第七章 病毒和亚病毒

一、病毒的形态构造和化学组分 病毒的大小
病毒的形态
病毒化学组成——蛋白质与核酸
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（一）病毒的大小
各种病毒的大小差异很大
绝大多数病毒都能通过细菌过滤器
测量病毒大小的单位是nm（10-9 m), 必须通过电子显微镜才能观察其形态
直径多数在100nm(20-200nm)上下
有囊膜的病毒其囊膜中含有膜蛋白。
功能：①蛋白质构成病毒粒子的外壳；②保护病毒核酸 免受外界理化因子的破坏；③决定病毒感染的特异性；④ 决定病毒的抗原性。
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2、病毒的核酸（病毒基因组Genome）
每种病毒中只含有一种核酸：DNA或RNA 病毒核酸的种类 DNA或RNA 单链或双链 线状或环状 闭环或缺口环 单分子、双分子、三分子或多分子 核酸的碱基对数 核苷酸序列 植物病毒以ssRNA为主，动物病毒以ssRNA和dsDNA居多， 噬菌体以dsDNA居多
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宿主范围（分布）
几乎所有的生物都可以感染相应的病毒。 根据病毒的分布（宿主）类群分: 人体病毒: SARs病毒、乙肝病毒、流感病毒、人类免疫 缺陷性病毒 动物病毒:口蹄疫病毒、腺病毒、鸡瘟病毒、狂犬病毒 植物病毒：烟草花叶病毒、郁金香花叶病毒 真菌病毒： 细菌（放线菌）病毒——（噬菌体）：大肠杆菌T系噬 菌体 根据核酸类型 DNA病毒 RNA病毒
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二、4类病毒及其繁殖方式
噬菌体 植物病毒 人类与脊椎动物病毒 昆虫病毒
(一)噬菌体——原核生物的病毒 噬菌体的发现
Frederick W. Twort (1877-1950) 1915年，首次发现菌落上有透 明斑出现
透明斑——噬菌斑
Felix d Herelle (1873-1949) 1917年，命名为噬菌体
c、复合对称型：Ｔ偶数噬菌体 T4 由头部（核心是双链线状 DNA ）、颈部 和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三 个部分构成。
3.病毒的群体形态
单个病毒是无法用光学显微镜 观察的亚显微颗粒 当病毒大量聚集时使宿主细胞 发生病变时所形成的具有一定 形态、构造并能用光学显微镜 加以观察和识别的特殊群体
在短时间内能连续完成吸 附、侵入、增殖、成熟、 裂解而实现其繁殖的噬菌 体，称为烈性噬菌体，反 之则称为温和噬菌体。
5个阶段。
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噬菌体繁殖的五个阶段:以E. coli的T偶数噬菌体为例
吸附
侵入 增殖 成熟 (装配） 裂解 (释放）
吸附(adsorption)
吸附的机理：噬菌体的吸附器官（尾丝尖端） 与宿主细胞表面的特异性受体（蛋白质、多糖或脂 蛋白－多糖复合物）之间的接触与结合。
C型： dsDNA ,非收缩性尾（如大
D型：ssDNA,球状，无尾、大顶 衣壳粒 E型：ssDNA,球状，无尾、小顶 衣壳粒 F型：ssDNA,丝状，无头尾
肠杆菌奇数噬菌体T3、T7，沙门氏 菌噬菌体P22等）
★T-系噬菌体——T-系噬菌体是 研究的最广泛而又深入的细菌噬 菌体，按发现的先后顺序进行从 T1---T7编号，后来发现其中偶数 者的形态都相同（蝌蚪形收缩性 长尾），故统称T偶数噬菌体。
1971后：陆续发现了各种亚病毒——类病毒、朊病 毒、和拟病毒。
病毒的基本类型
病毒 非细胞生物 （真）病毒（Euvirus) —— 至少含有核酸和蛋白两种组分 亚病毒（Subvirus) 类病毒：只含具单独侵染性的RNA组分 拟病毒：只含不具单独侵染性的RNA组分 卫星病毒：与真病毒伴生的缺陷病毒 卫星RNA：只含与侵染无关的RNA组分 朊病毒：只含蛋白质一种组分
包涵体是病毒的聚集体或合成部位
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噬菌斑
将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液 与45℃左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺 平后培养，经数小时至10余小时后，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亮 不长菌的小圆斑(负菌落)。 每一个噬菌斑一般由一个噬菌体粒子形成的，噬菌 斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬 菌体的计数。
按次序地转向合成噬菌体的组分与部件，合成 的“原料”来自寄主细胞。
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噬菌体核酸的复制和蛋白质合成方式（难点）
E.coli T偶数双链DNA噬菌体为例
早期
基因组的转录、转译 次早期 晚期
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子代DNA链
1' 2'
3' 4' 5'
6' 7' 8' 9' 10' 11' 12' 13' 14' 15' ⑤ DNA复制 晚期基因 9 10 11 12 13 14 15 ⑥晚期转录
氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，相对分子量为17500，总共
蛋 2130个衣壳粒，排列成130圈螺旋，核酸核心是单链的 RNA， 白 质 相对分子质量为260万，含有 6390个核苷酸，每3个核苷酸与 亚 基 一个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。 又 称 原 体
b、二十面体对称型：
二十面体具有12个角、20个面 和30条棱。腺病毒 的衣壳是典型的二十面体对称， 由252个衣壳粒组成，没 有包膜。腺病毒的核心是由线状双链DNA构成的。 其基因组的大小都 约为36500个核苷酸对。
包涵体Lnclusion body 噬菌斑Plaque 空来自百度文库Plaque 枯斑Lesion
包涵体
某些病毒在宿主细胞内形成的光学显微镜下可见的大 小、形态、数量不等的小体。 宿主细胞核内：天花病毒的顾氏小体； 宿主细胞质内：狂犬病毒的内基氏小体； 宿主细胞质内或细胞核内：麻疹病毒。
病毒：细菌：真菌=1：10：100 最大的病毒：牛痘病毒200nm
最小的病毒：菜豆畸矮病毒9-10nm
牛痘病毒
（二）病毒的形态
病毒的形态：杆形、球形、砖形和蝌蚪形。
植物病毒多为杆形，如烟草花叶病毒
动物病毒多位球形或砖形，如流感病毒（球形）,痘 病毒（砖形）
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病毒的形态
贝哲林克（1851-1931）荷兰 著名科学家，1898年发现病毒
1935：美国 斯坛莱 从烟草花叶病病叶中提取出 了病毒结晶，又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种 成分，而只有核酸具感染和复制能力，并因此获诺 贝尔奖。
1952：Hershey和Chase证实噬菌体的遗传物质仅仅 是DNA,开创了病毒分子生物学。
噬菌体的结构
由于绝大多数噬菌体为蝌 蚪形，呈蝌蚪形的三种大肠杆 菌T偶数噬菌体（E.coliT 2 、 T 4 、T 6 ）是病毒学和分子 遗传学研究的最好材料，尤其 是对T 4 噬菌体的了解更为深 刻，人们早就获得其清晰的电 子显微镜照片和完整的基因组 图谱。现以E.coli T 4 为例 介绍典型的蝌蚪形噬菌体的基 本结构（图2-63）
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病毒粒的模式构造
由许多衣壳粒构成
衣壳或壳体
capsid
核心 包膜
core
envelope
nucleocapsid
核衣壳 是任何病毒（指“真病 毒”）都具有的基本结构
spike
刺突
Capsomere or capsomer 衣壳粒——在电镜下可辨别的
形态学亚单位
2.病毒粒子对称体制
根据衣壳粒的排列方式，三种不同的对称体制 螺旋对称：如烟草花叶病毒（TMV） 多面体对称（等轴对称)：最常见多面体是二十面体， 如腺病毒 复合对称：此类病毒的衣壳既有螺旋对称部分，也有多面 体对称部分，故称复合对称。如大肠杆菌T-偶数噬菌体 （蝌蚪状的噬菌体）
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a、螺旋状对称型：烟草花叶病毒（TMV） 呈直杆状，长300nm，宽15nm，中空内径4nm，由158个
SARS病毒
第七章 病毒 和亚病毒
非细胞型微生物
艾滋病毒
丙肝病毒
癌病毒
流感病毒
人类对病毒的发现和认识过程 1892：俄国 伊万诺夫斯基 首次发现烟草花叶病毒 的感染因子能通过细菌过滤器。
伊凡诺夫斯基，俄罗斯著名科学家 1892年发现烟草花叶病病源的滤过性
1898：荷兰 贝哲林克 证实该致病因子 可以被乙醇从悬液中沉淀下来而不失去其 感染性但用培养细菌的方法培养不出来； 给这样的病原体起名叫virus。
尾部
颈部 头部与尾部相连处有一构造简
单的颈部，由颈环和颈须构成。
大肠杆菌T4噬菌体构造
噬菌体的模式图
噬菌体的电镜照片
1.噬菌体的生长繁殖方式
根据噬菌体和宿主细胞的相互关系,可将其分为烈性
噬菌体和温和噬菌体两大类.下面将分别介绍两者的生长 规律. (一)烈性噬菌体的生长规律 1、烈性噬菌体的生长繁殖过程 烈性噬菌体的生长繁殖过程一般可 分为吸附、侵入、增殖、成熟、裂解
注意 1.不同噬菌体 吸附于宿主细 胞的部位不同. 2.宿主细胞表 面对各种噬菌 体也具有特异 性的受体.(发 酵生产上的应 用之处?)
受体
宿主细胞
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感染复数(multiplicity of infection， MOI ) 每一宿主细胞所能吸附的相应噬菌体的数量，可 达250～360。 自外裂解（lysis from without） 由于超感染复数的外源噬菌体吸附而引起的，不 能产生子代噬菌体的裂解。（思考：为什么超感染复数 的外源噬菌体吸附会引起自外裂解？）
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噬菌斑的形态
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病斑：单层动物细胞受肿瘤病毒感染，导致细胞
剧增，类似于菌落的病灶。 空斑：由动物病毒感染而造成的单层动物细胞上 类似于噬菌斑的空白斑。 枯斑：是植物病毒群体。
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枯斑
（三）病毒化学组成——蛋白质与核酸
1、病毒的蛋白质 病毒的主要组成，构成病毒粒子的外壳，对核酸起保 护作用.
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1.典型病毒粒的构造
病毒粒： ——成熟的（结构完整）、具有侵染力的单个病毒， 又称病毒颗粒(virus particle)。
病毒粒的基本成分：核酸与蛋白质
核心（Core,Genome):由DNA或RNA构成 衣壳（Capsid):有许多衣壳粒蛋白构成 包膜：蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜
噬菌体的形态结构
噬菌体的形态
噬菌体的基本形态有：蝌蚪形、 微球型和纤线形三种。 又可再细分为6种不同形态： A型：dsDNA,蝌蚪状、收缩性尾
（例如大肠杆菌偶数噬菌体T2 、 T4 、T6，芽孢杆菌噬菌体sp50 等。） T5和λ温和噬菌体等 ）
B型： dsDNA,蝌蚪状、非收缩性 尾（如大肠杆菌奇数噬菌体T1、
噬菌体的特性
噬菌体(phage)：是侵染原核生物(细菌、放线菌和蓝细 菌)的病毒。 个体极小，直径在十几到几十纳米不等，电镜可见，
大部分呈蝌蚪状；此外还有球状和丝状。
无细胞结构，仅由蛋白质构成的衣壳和包含于其中 的核酸组成； 只能寄生在活的微生物细胞内，这种寄生具有高度 的专一性。
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7.1 病
毒
定义和特点？
形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通 过细菌滤器； 没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种,故又称 “分子生物”； 每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA； 既无产能酶系,也无蛋白质和核酸合成酶系,只能利用宿主活 细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分； 专性寄生于活体细胞内,必须依赖宿主细胞才能形成子代； 在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可长期 保持其侵染活力； 对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感; 有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中,并诱发潜伏性 感染.
大肠杆菌T4 噬菌体由头部、颈部和尾部三个部分组成：
头部 T4 噬菌体的头部呈椭圆形二十面体对称，长95 nm，宽65 nm，其衣
壳由212个衣壳粒（每粒直径为6 nm）组成，含8种蛋白质。头部衣 壳内，一条长约50 nm的线状双链DNA分子折叠盘绕其中。 由尾鞘、尾髓（尾管）、基板、 刺突和尾丝五个部分组成。
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噬菌体吸附E. coli电镜照片
侵入(injection)
溶菌酶溶解细胞壁，噬菌体核酸进入宿主细胞 侵入过程（时间极短，十几秒）
宿主细胞
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增殖(replication)
核酸的复制和蛋白质的生物合成
噬菌体以其核酸为模板，使宿主细胞代谢系统