赖性的：需要有酸性的环境
– 非pH依赖性的：不需特殊pH，与受体结合后直接诱导融合
膜融合
HIV病毒的侵入
iii. 吞饮
– 分段基因组：每个片段分别转录成mRNA，合成蛋 白，并作为模板合成子代基因组 – 不分段基因组：由病毒的转录酶合成单个基因的 mRNA A
(-) (+) (+)
B
(-)
病毒蛋白
病毒蛋白
负链RNA病毒
-ssRNA 病毒酶
mRNA
病毒蛋白
(酶、调节、 结构蛋白)
mRNA 子代-ssRNA 蛋白
双 义 编 码