第四章 病毒的增殖(1)
病毒受体的特点: ▲宿主特异性:如猪瘟病毒只感染猪
HIV
▲细胞特异性:如牛白血病毒只感染牛的B淋巴细胞
▲病毒的特异性:不同科属的病毒在同一细胞上有不同的受体
2-病毒的增殖过程
侵入与吸附是一个连续过程 目前发现病毒侵入细胞有3种方式: ①病毒直接转入:
小RNA病毒、肠道病毒及鼻病毒。 心病毒和口蹄疫病毒由于衣壳相对疏松, “A”粒子在穿过胞膜时,被彻底裂解,结果以 RNA及12~14S蛋白亚单位形式释入胞浆。
7.内质网
8.高尔基体 9.糖蛋白合成
10.装配
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病毒在细胞内的感染过程中,细胞内合成的病毒成分有时不 能装配成完整的病毒粒子,这种现象称为不全增殖。 缺损病毒——病毒往往由于病毒基因组缺乏一个或一个以上 病毒复制过程中较为重要的基因,导致病毒复制不能正常进 行。 缺损病毒具有下列5种形式。 (1) 依赖辅助病毒的缺损病毒: 大多数病毒均可产生这类缺损病毒。常指的DI(de-fective interfering) 病毒粒子,就属这种形式。 DI 病毒的基因缺陷 程度差异较大,最高时可达90%。 在有辅助病毒感染的情况下, DI 病毒缺陷基因的产物能在 辅助病毒增殖过程中得到补偿。
4-亚病毒
1982年普什纳(Prusiner)证明引起羊搔痒病的病原是一种分 子量为27kDa的蛋白质,他称之为蛋白侵染子(Prion)或朊病 毒,感染后引起亚急性海绵样脑病的中枢神经系统疾病。
目前至少有6种人和动物的慢性病与此有关,如人的库鲁病 (Kuru) 和克-雅氏病(Creutzfeldt-Jakob)以及羊的痒疫、貂的传 染性脑病和近年发现的牛海绵状脑病(又称疯牛病)、鹿的搔痒病 等。
3-病毒的不全增殖和缺损病毒
缺损病毒在许多情况下,对正常病毒的感染起干扰作用。 缺损病毒主要有下列几方面生物学意义: (1) 基因转移与表达: 缺损的乳多空病毒和腺病毒,经常携带的少量宿主细胞基因 转移给另一些细胞,并且有所表达。 (2) 毒力调节: 尤其是DI粒子和卫星病毒,具有明显的干扰完整病毒复制的 作用,起着减弱完整病毒感染力的作用。 乳鼠长期被呼肠孤病毒感染后,体内具有大量缺损病毒,显 然是机体对病毒感染的一种抵抗形式的产物。 (3) 病毒与宿主的进化: 缺损病毒转化的细胞,已将病毒的插入基因作为自身成分代 代相传。同样,许多病毒携带部分细胞基因,继续传给子代 病毒。 病毒与细胞这种基因互用无疑在病毒和宿主的进化上起着重 要作用。
吸附与穿入、脱壳、生物合成、装配与释放
复制早期(感染早期):吸附与穿入、脱壳、生物合成 (生活史) 复制晚期(感染晚期):装配与释放
2-病毒的增殖过程
吸附与侵入、脱壳、病毒成分的 合成、装配与释放, 4个主要阶段。
1.吸附和侵入
—吸附分两步进行。
① 病毒与细胞以静电引力---是非特异性吸附。 病毒可在细胞表面任何部位吸附,不具有任何选择性。非细
细胞有无特定病毒的受体,直接影响是否对该病毒具有易感性 病毒吸附细胞的过程,可在几分钟到几十分钟的时间内完成。
2-病毒的增殖过程
细胞表面的病毒受体
科 病毒 细胞受体
2-病毒的增殖过程
细胞表面的病毒受体
科 病毒 细胞受体
2-病毒的增殖过程
病毒与受体的初级吸咐(initial binding)可逆、不稳定。 次级吸附(secondary binding)是病毒感染的限速步骤和必须 步骤。此时,病毒受体的亲合和增加、因结合牢固、超速离心 不能去除病毒。 此外,病毒与靶细胞均发生一系列改变,如病毒沉淀系数变化 ,表现新的抗原性,对蛋白酶敏感性增加等。受体细胞膜也发 生相应改变,如水化、扭曲、紧张等。 随后,融合发生,病毒被吞饮进入细胞
。 RNA病毒都在胞浆内增殖和装配,穿过细胞膜时获得囊膜。
但流感病毒似乎先在细胞核或核膜上形成核衣壳,血凝素和神经胺
酸酶在胞浆内合成后嵌入细胞膜。病毒在细胞膜上出芽时获得含有这
两种成分的囊膜。
AIV
2-病毒的增殖过程
流感病毒的生活周期
1. 吸附 ( HA 与质膜
上的唾液酸结合)
2.侵入 3.胞饮作用 4.脱壳 5.初级转录 6.核糖体翻译
胞颗粒物质,甚至玻璃或金属器皿表面也都可吸附病毒。
吸附是可逆的,单纯的稀释或冲洗、抗病毒血清或高浓度 盐类、pH环境,可使病毒从吸附物上重新解脱出来。
2-病毒的增殖过程
②病毒吸附的第二阶段,呈不可逆性结合。
病毒蛋白(抗受体)与细胞膜表面特定蛋白(受体)特异性结合。
某些结构复杂的病毒,如痘病毒和疱疹病毒,具有多个抗受体 蛋白分子,而每个抗受体蛋白分子又可有几个不同的区域,每 个区域可与细胞表面不同的受体结合。 细胞受体主要是胞膜上的糖蛋白(流感病毒的血凝素)。 个宿主细胞上的特异性受体部位可达104~105个。 一定每个细胞表面都有特定病毒的特异受体。 一 不
除类病毒和“朊”病毒外,还有 一种由单链、双链RNA或DNA组 成的亚病毒,因其必须依赖宿主 细胞内共感染的辅助病毒才能复 制,故称卫星因子。 亚病毒的发现,使人类对疾病病原的认识进入了一个新阶段, 深入研究它们的复制和致病机理,必将导致生物学界许多新理论 和新学说的出现。
5-病毒的细胞外合成
病毒是专性寄生物,不能在细胞外独立增殖。但在实验室, 人们已经能够在无细胞条件下进行病毒和病毒成分的合成。
3-病毒的不全增殖和缺损病毒
(4) 伪装性缺损病毒:
这种缺损病毒粒子具有病毒衣壳及完整外表,但衣壳内 的病毒核酸被细胞源性的核酸所代替。 这种类型的缺损病毒较常见于多瘤病毒和噬菌体,其生 噬菌体 物学意义不明。
(5) 条件性缺损病毒: 在某种情况下,病毒基因发生突变,出现缺损现象,常 见的有温度敏感变异株、宿主易感突变株等等。 这种类型的缺损病毒具有重要意义,将在第六章详细讨 论。
第六类病毒具有单链RNA,在复制过程中,以病毒RNA为 模板,在反转录酶的作用下,反转录生成双链DNA中间体, 双链DNA整合于细胞基因组DNA中。子代RNA由整合的病 毒DNA转录而来。这类病毒包括白血病病毒和劳斯肉瘤病毒 等许多反转录病毒。
第七类病毒具有双链环状DNA,其中含有部分单链区,单 链区长度不等,短链为正链,长度为整个基因组长度(3.2kb) 的50%~100%,如嗜肝DNA病毒。
2-病毒的增殖过程
DNA病毒的大多数在细胞核内合成DNA,装配过程亦在细胞核内 进行。 疱疹病毒、腺病毒和乳多空病毒的结构蛋白在胞浆内合成后迁 移到胞核内,并与已在胞核内合成的DNA装配成病毒核衣壳
某些病毒(疱疹病毒),很少释出于细胞外,而是通过细胞间或
融合细胞而传播 DNA病毒中只有痘病毒和虹彩病毒在细胞浆内合成DNA和病毒蛋白
2-病毒的增殖过程
第五类病毒具有单链RNA,但母代RNA不能直接呈现 mRNA的作用。 这种不带译制病毒蛋白信息的RNA,称为负链。 借助结合于病毒粒子上的依赖RNA的RNA聚合酶产生正链 的RNA,后者呈现mRNA的作用。 这类病毒包括副粘病毒、弹状病毒和正粘病毒(流感病毒可 能是正粘病毒中唯一具有转录酶活性的病毒)。 沙粒病毒和布尼病毒。
HIV
“隐蔽期”实际上是病毒增殖过程中最主要的阶段。 细胞在病毒遗传信息的控制下合成病毒的各种组成成 份及其所需的酶类(包括病毒核酸转录或复制时所需的 聚合酶) 最后是由新合成的病毒成分装配成完整的病毒粒子
2-病毒的增殖过程 动物病毒有7个基本转录和复制类型(根据病毒核酸)
第一类病毒具有双链DNA。
2-病毒的增殖过程
2-病毒的增殖过程
4.装配和释放 成熟—新合成的病毒核酸在感染细胞内进一步被修饰, 病毒蛋白亚单位以最佳物理方式形成衣壳。 装配—病毒核酸进入衣壳,形成完整病毒粒子。病毒的 装配效率甚低,常因核酸不能与衣壳有机地结合,形成 缺乏感染性的空壳病毒。 埃博拉 释放— ①由于细胞的生物合成被病毒阻断, 细胞发生变性及死亡,细胞自身的 溶解就将病毒释放出来。 ②某些不产生明显细胞病变的病毒的 释放方式,目前还不十分清楚。 ③小RNA病毒合成速度极快, 病毒粒子在胞浆内大量积聚, 在细胞死亡之前,就可胀破细胞,释放病毒。
3-病毒的不全增殖和缺损病毒
(2) 插入(重组)性缺损病毒: 以肿瘤病毒及λ噬菌体为典型。 这类缺损病毒并不简单地存在于细胞内,常以DNA形式整合 到宿主细胞DNA内。 许多缺损的肿瘤病毒均具有肿瘤基因,缺损病毒常将这部分 基因插入宿主细胞基因组,导致细胞转化和肿瘤发生。 (3) 卫星病毒: 以细小病毒科中的腺联病毒为典型。 这种缺损病毒的复制,需要腺病毒的同时感染。这类缺损病 毒同上述DI粒子类似,均需利用另一病毒的基因产物,才能 进行自身复制。 与DI粒子的不同点:这类病毒本身从结构上看并不缺损。另 外,辅助病毒是在结构上与其毫不相似的病毒。
②细胞吞饮病毒:
多瘤病毒,电镜下可以见到胞浆中吞噬小泡 内的病毒粒子。这是细胞吞饮异物的方式。
③病毒囊膜同细胞膜融合:
囊膜病毒,迅速导致囊膜与胞膜的融合,使核衣壳进入胞浆。流 感病毒 。
2-病毒的增殖过程
2.脱壳
包括脱囊膜和脱衣壳两个过程。
HIV
囊膜病毒,脱囊膜的过程就是上述侵入的过
程。 细胞表面囊膜脱落,如疱疹病毒
4-亚病毒
1967~1971年,美国病理学家迪纳(Diner)等在研究马铃薯 的纺锤形块茎病时发现一种比病毒还小的侵染性致病因子,它能 侵染,繁殖造成马铃薯病害,命名为类病毒(Viroid),其是一 裸露的侵染性RNA分子。类病毒只见于植物。 类病毒既是具有核酸结构与功能的生物大分子,又是宿主机体 内独立存在的小分子,在分子生物学以及生物起源的研究上具有 特殊重要意义。 自1971年以来,已正式报道和研究的类病毒至少13种。 还有一类被包裹在植物病毒粒子内部的类病毒,被称为拟病毒 。拟病毒含有两种RNA分子,一种和一般病毒中的类似,另一种 RNA分子与类病毒有相似的理化性质和结构,也是环状的。不过 这两种RNA分子单独都不表现致病性,只有联合起来才具有复制 和感染性。这种类似类病毒的RNA称之拟病毒(Virusoid)。