第七章_病毒-1ppt课件

精选,1,第七章病毒和亚病毒,精选,2,主要内容,概述毒粒的性质及其研究方法病毒的复制亚病毒因子,精选,3,1概述,（1）史前古希腊Aristotle于公元前4世纪狂犬病的症状。中国印度于公元前23世纪记载天花。,1.1、病毒研究的简史,精选,4,（2）发现-19世纪末,1899年，贝杰林克,科学思维：病叶与正常叶分别匀浆,提取物经过细菌滤器后，做感染试验，发现乙醇沉淀物具感染性，用培养细菌的方式培养不出来，得出初步结论：是一种不同于细菌的新的感染物。并将之命名为病毒.,MartinusWillemBeijerinck(1851-1931),烟草花叶病毒（TMV),精选,5,1935年，Americastanlay提纯、结晶TMV，获诺贝尔奖金。1940年，GermanyKsusche电镜下看到TMV为杆形。,1952年Hershey,chase同位素实验证实DNA是phage遗传物质。1970年Baltimere,Temin单链RNA病毒中发现反转录酶及其致癌作用。1971年类病毒1982年朊病毒1983年拟病毒,（3）奠基,（4）成熟-分子生物学研究期,精选,6,1.2病毒的特性,(1)病毒个体微小,病毒的大小：20nm300nm最大的病毒相当于最小的细胞,精选,7,-病毒不是由细胞组成的（但有些病毒也相当复杂，有类似的细胞膜结构和一定的结构分化，带有多种病毒复制所需的酶）;-具有化学大分子的特征.,(2)没有细胞结构,其主要成分仅为核酸和蛋白质两种;,(3)仅含一种核酸：,病毒的基因组是DNA或RNA;（细胞的基因组都是DNA，同时细胞中还有mRNA、tRNA和rRNA）,精选,8,大部分病毒没有酶或酶系极不完全，缺乏能量代谢系统，不能进行独立的代谢作用病毒借助细胞的核糖体和其他结构进行蛋白质的合成;,(4)病毒没有核糖体,(5)严格的活细胞内寄生,所有病毒都必须在细胞内才能繁殖,（有些细菌也是专性细胞内寄生，如立克次氏体）,精选,9,(6)病毒通过复制进行繁殖,病毒不生长，不分裂;病毒通过复制、装配形成新的病毒;,精选,10,1.3病毒的定义,迄今仍无一个科学而严谨的定义；1990年，Fields等提出的定义，病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的DNA或RNA基因组被其所编码的蛋白质壳体化。,但是，现在一些不具有蛋白质外壳的、裸露的侵染性RNA已经归入病毒，这个定义明显不全面。,精选,11,病毒的定义,超显微的、无细胞结构、专性细胞内寄生、细胞外核蛋白非生命颗粒、寄生细胞内以复制而呈现生命特征的生物。,精选,12,1.4病毒的宿主,动物病毒：931种脊椎动物病毒（1981,人有300种）;植物病毒：600多种（1983）;昆虫病毒：1671种（1990）;真菌病毒：100种（1982）;细菌病毒：2850种（1987）。,精选,13,1.5病毒的群体特征,在宿主细胞内形成的由大量病毒粒子等构成群体结构。,包涵体：噬菌斑病斑枯斑空斑,精选,14,病毒的包涵体,为光镜下可见的圆形或卵圆状的小体。昆虫为多角体包涵体；天花病毒形成顾氏小体的包涵体；狂犬病毒的包涵体叫内基氏小体。植物病毒在植物叶片上形成的枯斑（病斑）；,精选,15,噬菌体在细菌平板的菌苔表面形成的透明、不生长细菌小圆斑(负菌落)；,细菌噬菌斑或称蚀斑,各类细菌的噬菌体有一定的形状、大小、边缘和透明度，故可作为鉴定的指标。,精选,16,2毒粒的性质及研究方法,病毒颗粒或毒粒：病毒在宿主细胞外的具有侵染性的颗粒.,毒粒是一团能够自主复制的遗传物质,被自身编码的蛋白质外壳所包围,有的还具有包膜,以保护遗传物质；作为载体可以将遗传物质从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞的。,毒粒的特性,精选,17,2.1毒粒的形态结构,2.1.1毒粒的形状,精选,18,2.1.2毒粒的核壳结构,精选,19,毒粒的结构类型,螺旋对称,二十面体对称,复合对称（二十面体对称螺旋对称）,无包膜,有包膜,无包膜,有包膜：疱疹病毒等。,无包膜：大肠杆菌的T偶数噬菌体（蝌蚪状）等。,有包膜：痘病毒（砖块状）,杆状：烟草花叶病毒（TMV）等。,丝状：大肠杆菌的f1、fd、M13噬菌体。,卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等。,弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒。,小型：脊髓灰质炎病毒，X174噬菌体。,大型：腺病毒等。,病毒粒的衣壳(壳体)依据壳体蛋白分子排列组合的方式不同，可分为三种:,精选,20,（1）螺旋对称衣壳,线状、单链（正链）RNA螺旋盘绕在衣壳内，每三个核苷酸与一个衣壳粒相结合。,烟草花叶病毒（MTV）,2130个衣壳粒（蛋白质亚基）逆时针方向螺旋排列130圈,杆状植物病毒18nm300nm,衣壳组成,核心组成,精选,21,螺旋对称结构的变化,有的螺旋对称的结构可以弯曲，甚至盘旋成团，带有包膜。,流感病毒,埃博拉病毒,精选,22,流感病毒呈球形，直径80120纳米。核酸:负链RNA，编码10种蛋白质。病毒粒结构分3层：中心为螺旋形核壳，宽915纳米，是由RNA、核蛋白和RNA多聚酶构成；中间为膜蛋白；外层为脂质，有许多糖蛋白突起，即血凝素和神经氨酸酶.,精选,23,（2）二十面体对称衣壳,十二个顶点,三十条棱,二十个面,二十面体对称的特点,精选,24,二十面体对称腺病毒,球状、动物病毒、7080nm；,蛋白质衣壳组成：,252个衣壳粒排成20个正三角形，五邻体顶点伸出刺突。,核心组成,线状双链DNA,蛋白质衣壳与DNA存在相互作用？,精选,25,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,脂双分子层,壳体蛋白,20面体立体对称,反转录酶,核心：线状、单链（正链）RNA（二倍体）,壳体外蛋白,精选,26,（3）复合对称衣壳,T4噬菌体,212个衣壳粒，正二十面体对称,头部：,尾部：,144个衣壳粒螺旋排列24圈，尾髓中空；六角形基板：六刺突，六尾丝,头部核心：,线状双链DNA,精选,27,病毒粒子,包膜：,（非基本结构）,核心：DNA或RNA,衣壳：由若干衣壳粒构成（蛋白质）,有类脂或脂蛋白和糖蛋白,2.2.毒粒的化学组分,精选,28,一种病毒只含一种核酸，多为单倍体（逆转录病毒为二倍体）。,单链DNA、双链DNA、单链RNA、双链RNA,核酸类型：,外形表现：线状或环状。,一.毒粒的核酸,精选,29,正链RNA+RNA病毒ssRNA可作为mRNA直接翻译;负链RNA-RNA病毒ssRNA与其mRNA序列互补;正链DNA+DNA病毒单链DNA与mRNA序列相同;负链DNA-DNA病毒单链DNA与其mRNA序列互补.,核酸极性：,精选,30,二.毒粒的蛋白质,衣壳结构蛋白：,包膜蛋白,糖蛋白：主要表面抗原，病毒吸附蛋白；,基质蛋白：亚膜结构蛋白,简单病毒：一种或少数几种衣壳蛋白,复杂病毒：衣壳蛋白可多达20多种。,毒粒酶,参与病毒侵入、释放的酶：T4溶菌酶、流感病毒的神经氨酸酶,参与病毒大分子合成的酶：逆转录酶、依赖RNA的RNA聚合酶,精选,31,脂类：构成病毒包膜的脂双层结构，来源于宿主糖类：糖蛋白、糖脂的组成成分，来源于宿主。,三、病毒的脂类和少量糖类,精选,32,2.3.病毒研究的基本方法,一、病毒的分离与纯化,1.病毒的分离,将疑有病毒而待分离的标本(如发酵的倒灌液、患者的体液、血液等）经处理后，接种于敏感的实验宿主、鸡胚或培养细胞，经一段时间孵育后，通过检查病毒特异性感染表现肯定病毒的存在。,精选,33,利用一切方法将病毒培养混合物中杂质除去，得到纯净病毒材料的过程。,化学法：蛋白质提纯方法（盐析、等电点沉淀、凝胶层析、离子交换）物理法：病毒包含许多大分子（蛋白质、核酸），可用超速离心法（较细胞蛋白沉降快）。,保持感染性；均一的理化性质。,2.病毒的纯化,(1)标准：,(2)方法,精选,34,（2）血细胞凝集试验：许多病毒的包膜蛋白能够凝集一定种类的的脊椎动物红血球细胞，并且定量关系。,二、病毒的测定-定量分析,1、物理颗粒计数,（3）免疫沉淀试验、酶联免疫吸附试验等：病毒的抗原性质,（1）电镜下直接计数,精选,35,该方法测得的并非有感染性病毒粒子的绝对数量，而是能够引起宿主或宿主细胞一定特异性反应的最小剂量，即病毒的感染单位（infectiousunits，IU）效价：单位体积（ml）病毒悬液的感染单位数目（IU/ml）,2、病毒感染性测定：,有感染性的病毒粒子的数量,（1）噬菌斑测定,（2）蚀斑法：,（3）坏死斑测定：,（4）终点法：,蚀斑法或坏死斑法测定的动植物病毒,噬菌体,动物病毒,植物病毒,精选,36,(1)噬菌斑测定,一般采用琼脂叠层法。将含少量噬菌体的悬液与高浓度的宿主细胞及半固体营养琼脂混合，铺布于高浓度固体培养基上；经数小时到10余小时后，在布满宿主细胞的菌苔上看到一个个透亮不长菌的小圆斑。统计噬菌斑数目后即可计算出悬液效价。,精选,37,不能用蚀斑法或坏死斑法测定的动植物病毒可用终点法测定。以单元群体中（细胞、鸡胚、动物、植物）半数个体出现某一感染反应所需的病毒剂量来确定病毒样品的效价，称做半数效应剂量。如使半数试验宿主死亡的病毒剂量称做半数致死剂量;使半数试验宿主发生感染的剂量称做半数感染剂量（ID50）,（4）终点法：,精选,38,大小形态、核酸类型；,三、病毒的鉴定,建立在抗原与抗体特异性反应基础上的免疫学方法,病毒的宿主谱和感染的表现形态是初步鉴定的指标。,1、宿主范围和感染表现鉴定：,2、理化性质鉴定：,3、分子生物学方法：,4、血细胞凝集性质鉴定：,利用核酸和蛋白质序列测定等方法鉴定,5、病毒的免疫学鉴定：,精选,39,3病毒的复制,病毒的复制周期噬菌体的复制动物病毒的复制病毒的非增殖性感染,精选,40,3.1病毒的复制周期,一步生长曲线:用来测定噬菌体侵染和成熟病毒释放的时间间隔（潜伏期）和估计每个被噬菌体侵染的细胞释放出来的新噬菌体粒子数量（裂解量）的生长曲线。,感染：用稀释的噬菌体液感染高浓度宿主细胞。中和：数分钟后，向混合液中加入一定量的噬菌体的抗血清，中和尚未吸附的噬菌体。测效价：保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价。以效价为纵坐标，感染时间为横坐标，绘制特征性繁殖曲线。,实验步骤,精选,41,精选,42,毒粒吸附于细胞到受染细胞释放出子代毒粒所需的最短时间，又可分为两段：隐蔽期（eclipsephase）：在潜伏期前期，人为地（用氯仿等）裂解宿主细胞，裂解液无侵染性的一段时间。胞内累积期（intracellularaccumulationphase)：噬菌体开始装配的时间（人为地裂解细胞，裂解液呈现侵染性）；,（1）潜伏期（latentphase）,精选,43,宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。裂解量（burstsize）：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。,（2）裂解期（visephase）：,（3）平稳期（plateau）：,宿主细胞全部裂解，裂解液中噬菌体效价达最高点的时期。,精选,44,自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞外的病毒复制过程称为。,病毒的复制周期,病毒感染的起始:吸附；侵入；脱壳；病毒大分子的合成；病毒的装配和释放。,依据病毒复制周期的事件顺序分为三个阶段,五个步骤：,精选,45,3.2噬菌体的复制,T4噬菌体的复制X174噬菌体的复制MS2噬菌体的复制噬菌体的整合非增值性感染,精选,46,3.2.1T4噬菌体的复制,T4的吸附蛋白(反受体)与E.coli细胞表面的受体特异性吸附T4的吸附蛋白(反受体):尾丝蛋白E.coli细胞表面的受体:脂多糖分子中的核心多糖,一、侵染起始,1.吸附,特异性识别与吸附取决于:尾丝蛋白与脂多糖的核心多糖立体构型互补性.,精选,47,结合力来源,受体与反受体间的电荷、氢键、范得华力等。,精选,48,2.侵入(penetration),从吸附到侵入15s(五个步骤),吸附,尾钉固着,尾梢收缩,尾管穿入,DNA注入,精选,49,T4噬菌体对大肠杆菌细胞壁的吸附和侵入,精选,50,二、T4大分子合成的时序性,在病毒核酸复制开始或复制后所进行的转录为，所转录的基因称作晚期基因。,早期转录：,发生在病毒核酸复制以前的转录为，所转录的基因称作；,早期转录的作用：早期蛋白主要参与病毒核酸复制、调节病毒基因组表达，以及改变或抑制宿主细胞大分子合成；,晚期转录：,晚期转录的作用：表达构成子代毒粒所需的结构蛋白。,精选,51,T4大分子合成的时序性,T4早期基因表达合成早期蛋白,关闭蛋白更改蛋白,抗限制性酶系蛋白T4基因组复制酶,T4晚期基因表达合成晚期蛋白,头、尾、尾丝、基板、颈环各部件蛋白,溶菌酶、组装酶,精选,52,T4早期蛋白,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；有的抑制抑制E.coli蛋白质合成；有的作为内切、外切DNA酶，使E.coliDNA降解。,关闭蛋白：,更改蛋白：,取代E.colimRNA聚合酶中的因子，改造成用于T4晚期转录的mRNA聚合酶。,抗限制性酶系蛋白：,作为酶催化合成羟甲基胞嘧啶，并葡萄糖基化，使合成的T4DNA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。,精选,53,T4基因组表达时序与产物,精选,54,吸附,侵入,早期：病毒特异性酶合成,病毒核酸合成,病毒结构蛋白质合成,生物大分子合成,装配,释放,精选,55,三、子代T4的装配与释放,在病毒感染的细胞内，新合成的毒粒结构组分以一定的方式结合，组装成完整的病毒颗粒，这一过程称做病毒的装配，亦称成熟(maturation)或形态发生(morphogenesis)。,精选,56,T4的装配与释放,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，包裹双链DNA；头与尾部自发结合；尾丝加入，组装成成熟的T4。,1.T4的自我有序的组装,2.T4对E.coli杀细胞增殖感染,产生子代T4:宿主细胞裂解死亡.,精选,57,吸附；侵入；脱壳；病毒大分子的合成；病毒的装配和释放。,精选,58,3.2.2X174噬菌体的复制,蛋白质衣壳:,60个衣壳粒二十面体对称,直径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质,首次发现重叠基因.,精选,59,X174的复制过程,+DNA,复制型,细菌DNA聚合酶,复制,mRNA,+DNA,蛋白质,子代毒粒,精选,60,X174DNA滚环复制机制,精选,61,3.2.3MS2噬菌体的复制,蛋白质衣壳,180个衣壳粒正二十面体排列,直径26nm.,核心:,+ssRNA,小基因组(3569个核苷酸),只编码四种蛋白.,精选,62,MS2噬菌体的复制过程,+RNA,依赖RNA的RNA复制酶,mRNA活性,RNA复制型,+RNA,依赖RNA的RNA复制酶,病毒蛋白,+RNA基因组,子代病毒,精选,63,3.2.4噬菌体的整合非增值性感染,1.烈性噬菌体:,噬菌体侵染宿主细胞后，立即进入增殖循环，宿主细胞裂解，释放子代噬菌体，该噬菌体为烈性噬菌体。如T系列、MS2、174等。,2、温和噬菌体（temperatephage）,（溶源性噬菌体：lysogenicphage）噬菌体：E.coli为宿主细胞,蛋白衣壳:,二十面体对称头螺旋对成尾,核心:,线状dsDNA,粘性末段,精选,64,噬菌体对大肠杆菌的侵染过程,原噬菌体,精选,65,原噬菌体：,其染色体中携带有原噬菌体的细菌细胞。,溶源性细菌：,整合于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于宿主染色体中,宿主细胞不被裂解;原噬菌体有从宿主染色体上完全切离,进入复制裂解循环的潜力.,温和噬菌体：,既有增值裂解途径,又可进入溶原化途径的噬菌体.,精选,66,溶原性细菌的性质,原噬菌体随溶原性细菌繁殖而遗传;对同种噬菌体具有免疫性;低频率(10-210-5)自发裂解;理化因素诱导,高频率裂解;溶原性转变白喉棒杆菌溶原性细菌:分泌白喉外毒素非溶原性细菌:不分泌白喉外毒素,精选,67,3.3动物病毒的复制,细菌细胞和动物细胞结构差异对病毒增殖的影响,Phage的mRNA可在细菌70sribosome上转译，动物病毒mRNA转译前去除intron，加5端帽子和3端ployA。,1、空间上的差异,细菌细胞内基因组与细胞质相连，无空间分隔，phage基因组转录、翻译、复制、组装皆在胞质进行。动物细胞有核内、外空间分隔，RNA聚合酶、DNA复制酶在核内，核糖体在细胞质，动物病毒基因组转录、复制和翻译有空间分隔。,2、Ribosome的差异,3、细菌细胞有壁，动物细胞无壁,进出宿主细胞和脱壳方式不同,精选,68,一、无包膜DNA病毒腺病毒（Adenoviruses）的复制,腺病毒纤毛粘附到细胞表面的特异性受体，通过内吞作用将腺病毒内化到细胞中;通过核孔将病毒DNA释放到细胞核内。,粘附和进入细胞,转录与复制：,腺病毒基因组进入细胞核后，首先表达E1A蛋白，激活其他早期基因，启动病毒基因组的复制；同时早期基因的转录和翻译被关闭，晚期基因开始表达。,病毒结构蛋白在细胞核内聚集形成病毒衣壳，病毒的基因组被包装进去，形成有感染能力的病毒颗粒，并最终裂解宿主细胞被释放出去。,装配与释放：,精选,69,精选,70,二、无包膜RNA病毒脊髓灰质炎病毒（poliovirus）的复制,精选,71,三、有包膜DNA病毒单纯疱疹病毒（herpessimplexvirus）复制,精选,72,四、有包膜的负链RNA病毒甲型流感病毒复制,精选,73,五、反转录病毒（retrovirus）的复制,精选,74,精选,75,五、动物病毒感染细胞时可能产生的效应,精选,76,4亚病毒因子,卫星病毒朊病毒,亚病毒是比真病毒更小更简单的一类单分子病毒的总称。,精选,77,4.1卫星病毒,无自己的壳体，只能包裹在辅助病毒衣壳内，必须依赖辅助病毒才能复制ssRNA。,1.卫星RNA基因组结构,线状或环状，大小卫星RNA之分，编码蛋白质能力不同。,精选,78,2.卫星RNA基因复制,辅助病毒是植物病害病原体，许多卫星RNA显著影响辅助病毒的致病症状。如能减轻症状，用卫星RNA抗植物病害，将卫星RNA的cDNA转入植物抗病。,较小的卫星RNA，如绒毛烟斑驳病毒卫星RNA是以对称的滚环方式复制;较小的卫星RNA没有蛋白质编码能力,其RNA只能包裹在辅助病毒编码的衣壳内.,3.卫星RNA的生物活性,精选,79,4.2朊病毒,是一类能引起哺乳动物的亚急性海绵样脑病的病原因子,这些疾病包括人的库鲁病、克雅氏病；牛的疯牛病，羊搔痒病等；,精选,80,找不到基因组的传染病,羊搔痒病,细胞基因,细菌,噬菌体,搔痒病,紫外线对核酸有修饰作用紫外线照射造成基因突变，使病毒失活，细胞生长停滞，或形成肿瘤但羊搔痒病病原不受紫外线的影响,精选,81,朊病毒的化学特性,对蛋白酶(蛋白酶K胰蛋白酶)、氨基酸化学修饰剂(碳酸二乙酯)、变性剂(尿素、十二烷其硫酞钠等)敏感蛋白质越纯其侵染性越强；分子量：2730kDa;电镜下呈杆状直径为25nm长为100200nm丛状排列(达100个),精选,82,朊病毒的结构,电镜下呈杆状颗粒，直径25nm，长125150nm杆状颗粒呈丛状排列，每丛从几十至上百蛋白质分子量为2.7万3万，无免疫原性,精选,83,羊搔痒病,一种蛋白质：PrP，245个氨基酸组成，是正常细胞基因的产