病毒的吸附侵入和脱壳

病毒的吸附侵入和脱壳第1页/共67页病毒的吸附、侵入和脱壳

第三章第2页/共67页第一节病毒的吸附启动病毒感染的第一步决定病毒感染成功与否的关键环节病毒吸附:病毒表面特异性的吸附蛋白细胞表面的病毒受体第3页/共67页一、病毒的吸附蛋白(virusattachmentprotein，VAP)

病毒吸附蛋白一般由衣壳蛋白或包膜上的糖蛋白突起充当。有包膜动物病毒----糖蛋白突起:

病毒基因组编码宿主特异性的糖基转移酶连接上不同的糖基。第4页/共67页病毒吸附蛋白的结构及其功能区域结构：HA三聚体--3个HA单体HA单体-HA1、HA2亚基球杆状结构HA1--大球区HA2--小球区、杆状纤维HA1—二硫键—HA2第5页/共67页theredspikesrepresentHaemagglutinin第6页/共67页根据HA不同部分的结构和功能特性分为4个区：

细胞受体结合区融合区跨膜区膜内区第7页/共67页细胞受体结合区

HA主要功能--与宿主细胞表面糖蛋白受体的唾液酸结合。受体结合位点位于HA三聚体的顶端，形似一个裂缝或小口袋。它是病毒包膜糖蛋白HA与细胞受体相互作用的分子基础。其袋区任何氨基酸残基的改变都会影响到HA的吸附功能。第8页/共67页融合区HA蛋白具有促膜融合的活性

HAHAl和HA2

HA2氨基端的一段高度保守和疏水的序列暴露第9页/共67页跨膜区

靠近HA分子的羧基端大约有25个氨基酸残基组成非极性区缺少—不能插入包膜中第10页/共67页膜内区HA分子羧基端最后10个氨基酸在病毒包膜内表面。可以结合脂肪酸，去除脂肪酸后，影响HA的血溶作用。第11页/共67页二、病毒的细胞受体

病毒的细胞受体通常也称为病毒受体(virusreceptor)所谓病毒的细胞受体，是指能够与病毒吸附蛋白产生特异性结合，介导病毒侵入细胞，启动病毒感染的特殊性细胞表面位点。

病毒受体决定了病毒的宿主谱，组织细胞的嗜亲性，并影响病毒的致病性。

第12页/共67页细胞受体单位细胞受体单位(cellularreceptorunit)是指能够识别一个病毒吸附蛋白的细胞分子。

通常一个细胞受体单位可以由几个亚单位构成。其活性依赖于分子的空间结构。病毒受体根据其结构可分为：细胞受体单位和细胞受体位点第13页/共67页大部分动物病毒的细胞受体单位—

细胞膜中的糖蛋白糖脂唾液酸寡糖苷动物病毒的细胞受体还有重要的细胞生物学功能如狂犬病毒受体—乙酰胆碱受体

HIV受体—CD4抗原第14页/共67页细胞受体位点

细胞受体位点(cellularreceptorsite)是指由一个或几个受体单位组成，并能有效地结合一个病毒粒子的细胞表面结构。细胞膜的流动性与吸附蛋白的亲合力受体单位聚集而形成受体位点第15页/共67页

受体位点与吸附蛋白的结合是多价的，牢固的———不可逆的病毒受体具有种系和组织特异性一些不同种系动物的细胞可能存在不同的病毒受体病毒受体的种系特异性决定病毒的宿主谱如多瘤病毒受体存在于小鼠细胞上，故多瘤病毒能感染小鼠。第16页/共67页动物的不同组织细胞上可能存在不同的病毒受体，从而决定了病毒的组织细胞嗜亲性。

HIV可感染具有CD4抗原的T辅助性淋巴细胞，单核巨噬细胞。而不能感染其他细胞。不同种属的病毒有着不同的细胞受体，有时甚至同种不同型的病毒以及同型不同株的病毒受体也不相同。有些不同种属的病毒可能有相同的细胞受体，在这种情况下，一种病毒的吸附和感染可以对另一种病毒的感染产生干扰。如Ad-2和柯萨奇病毒B3有相同的细胞受体，前者可阻止后者的吸附。第17页/共67页三、病毒吸附蛋白与细胞受体结合的机制Rossmann提出了峡谷假说受体结合区域是一个凹形的口袋或峡谷，而病毒的细胞受体正好与这个峡谷区相匹配，类似锁与钥匙的关系。二者之间的作用力包括氢键、离子间静电引力、范德华氏力等的作用。（一）机制第18页/共67页（二）病毒的吸附过程的两个阶段可逆性吸附—最初静电引力引起的，无化学键结合易受环境中的pH影响适宜的pH—结合不适宜的pH条件—解脱下来不稳定、可逆的第19页/共67页不可逆性吸附—病毒吸附的第二阶段牢固的化学键反应病毒粒子结构上的显著变化稳定的，不可逆的某些病毒缺少可逆性吸附过程第20页/共67页（三）病毒的吸附完成时间一般几分钟→几十分钟病毒感染实验中，通常病毒只作用于细胞30～60分钟举例：培养细胞接种virus，一般60分钟。第21页/共67页（四）影响病毒吸附的环境因素

除受带电荷状态和分子结构影响外，还受许多环境因素影响：温度一般来说，在0℃-37℃范围内温度越高，病毒吸附效率也越高第22页/共67页温度越高，碰撞次数愈多温度越高，细胞膜中脂质分子的运动越快，蛋白质分子的迁移越快，整个膜的流动性增强，受体单位更容易聚集形成受体位点。第23页/共67页离子

早期静电引力，但细胞受体蛋白和病毒吸附蛋白均趋于带负电荷，因此它们通常是互斥的。一定的阳离子环境下，病毒粒子才能形成对细胞的吸附。例如一价阳离子Na＋、K＋可使流感病毒产生最大量吸附。第24页/共67页pH值pH能够引起病毒粒子和细胞表面基团电荷的改变。在某一适宜的pH范围内时，二者带有异种电荷而有利于病毒吸附。pH影响VAP与病毒受体空间构象，使二者易于匹配第25页/共67页其它因素某些糖基分子与细胞受体相互作用，对病毒产生竞争性结合抑制脂质分子与病毒粒子相互作用可以遮蔽病毒吸附蛋白与细胞受体结合。第26页/共67页植物病毒

植物病毒迄今尚未发现有特异性细胞受体，其病毒进入植物细胞的机制是通过伤口或媒介昆虫传播的。第27页/共67页

第二节病毒的侵入

病毒侵入是病毒感染的第二阶段病毒侵入(viruspenetration)是指病毒通过不同方式进入宿主细胞的过程。病毒侵入有4种以下的方式：注射式侵入细胞内吞膜融合直接侵入等其他特殊的方式第28页/共67页一、注射式侵入有尾噬菌体

T偶数噬菌体如T2、T4就是以这种方式侵入的。第29页/共67页过程：尾丝吸附蛋白与细胞表面的受体结合，协同，形成多价结合。尾鞘蛋白收缩基板上升尾管在尾部溶菌酶的作用下，插入dsDNA分子注入第30页/共67页第31页/共67页

一类丝杆状噬菌体如f1、f2也采取注射式侵入细胞。通过吸附于雄性细菌所特有的性纤毛的末端，并通过性纤毛的中央孔将其核酸注入细胞内。第32页/共67页二、细胞内吞动物病毒的侵入方式，又称为病毒入胞(viropexis)。这一过程是细胞膜先将病毒粒子包裹，再经膜内陷形成吞噬泡，从而使病毒粒子进入细胞质中。再与合适的细胞器相融合，如溶酶体，再通过膜融合，释放出核衣壳。第33页/共67页淋巴囊肿病毒通过细胞内吞侵入培养的FG细胞中第34页/共67页细胞内吞作用只发生在病毒受体分布密集的受体位点或受体区。吞噬泡依然存在于细胞质中，不与溶酶体结合．这样病毒的侵染活性被吞噬泡所遮蔽吞噬泡与溶酶体结合，病毒粒子进入溶酶体并被彻底酶解吞噬泡移到细胞膜附近，经与细胞膜融合而将病毒粒子重新释放到细胞外第35页/共67页与溶酶体结合，其衣壳被消化，释放出病毒基因组进入细胞质中吞噬泡移至病毒脱壳的部位(胞质或胞核)，然后病毒粒子从中逸出再行脱壳病毒粒子在吞噬泡与溶酶体结合前，以某种机制逸出吞噬泡第36页/共67页三、膜融合

膜融合是指病毒包膜与细胞膜的融合过程。—有包膜病毒

病毒包膜和细胞膜脂质分子的相互作用，以及某些蛋白因子的参与，使得病毒包膜和细胞膜发生融合，形成融合泡，继而病毒侵入细胞。第37页/共67页副粘病毒通过膜融合侵入第38页/共67页PANELA:Theprocessbeginswithinteractionsbetweenthetrimericenvelopecomplex--aclusterofproteinsonHIV‘soutercoat,sometimesreferredtoasthegp160spike--andbothCD4andachemokine(趋化因子)receptor(eitherCCR5orCCR4)onthecellsurface.

Thiscomplexismadeupofthreetransmembraneglycoproteins(gp41),whichanchortheclustertothevirus,andthreeextracellularglycoproteins(gp120),whichcontainthebindingdomainsforbothCD4andthechemokinereceptors.第39页/共67页PANELB:Thefirststepinfusioninvolvesthehigh-affinityattachmentofthebindingdomainsofgp120totheN-terminalmembrane-distaldomainsofCD4.

CD4attachmentinhibitors(e.g.,PRO542)acthere.第40页/共67页PANELC:Oncegp120isboundwiththeCD4protein,theenvelopecomplexundergoesastructuralchange,bringingthechemokinebindingdomainsofgp120intoproximitywiththechemokinereceptor,allowingforamorestabletwo-prongedattachment.

IftheviruslatchesontobothCD4andthechemokinereceptor,additionalconformationalchangesallowfortheN-terminalfusionpeptideofgp141toentertheCD4+cellmembrane.第41页/共67页第42页/共67页JOURNALOFVIROLOGY,Oct.2004,p.11360–11370第43页/共67页CircularrepresentationoftheWSSVgenome.Arrows,positions(outerring)ofthe181

ORFs(redandblueindicatethedifferentdirectionsoftranscription);greenrectangles,9

homologousregions(hrs).B,sitesofBamHIrestrictionenzymes(innerring;theirpositionsareinparentheses).

Yangetal,JVirol,2001,75:11811-11820第44页/共67页四、直接侵入

大致可分为直接侵入宿主细胞，机理仍未明。如脊髓灰质炎病毒b.无包膜病毒—病毒衣壳蛋白的重排和构型变化，加之细胞膜上可能存在的水解酶的作用，释放核酸进入细胞质中。第45页/共67页其他方式：植物病毒尚未发现有特异性病毒受体植物细胞壁上的小伤口侵入天然存在的外壁孔侵入植物细胞之间的胞间连丝而侵入昆虫的口器侵入细胞

第46页/共67页第47页/共67页第48页/共67页Lamella板，层第49页/共67页多种侵入方式：如流感病毒和痘病毒细胞内吞膜融合第50页/共67页第三节、病毒的脱壳病毒脱壳(virusuncoating)是指病毒感染性核酸从衣壳内释放出来的过程。有包膜病毒脱壳包括脱包膜和脱衣壳无包膜病毒只需脱衣壳第51页/共67页病毒的脱壳病毒脱壳后，其裸露的核酸通常对核酸酶是敏感的；有些病毒其核酸并不完全裸露，而是与一些特异的病毒蛋白或细胞蛋白连接在一起，以抵抗核酸酶的降解作用。有些无包膜病毒可以直接在细胞膜或细胞壁表面进行脱壳，其侵入和脱壳一次完成。如小RNA病毒。（构成膜通道）第52页/共67页病毒的脱壳有一些无包膜病毒的脱壳并不是一步完成的，如呼肠弧病毒粒子具有双层衣壳，内吞后，溶酶体酶水解脱掉外衣壳，然后再脱壳生成病毒核酸。有包膜病毒以膜融合方式侵入细胞质后，由于其包膜在与细胞膜融合时即已脱掉，只剩下核衣壳。核衣壳被移至脱壳部位，并在细胞蛋白酶的作用下进一步脱去衣壳。第53页/共67页有包膜病毒以细胞内吞方式浸入细胞，其吞噬泡内的病毒粒子首先可以经过吞噬泡与溶酶体融合而进入溶酶体内，然后在溶酶体酶的消化作用下脱去病毒核衣壳。痘苗病毒编码合成脱壳酶，使病毒脱壳。病毒在细胞内进行转运和脱壳与细胞骨架系统密切相关，一旦细胞内的微管、微丝受到破坏时，这些病毒粒子就难以运输到正确的部位产生脱壳。

核内复制的病毒的脱壳都是在细胞核内最后完成。第54页/共67页当病毒侵入寄主细胞时，病毒必须把自己的遗传物质密封起来，以防遭到寄主细胞的保护机制破坏。休斯顿莱斯大学的第一研究员陶怡芝(Jane

Tao)说：“病毒侵入寄主细胞时，衣壳会一同进入，而且它永远都不会完全分解。”第55页/共67页病毒及亚病毒的定义？第56页/共67页

病毒是一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。

subvirus:只含有核