病毒的复制课件1

病毒基因组的复制病毒的複製方式及概念特殊的繁殖方式：不是以二分裂而是以複製的方式進行繁殖。複製（replication）：病毒感染敏感的宿主細胞後，病毒核酸進入細胞，一方面通過自我複製產生子代病毒核酸，另一方面進行表達，合成新的病毒蛋白質，然後由這些新合成的病毒組分裝配成子代病毒體，並通過一定的方式釋放到細胞外，病毒的這種特殊繁殖方式稱為複製。複製的意義病毒的基因組攜帶有病毒的全部遺傳資訊，其基因組通過複製可以產生許多完全相同子代病毒基因組，並且能夠準確無誤地分配到子代病毒粒子中

。意義:正是由於病毒核酸的這種自我複製能力，才保證了病毒的遺傳資訊相對穩定地逐代傳遞下去。

病毒基因組的複製具有一個共同的特點：不論哪一種複製方式都遵循原核和真核生物DNA複製時的堿基互補原則，因此只要知道病毒基因組一條鏈的堿基順序，就可以合成與之相對應的互補鏈。特點第一節病毒基因組複製的基本特點大多數dsDNA病毒的基因組複製與原核生物和真核生物的DNA複製一樣，一般為半保留複製，如T4、T7、噬菌體、SV40、皰疹病毒等的基因組複製，但是呼腸孤病毒的dsRNA基因組則進行的是全保留複製或保留複製。一、全保留複製和半保留複製全保留複製:在複製過程中，病毒雙鏈RNA中的兩條RNA親本鏈一直是纏繞在一起的，僅在複製點處有幾個堿基對解鏈，並且在複製酶的作用下複製出一條子代RNA鏈，然後以這條新生鏈為範本合成互補鏈，由此產生子代dsRNA基因組。除了呼腸孤病毒的dsRNA基因組進行這樣的複製外，一些由+ssRNA噬菌體基因組複製產生的複製中間體也能通過全保留複製形成子代+ssRNA基因組。半保留複製:在複製過程中，病毒基因組的DNA雙鏈解鏈成為兩條單鏈，並分別以每條單鏈為範本，按照堿基配對互補的原則，合成出與之互補的新鏈，結果產生由一條新生鏈和一條親鏈構成的子代病毒雙鏈DNA。dsDNA病毒一般以半保留複製的方式進行複製。二、病毒基因組的複製起始大多數DNA病毒基因組的複製都是從一個複製起點即複製原點開始的。一般原核生物基因組的第一輪複製尚未完成之前，可以再從複製原點開始下一輪複製。真核生物的基因組DNA上有許多複製原點同時起始複製，其複製叉的移動速度比原核生物慢，並且真核生物在第一輪複製和細胞分裂未完成之前，第二輪複製是不可能開始的。DNA病毒基因組一般只有一個複製原點，其基因組DNA為單複製子，但單純皰疹病毒（HSV）基因組DNA上有3個複製原點，分別稱為oriL、oriS1和oriS2。在DNA病毒基因組的複製原點區，通常含有反向重複序列，這種反向重複序列可以形成髮夾結構，其髮夾結構可能與病毒基因組的複製起始和調控有關。如在噬菌體G4基因組的單鏈環狀DNA進行複製時，幾乎所有的單鏈部分都與單鏈DNA結合蛋白（SSB）結合，唯有髮夾結構區是裸露的，這個區域就成為引發酶催化RNA引物合成的範本，隨後宿主大腸桿菌DNA聚合酶III以這一RNA為引物，開始延伸合成DNA。M13噬菌體DNA的複製原點也有髮夾結構形成區，只是RNA引物的合成是由大腸桿菌RNA聚合酶（α2、β、β'、δ）催化的，而並非由引發酶催化合成。脊髓灰質炎病毒含有正鏈RNA基因組，其5'端沒有類似真核生物mRNA5'端的帽子結構，但5端有共價結合的VPg蛋白，其VPg-pUpU可能也是RNA基因組複製起始所必需的引物。細小病毒由於ssDNA基因組的兩端有末端重複序列形成的反轉髮夾結構，其反轉髮夾環可作為引物起始DNA的合成，因而不需要RNA引物的存在。三、病毒基因組的複製方向dsDNA病毒基因組的複製，從複製原點開始，可以進行單向或雙向複製，並由子代互補鏈的延伸形成複製叉。單向複製時，只有一個複製叉；雙向複製時則有兩個複製叉，大部分dsDNA病毒基因組的複製是雙向的。在這種情況下，雙鏈DNA就會出現一個複製泡，在同一個複製泡上的兩個複製叉是否為等速複製尚無定論。也有一些dsDNA病毒如噬菌體P2、29、腺病毒基因組DNA以及X174的RFDNA的複製是單向的；還有的病毒基因組DNA既可以進行雙向複製，也可以進行單向複製，如噬菌體早期採取式雙向複製，晚期則進行滾式單向複製。四、連續複製與不連續複製大多數dsDNA病毒基因組以3→5方向的DNA鏈為範本，產生先導鏈，而以5→

3方向的DNA鏈為範本，進行不連續複製，生成後隨鏈。

dsDNA病毒的後隨鏈是通過不連續複製產生的短片段連擋而成的，在真核生物基因組中，這種DNA短片段長度大約為100個核苷酸；在原核生物基因組中，這種短片段長度則約有1000-2000個核苷酸，即所謂的岡崎片段，在複製過程中，這些片段由DNA連接酶連接起來，形成完整的子代DNA鏈。不管是先導鏈延伸，還是岡崎片段的合成都需要引物，這些引物是一些更小的RNA或DNA片段。如果引物是RNA的話，那麼它們在DNA複製結束後最終是要被切除的，留下的缺口再由DNA聚合酶填上，並經過DNA聚合酶連接起來。對於含有RNA基因組的病毒來說，比如TMV、呼腸孤病毒、布尼亞病毒、正粘病毒和副粘病毒等，它們的複製常常是連續合成，即連續複製，其轉錄/複製酶很少催化不連續複製。第二節

病毒基因組複製所需的複製酶一些DNA病毒如皰疹病毒、痘病毒、T4噬菌體等可編碼合成自身基因組複製所需要的DNA聚合酶，但有的DNA病毒如SV40、多瘤病毒、細小病毒、ØX174、M13、G4、噬菌體則依賴於宿主細胞的DNA聚合酶。一般而言，原核和真核生物以及DNA病毒的DNA複製酶和轉錄酶系統在功能上是完全分開的，其中DNA聚合酶只起複製作用，以產生子代雙鏈DNA分子，而RNA聚合酶只起轉錄作用，以產生RNA，並以mRNA作為範本翻譯合成蛋白質。但對於RNA病毒來說，病毒編碼的一種RNA依賴性RNA聚合酶，即可以是轉錄酶，也可以是複製酶，所以這種酶常被稱為轉錄/複製酶。還有的RNA病毒如逆轉錄病毒可以編碼合成逆轉錄酶/RNaseH，由它催化病毒基因組RNA逆轉錄合成原病毒DNA；DNA病毒如嗜肝DNA病毒、花椰菜花葉病毒編碼合成的DNA聚合酶，也具有逆轉錄酶/RNaseH活性，能夠催化全長的前基因組RNA逆轉錄生成負鏈DNA，再複製形成子代雙鏈DNA分子。除了複製酶以外，DNA病毒的基因組複製還需要病毒或宿主編碼的解旋酶、引發酶、單鏈DNA結合蛋白（SSB）、拓撲異構酶和DNA連接酶等的參與。有些DNA病毒基因組由於缺乏編碼複製酶的能力，因而其基因組的複製必須完全依賴於宿主細胞的複製酶，如SV40、多瘤病毒、細小病毒的DNA複製是在真核細胞內完成的，其複製過程完全依賴於宿主細胞的DNA聚合酶及其相關的酶蛋白。一、依賴於宿主細胞的複製酶但目前的一些研究發現，SV40和多瘤病毒的T抗原蛋白具有解旋酶、拓撲異構酶I和ATPase的酶活性，因而T抗原直接參與了病毒基因組的複製與調控。許多病毒粒子攜帶有自身編碼的複製酶，或在病毒感染迴圈時由病毒基因表達合成的複製酶。DNA病毒來說，病毒複製酶只涉及到DNA複製，不參與轉錄；而對於RNA病毒來說，複製與轉錄是同一種酶。二、

病毒基因組自身編碼的複製酶1.DNA病毒自身編碼的複製酶及其相關蛋白一些真核DNA病毒的基因組可編碼DNA複製酶及其相關蛋白，如痘苗病毒的E9LORF編碼分子量為110KD的複製酶，此酶為單一多肽，它除了具有聚合活性外，還具有3端外切酶活性，能進行切口修復。腺病毒DNA聚合酶是在早期表達的，其基因位於基因組的E2B區，這一基因區編碼產生一個140KD的ADDNA聚合酶，其DNA聚合酶既有5-3的聚合活性，也有3´→

5´的外切功能，後著可對複製過程中產生的堿基錯配進行較正。嗜肝DNA病毒科的乙型肝炎病毒（HBV）的病毒粒子內攜帶有自身編碼DNA聚合酶和末端DNA結合蛋白（TP）。DNA聚合酶和TP的ORF在HBV基因組的P區內，此DNA聚合酶為鹼性蛋白，富含組氨酸，具有逆轉錄酶和RNaseH的活性。2．RNA病毒自身編碼的複製酶一些dsRNA病毒和-ssRNA病毒粒子都攜帶有自身基因組編碼合成的轉錄／複製酶。例如呼腸孤病毒dsRNA基因組有10-12個節段，其病毒粒子攜帶有自身特異性轉錄／複製酶。通常病毒基因組進入宿主細胞後隨即利用該轉錄／複製酶進行早期轉錄，流感病毒的基因組為分節段的-ssRNA，其病毒粒子中含有自身基因組所編碼的轉錄/複製酶。其中甲型流感病毒的RNAl節段長2341個堿基

編碼PB2蛋白；RNA2節段長2341個堿基，編碼PB1蛋白；RNA3節段長2233個堿基．編碼PA蛋白。由PA、PBl、PB2共同組成病毒粒子的轉錄／複製酶複合體。RNA噬菌體如B6、B7、fr、f2、MS2、PRl等僅編碼合成病毒複製酶的一部分組分，如MS2在其RNA的3’端有一個由1635個核苷酸序列構成的複製酶基因，它編碼一個60kD的蛋白，這一蛋白與宿主細胞的延伸因數EF-TU、EF-TS以及核糖體蛋白即S1蛋白之間有很強的親合力，三、病毒蛋白與宿主細胞蛋白構成的病毒複製酶由它們共同結合形成的蛋白複合體，具有RNA複製酶的活性，這種複製酶複合體與病毒基因組RNA的3’端特異性序列CCCA結合，以病毒親代+ssRNA為範本合成-sSRNA，再合成子代+SSRNA。第三節病毒基因組的複製一、病毒基因組複製的主要方式病毒DNA的複製方式有多種變化、但比較常見的有3種形式：複製叉方式(包括環狀雙鏈DNA的方式)、滾環方式和鏈置換方式。1．複製叉方式所謂複製叉是指雙鏈DNA在複製原點解開成單鏈狀態，並分別以兩條單鏈為範本．互補合成新鏈，由此出現叉子狀的生長點，就稱為複製叉。

大多數線狀雙鏈DNA病毒如T7、T4噬菌體的基因組dsDNA以複製叉方式進行複製，但環狀雙鏈DNA如SV40、噬菌體基因組則以θ方式進行複製，其複製叉的生長大多是雙向的，也有的是單向的。2．滾環方式滾環方式是環狀雙鏈DNA單向複製的特殊形式，在複製時，核酸酶切開其中一條鏈，其5’端通常連接有特殊的蛋白，而3’端則在DNA聚合酶的作用下，以末切斷的—條環狀DNA鏈為範本，不斷地加上新的核苷酸，由於3’端不斷延長，而5’端則不斷地甩出，就好象中間一個環在不斷地滾動一樣，故稱為滾環複製。3．鏈置換方式DNA噬菌體Ø29、腺病毒、痘病毒基因組dsDNA以及細小病毒RFDNA是以鏈置換方式進行複製的，在鏈置換方式複製過程中，通常以3’￫5’的DNA鏈作為範本，並且由新合成的生長鏈置換出與範本鏈互補的親鏈，然後新生鏈和範本鏈互補生成子代dsDNA。除此而外、腺病毒和Ø

29在複製過程中置換出來的親鏈，經過末端反向重複序列互補可以產生鍋柄樣環形分子，這種鍋柄樣環形分子在末端重複序列互補處以鏈置換方式起始複製，合成雙鏈DNA。1.T4噬茵體基因組DNA的複製T4DNA複製發生在早期轉錄之後，其早期基因首先通過即刻早期轉錄和延遲早期轉錄合成mRNAs，再翻譯產生與複製相關的酶和蛋白質，二．dsDNA病毒基因組的複製這些酶和蛋白質主要包括：基因43的產物(Gp43)為DNA聚合酶、基因32的產物為單鏈DNA結合蛋白(SSB)、基因60的產物為DNA拓撲異構酶、基因30的產物為DNA連接酶。

2.腺病毒基因組DNA的複製腺病毒基因組為線狀雙鏈DNA，其5’端連接有末端蛋白TP，它與腺病毒DNA的複製起始有關。腺病毒DNA進入宿主細胞核之後，病毒基因組開始進行立即早期和早期mRNA轉錄，在感染後2-3小時，早期mRNA即可出現在細胞質的核糖體上，並被翻譯成數種早期蛋自，它們包括E2A基因編碼的SSB蛋白、E2B基因編碼的DNA聚合酶和DNA末端結合蛋白(TP)，這些酶和蛋白都是腺病毒DNA複製所必需的。腺病毒在感染約8小時後開始DNA複製，再經歷大約8小時達到合成的最高峰。其DNA合成是不同步地從線狀DNA的兩個5’端開始的，並且向兩個方間延伸直到分子的另—端。其起始引物是病毒編碼的末端蛋白(TP)和與之結合的dCMP。3．痘病毒基因組DNA的複製痘病毒DNA複製的主要特點是：病毒DNA複製完全在宿主細胞質中進行，而細胞質中很少會有的DNA複製所需