1、第三章 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu),弄清病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，對(duì)病毒的分類(lèi)、起源及應(yīng)用研究有重要意義。,一、 病毒的大小,第一節(jié) 病毒的形態(tài)與大小,病毒的大小一般用nm表示，各種病毒的大小差別很大，最大的病毒子約為300nm(痘病毒)；最小的病毒約為20nm( 口蹄疫病毒、乙腦病毒)。,測(cè)量單位為納米（nm,為1/1000m） 150nm 大型病毒（最大300 nm）,微生物的大小比較,A,B,D,F,1、電子顯微鏡測(cè)量法：可觀察病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)，測(cè)量病毒體的大?。?2、超過(guò)濾法：使用超濾膜的濾孔，估計(jì)病毒顆粒的大小； 3、超速離心沉淀法：根據(jù)病毒的沉降速度推算病毒的分子量與大小。 由于測(cè)定方法和條件不同，或者

2、因病毒本身是否有包膜等因素，同一種病毒大小報(bào)道有差異,研究病毒大小的方法,光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.25微米，而電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡搞1000倍。,二、病毒的形態(tài)特征,、病毒的個(gè)體形態(tài) 病毒的個(gè)體極其微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它們卻是形態(tài)各異，豐富多彩。,1、光學(xué)顯微鏡：僅用于大病毒顆粒（如痘類(lèi)病毒）和病毒包涵體的檢查。 2、電子顯微鏡檢查法： （1）電鏡直接檢查法 某些病毒感染的早期，臨床標(biāo)本中就可出現(xiàn)病毒顆粒。標(biāo)本經(jīng)粗提濃縮后用磷鎢酸鹽負(fù)染，電鏡下直接觀察，可發(fā)現(xiàn)病毒顆粒，獲得診斷。 （2）免疫電鏡檢查法 將病毒標(biāo)本制成懸液，加入特異性抗體、混勻，使標(biāo)本中的病毒顆粒凝集成團(tuán)，再用電鏡觀察，

3、可提高病毒的檢測(cè)率。本法比電鏡直接檢查法更特異，更敏感。 3、X線晶體衍射法 根據(jù)X線衍射圖譜，用數(shù)學(xué)方式處理來(lái)研究病毒結(jié)構(gòu)亞單位和分子結(jié)構(gòu)等。但標(biāo)本必須為結(jié)晶，可用于無(wú)包膜病毒的研究。,病毒形態(tài)的研究方法,病毒的個(gè)體形態(tài),病毒的個(gè)體形態(tài)特征可被歸納為球狀、磚形、桿狀或絲狀、彈狀、蝌蚪狀等。,1球形 (Sphericity) 大多數(shù)人類(lèi)和動(dòng)物病毒為球形，如脊髓灰質(zhì)炎病毒、皰疹病毒及腺病毒等。電子顯微鏡和X射線衍射表明，大多數(shù)球狀病毒時(shí)有核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成的二十面體，核酸在蛋白質(zhì)外殼的包裹中，或者外面還有囊膜，囊膜上一般都有突起結(jié)構(gòu)。 2桿狀或絲形 (Filament) 多見(jiàn)于植物病毒，如煙草花葉

4、病病毒等。還有昆蟲(chóng)桿狀病毒。人類(lèi)某些病毒（如流感病毒）有時(shí)也可形成絲形。,3彈形(Bullet-shape)形似子彈頭，如狂犬病病毒等，其他多為植物病毒。 4磚形 (Brick-shape)如痘病毒（無(wú)花病毒、牛痘苗病毒等）。其實(shí)大多數(shù)呈卵圓形或“菠蘿形”。 5蝌蚪形(Tadpole-shape)由一卵圓形的頭及一條細(xì)長(zhǎng)的尾組成，如噬菌體。,雞痘病毒,不同形態(tài)的病毒顆粒。 A, B, C. 球狀（分別為皰疹病毒，昆蟲(chóng)多角體病毒和流感病毒；D. 桿狀（煙草花葉病毒）；E. 噬菌體（T4噬菌體）；F, G. 多面體（分別為腺病毒和脊髓灰質(zhì)炎病毒）,病毒的群體形態(tài),病毒感染宿主細(xì)胞后，可形成由大量病

5、毒粒子和蛋白質(zhì)構(gòu)成的病毒群體：包涵體、噬菌斑、空斑、病斑和枯斑。,噬菌斑,第二節(jié) 病毒的組成和功能,病毒體(virion): 一個(gè)成熟有感染性的病毒顆粒稱(chēng)“病毒體”，又稱(chēng)病毒粒、病毒顆粒、病毒粒子。,一、病毒的化學(xué)組成,核心位于病毒體的中心，由一種類(lèi)型的核酸構(gòu)成，含DNA的稱(chēng)為DNA病毒。含RNA的稱(chēng)為RNA病毒。,病毒的組成,基本上成熟的病毒粒子都是由蛋白質(zhì)和核酸構(gòu)成，但類(lèi)病毒僅僅以核酸形式存在，而朊病毒以蛋白質(zhì)形式存在。 它像個(gè)燈泡，玻璃部分是蛋白質(zhì)外殼，燈絲部分就是那萬(wàn)惡的核酸！,核心：核酸 基因組genome 決定病毒遺傳、變異 和復(fù)制 殼粒capsomere 衣殼capsid 保護(hù)、

6、介導(dǎo)、抗原性 包膜envelope，包膜子粒peplomere（刺突spike） 保 護(hù)、介導(dǎo)、抗原性,第二節(jié) 病毒的核酸與蛋白質(zhì),二、病毒核酸及其功能,1.病毒的核酸,一種病毒只含有一種核酸（DNA或RNA）。 植物病毒絕大多數(shù)含RNA;少數(shù)含DNA ； 動(dòng)物病毒一部分含DNA，一部分含RNA； 細(xì)菌病毒普遍含DNA，含RNA的極少。,病毒的DNA與RNA有單鏈、雙鏈或環(huán)狀，DNA病毒核酸多為雙股（細(xì)小病毒等除外），RNA病毒核酶酸多為單股（呼腸孤病毒等除外）,病毒的核酸類(lèi)型多樣化：,病毒的核酸大小,核酸的含量,不同種類(lèi)的病毒核酸含量有較大的差別，流感病毒的核酸不到病毒顆粒質(zhì)量的1%，T偶數(shù)

7、噬菌體的核酸約占病毒顆粒的一半甚至更多，一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的病毒有較多的核酸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的病毒有較少的核酸。,2、核酸的功能,控制病毒的遺傳和變異 核酸蘊(yùn)藏著病毒遺傳信息，若用酚或其他蛋白酶降解劑去除病毒的蛋白質(zhì)衣殼，提取核酸并轉(zhuǎn)染或?qū)胨拗骷?xì)胞，可產(chǎn)生與親代病毒生物學(xué)性質(zhì)一致的子代病毒。 控制病毒增殖 編碼病毒結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白 大型病毒的核酸分子量相對(duì)大，能編碼病毒的全部結(jié)構(gòu)蛋白和病毒復(fù)制所需的許多酶 小病毒的核酸分子小，可能不編碼這些酶，因此復(fù)制時(shí)要宿主細(xì)胞提供,具有感染性 將提純的病毒核酸（如腸道病毒RNA）如加至活細(xì)胞可以啟動(dòng)病毒復(fù)制從而感染細(xì)胞。從感染細(xì)胞中可以獲得子代完整病毒顆粒。

8、 逆轉(zhuǎn)錄性 一些病毒顆粒中含逆轉(zhuǎn)錄酶，可以將病毒RNA逆轉(zhuǎn)成DNA，并進(jìn)而生成mRNA。,三、病毒蛋白質(zhì)及其功能,1、病毒蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu)蛋白(structural protein),非結(jié)構(gòu)蛋白(non-structural protein),構(gòu)成一個(gè)完整的、形態(tài)成熟的病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì)。包括粒殼蛋白、包膜蛋白等。,由病毒基因組所編碼的,但并不結(jié)合于病毒顆粒中的蛋白質(zhì),如復(fù)制酶和裝配酶等,（1）形成保護(hù)性的外殼； （2）與病毒的構(gòu)型有關(guān)； （3）感染細(xì)胞多需要病毒顆粒表面蛋白與細(xì)胞表 面受體發(fā)生特異的吸附或結(jié)合； （4）參與核酸的轉(zhuǎn)錄、調(diào)控、加工和復(fù)制過(guò)程； （5）多數(shù)組成病毒的蛋白或糖蛋白、

9、脂蛋白都具有抗原性，進(jìn)入動(dòng)物機(jī)體內(nèi)能誘導(dǎo)產(chǎn)生抗體。 （6）特殊功能的病毒蛋白如：血凝素，能凝集某些動(dòng)物的紅細(xì)胞，稱(chēng)為紅細(xì)胞凝集作用。,2、病毒蛋白質(zhì)的功能：,四、病毒脂質(zhì)及其功能,許多病毒的包膜內(nèi)存在有脂類(lèi)化合物，如磷脂、脂肪酸、甘油三酸脂和膽固醇等。這些脂類(lèi)幾乎都是由病毒粒子在細(xì)胞內(nèi)成熟，在細(xì)胞膜處以出芽方式釋放，直接從寄主細(xì)胞膜上得到囊膜。有囊膜的病毒粒子若用乙醚等有機(jī)溶劑處理可喪失感染性，正成為研究是否存在囊膜結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)方法和證據(jù)。 病毒脂類(lèi)的存在可能與病毒的吸附和侵入有關(guān)。,五、病毒糖類(lèi)及其他成分,除病毒的核酸中所含戊糖外。有包膜病毒中碳水化合物以寡糖側(cè)鏈的形式與蛋白質(zhì)結(jié)合形成包膜糖蛋

10、白。,在某些動(dòng)物、植物病毒中存在多胺類(lèi)有機(jī)陽(yáng)離子，包括丁二胺、亞精胺、精胺等，它們大都結(jié)合于病毒核酸，對(duì)核酸的構(gòu)型有一定影響。在某些病毒的病毒體中，還發(fā)現(xiàn)有其它的小分子量組分，如ATP，對(duì)噬菌體尾鞘收縮提供能量。大多數(shù)病毒粒子中都含有金屬離子，主要是結(jié)合在病毒的核酸上。,第三節(jié)、病毒顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,病毒體結(jié)構(gòu)模式圖,殼粒,衣殼,核心（核樣物）,核衣殼,包膜,包膜病毒,包膜子粒,形態(tài)與何有關(guān)？,衣殼(capsid):,在核酸的外面緊密包繞著一層蛋白質(zhì)外衣，即病毒的“衣殼”。,1.化學(xué)組成:衣殼是由許多“殼微粒 (Capsomere)”按一定幾何構(gòu)型集結(jié)而成，殼微粒在電鏡下可見(jiàn)，是病毒衣殼的

11、形態(tài)學(xué)亞單位，它由一至數(shù)條結(jié)構(gòu)多肽能成。,衣殼的排列,根據(jù)殼微粒的排列方式將病毒構(gòu)形區(qū)分為： 螺旋對(duì)稱(chēng)，殼粒以病毒核酸為軸心，呈螺旋規(guī)則地重復(fù)排列，如正粘病毒，副粘病毒及彈狀病毒等 立體對(duì)稱(chēng)型，形成20個(gè)等邊三角形的面，12個(gè)頂和30條棱，如腺病毒、脊灰病毒 復(fù)合對(duì)稱(chēng)，同時(shí)具有兩種對(duì)稱(chēng)性的病毒，如痘病毒和噬菌體。,核衣殼的對(duì)稱(chēng)形式Symmetry of Nucleocapsid 螺旋對(duì)稱(chēng)型（Helical Symmetry） 二十面體立體對(duì)稱(chēng)型（ Icosahedral Symmetry ） 復(fù)合對(duì)稱(chēng) 型（Complex Symmetry ）,螺旋對(duì)稱(chēng),二十面體對(duì)稱(chēng),復(fù)合對(duì)稱(chēng),RNA or D

12、NA,Protein Coat (Capsomers),Lipid envelope,螺旋對(duì)稱(chēng)型（Helical Symmetry） 呈螺旋對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，螺旋殼體以一定的螺旋長(zhǎng)度、螺旋直徑、螺距、及每一螺旋轉(zhuǎn)上的蛋白質(zhì)亞基數(shù)目沿中心軸呈螺旋排列。 外觀呈桿狀或絲狀。,RNA,殼粒,螺旋對(duì)稱(chēng),殼粒沿病毒基因螺旋對(duì)稱(chēng)排列，形成桿狀的核衣殼，如煙草花葉病毒、狂犬病病毒、正粘和副粘病毒。 煙草花葉病毒為桿狀； 狂犬病病毒為彈狀； 正粘病毒（流感病毒）和副粘病毒為多形性結(jié)構(gòu)，且有包膜。,豬水泡性口炎病毒 狂犬病病毒,螺旋對(duì)稱(chēng)病毒模式圖,有包膜螺旋對(duì)稱(chēng)的病毒 埃博拉病毒：在柔性的螺旋對(duì)稱(chēng)纖維外面覆以包膜,有包

13、膜螺旋對(duì)稱(chēng)的病毒 副粘病毒(Nipahvirus)：螺旋對(duì)稱(chēng)的病毒核衣殼纏繞成團(tuán)，外覆以包膜。,有包膜螺旋對(duì)稱(chēng)的病毒 麻疹病毒（副粘病毒）,有包膜螺旋對(duì)稱(chēng)的病毒 流感病毒：RNA基因組分成8個(gè)片段，它們分別形成螺旋對(duì)稱(chēng)核衣殼，然后聚集在一起，外覆以包膜,二十面體對(duì)稱(chēng),殼粒排列形成20面體對(duì)稱(chēng)型，有12個(gè)頂、20個(gè)面和30條棱的立體結(jié)構(gòu)，包裹核酸形成球狀或近似球狀的結(jié)構(gòu)。20面體的每個(gè)面都是等邊三角形，由許多殼粒鑲嵌組成，見(jiàn)于多數(shù)球狀病毒。 腸道病毒中的脊髓灰質(zhì)炎病毒、手足口病毒都是20面體對(duì)稱(chēng)球形。,二十面體對(duì)稱(chēng)殼體,之所以是二十面體對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，而不是其他正方體、正八面體或十二面體等的原因有兩個(gè)

14、：第一，一定表面積的立體對(duì)稱(chēng)體，二十面體容積最大，可以裝更多的核酸遺傳物質(zhì)；第二，相同的容積，構(gòu)成多面體的每個(gè)單位面積以二十面體最小，構(gòu)成最小面積所需的蛋白質(zhì)亞基可少些。,這是一種動(dòng)物病毒 外形呈典型的二十面體 有12個(gè)角、20個(gè)面和30條棱 核心是線狀雙鏈DNA（dsDNA） 只能培養(yǎng)在人的組織細(xì)胞上 能使宿主細(xì)胞形成包涵體,二十面體的特點(diǎn)： 容量大 接近球形 對(duì)稱(chēng)性好 5-3-2對(duì)稱(chēng),雙層、多層二十面體衣殼,輪狀病毒,椰菜花葉病毒(Caulimovirus),雙層、多層二十面體衣殼,包膜病毒 許多動(dòng)物病毒具有包膜,皰疹病毒,包膜病毒 乙型肝炎病毒（HBV）,包膜病毒 人免疫缺陷病毒（HIV

15、） 衣殼形成時(shí)為二十面體，在病毒粒子包裝成熟時(shí)“塌陷”成楔狀,病毒衣殼的二十面立體對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),復(fù)合對(duì)稱(chēng),病毒體的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其殼粒排列既有螺旋對(duì)稱(chēng)，又有立體對(duì)稱(chēng)的形式，如痘病毒和噬菌體。,復(fù)合對(duì)稱(chēng)殼體,病毒殼體既有二十面體對(duì)稱(chēng)部分，又有螺旋對(duì)稱(chēng)部分，如T偶數(shù)噬菌體的頭部是變形的二十面體結(jié)構(gòu)，而尾部的尾鞘和尾管等都是呈螺旋對(duì)稱(chēng)。有些病毒的囊膜內(nèi)是二十面體對(duì)稱(chēng)的殼體，而殼體內(nèi)還有成螺旋對(duì)稱(chēng)的核糖核蛋白，如反轉(zhuǎn)錄病毒。還有些病毒為多層殼體，如呼腸孤病毒，兩層二十面體對(duì)稱(chēng)內(nèi)外殼。,Enveloped Virus,Naked Virus,Cubic,Helical,病毒的對(duì)稱(chēng)體制,衣殼的功能,保護(hù)核酸免受核酸酶及其他理化因素的破壞； 可作為病毒鑒定及分類(lèi)的依據(jù)； 決定病毒感染細(xì)胞的種類(lèi)； 衣殼蛋白具有抗原性，可誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生特異性免疫。 病毒的核酸與衣殼組成核衣殼，最簡(jiǎn)單的病毒就是裸露的核衣殼，如脊髓灰質(zhì)炎病毒等。有包膜的病毒核衣殼又稱(chēng)為核心。,腺病毒的頂點(diǎn)上有12根刺突，與病毒的血凝性和侵入宿主細(xì)胞有關(guān)。,輔助結(jié)構(gòu)包膜,為包裹在病毒衣殼外的一層脂質(zhì)雙層膜。有些病毒的包膜表面有刺突。 化學(xué)組成