第二十八章 病毒的
结构
◆ 岳 华
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? 第一节 病毒的结构特征
? 第二节 病毒的化学组成
? 第三节 病毒的分类(略)
? 第四节 亚病毒因子
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? 自 1898年德国科学家 loeffer和 Frosch发
现口蹄疫的病原为病毒,揭开了动物病
毒学新篇章。
? 病毒在自然界广泛分布,人、动物、植
物、藻类、真菌和细菌都有病毒感染。
其中动物种类繁多,多数对动物有致病
性,导致疫病大流行,造成巨大损失。
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? 3000BC,埃
及孟非思壁画
中长老患小儿
麻痹症。
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第一节 病毒的结构特征
? 病毒以颗粒形式存在,具有一定形态、结
构和传染性,在电镜下才能观察。
? 病毒是一种无细胞结构、个体微小、只含
有一种核酸,只能在动物细胞内生长的微
生物。
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? 1、大小:病毒颗粒极微小,测定单位是 nm
(1/1000),用电镜才能看到。最大的为痘病毒
300nm,最小的为圆环病毒 17nm。
? 2、形态:球状、杆状、子弹状或多形态。
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? 3、结构:从内到外为核酸芯髓、衣壳、囊膜。
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病毒体结构模式图
壳粒 衣壳
核心(核样物)
核衣壳
包膜 包膜病毒
包膜子粒
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完整的病毒颗粒主要由核酸和蛋白质组成。
核酸构成病毒的基因组 (genome),为病毒的
复制、遗传和变异等功能提供遗传信息。由核
酸组成的芯髓 (core)被衣壳 (capsid)包裹,
衣壳与芯髓在一起组成核衣壳 (nucleocapsid)。
衣壳的成分是蛋白质,其功能是保护病毒的核
酸免受环境中核酸酶或其他影响因素的破坏,
并能介导病毒核酸进入宿主细胞。衣壳蛋白具
有抗原性,是病毒颗粒的主要抗原成分。
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? 衣壳系由一定数量的壳粒 (capsomere)组成。
每个壳粒又由一个或多个多肽分子组成。不同
种类的病毒衣壳所含的壳粒数目不同,是病毒
鉴别和分类的依据之一。
五邻体
六邻体
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? 有些病毒在核衣壳外面尚有 囊膜 (envelope)。
囊膜是病毒在成熟过程中从宿主细胞获得的,
含有宿主细胞膜或核膜的化学成分。
? 有的囊膜表面有突起,称为纤突( pike)或膜
粒 (peplomer)。囊膜与纤突构成病毒颗粒的表
面抗原,与宿主细胞嗜性、致病性和免疫原性
有密切关系。有囊膜的病毒称为 囊膜病毒
(enveloped virus),无囊膜的病毒称 裸露病
毒 (naked virus)。
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?核心:核酸 → 基因组 genome → 决定病毒遗传、变异
和复制
?壳粒 capsomere → 衣壳 capsid → 保护、介导、抗原性
?包膜 envelope,包膜子粒 peplomere(刺突 spike) → 保
护、介导、抗原性
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核衣壳的对称形式
螺旋对称型 二十面体立体对称型 复合对称 型
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? 螺旋状对称
? 壳粒呈螺旋形对
称排列, 中空,
见于弹状病毒,
正黏病毒 和副黏
病毒及多数杆状
病毒 。
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? 20面体对称 核衣壳形成球状结构,壳粒
排列成 20面体对称型式,有 20个等边三角形
构成 l2个顶,20个面,30个棱的立体结构。
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? 病毒颗粒顶角由 5个相
同的壳粒构成,称为五
邻体 (penton),而三角
形面由 6个相同壳粒组
成,称为六邻体 (hexon)
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? 复合对称型 其壳粒排列既有螺旋对称又
有立体对称的型式。痘病毒、噬菌体如此 。
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第二节 病毒的化学组成
? 病毒的化学组成包括三类物质,核酸, 蛋白质及脂
类与糖, 前两种是最主要的成分 。 病毒的核酸分
两大类, DNA或 RNA,二者不同时存在 。
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核 酸
? 可分单股 或双股,线状或环状,分节段 或不
分节段,分节段可称为多分子,不分节段则为单
分子。 DNA病毒多数为双股、线状,少数为双股环
状,或单股环状,如圆环病毒。 RNA病毒多数为单
股线状,不分节段,少数分节段,少数 RNA病毒为
双股线状,分节段,如呼肠孤病毒。
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流感病毒
的分阶段
RNA
Lambda
Bacterioph
age DNA
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? 按病毒学的惯例,把 mRNA的碱基序列作为标准,
凡与此相同的核酸称为正股,与其互补的则为
负股。 某些 RNA病毒如布尼病毒及砂粒病毒,
其单 RNA部分节段为负股,部分为正、负股,
称之为双向。
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传染性核酸 如把噬菌体或某些植物病毒的核
酸注入易感细胞内即能引起感染,并产生完整的
病毒颗粒。部分动物病毒也有这种现象,去除其
囊膜和衣壳,裸露的 DNA或 RNA也能感染细胞,这
样的核酸称为传染性核酸 (infectious nucleic
acid)。传染性核酸不分节段,其本身能作为 mRNA,
或者能利用宿主细胞的 RNA聚合酶转录病毒的 mrnA。
病毒核酸具有传染性这一事实证明,它贮藏病毒
的全部遗传信息。冠状病毒、微 RNA病毒、疱疹病
毒等都具有传染性核酸。
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蛋白质
? 由病毒核酸编码组成病毒的蛋白称结构
蛋白 (structural protein),约占病毒总重
量的 70%,少数低至 30%~ 0%。 病毒蛋
白质构成全部衣壳成分和囊膜的主要成
分, 具有保护病毒核酸的功能 。 衣壳蛋
白, 囊膜蛋白或纤突蛋白可特异地吸附
至易感细胞受体并促使病毒穿入细胞,
是决定病毒对宿主细胞嗜性的重要因素 。
病毒蛋白质是良好的抗原, 可激发机体
发生免疫应答 。
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? 非结构蛋白 (nonstructural protein) 是
指病毒组分之外的蛋白,在病毒复制过程中的
某些中间产物,具有酶的活性或其他功能。非
结构蛋白的作用近年来已逐步被了解。
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? 结构蛋白 组成病毒体的成分
衣壳蛋白
包膜蛋白
基质蛋白 —— 连接衣壳蛋白与包膜蛋白的部分,
有跨膜及锚定功能区
? 非结构蛋白
病毒内 —— 酶
感染细胞内 —— 特殊作用蛋白
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脂 质 与 糖
? 均来自宿主细胞 。 脂质主要存在于囊膜, 主要
是磷脂 (约 50%~ 60%),其次是胆固醇 (约 0%~
30%)。 用脂溶剂可去除囊膜中的脂质, 使病毒
失活 。 因此常用乙醚或氯仿处理病毒, 再检测
其活性, 以确定病毒是否有囊膜 。
? 糖类一般是以糖蛋白形式存在, 是某些病毒纤
突的成分, 如流感病毒的血凝素 ( H), 神经氨
酸苷酶 ( N) 等, 与病毒吸附细胞受体有关 。
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亚病毒因子包括卫星病毒、卫星 RNA、类病毒和
肮病毒。卫星病毒、卫星 RNA、类病毒和 DI颗粒的
性质比较如下,
第四节 亚病毒因子
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性 质 DI颗粒 卫星病毒 卫星 RNA 类病毒
依赖辅助病毒复制 是 是 是

特异性外壳壳体化 否 是 否

辅助病毒外壳壳体化 是 a 否 是

抑制辅助病毒复制 是 是 否
--
与辅助病毒序列同源性 是 否 b 否
--
在体内和体外 RNA的稳定性 低 低 高
高 a:因缺失部位而有所不同,脊髓灰质炎病毒 DIRNA能复制但不被壳体化
b:STMV因组的 3'端与辅助病毒有序列和结构的相似性
c:某些嵌合的卫星 RNA与其辅助病毒基因组有广泛的 3'序列同源性
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一、卫星病毒
它们都依赖辅助病毒提供复制酶进行复制,并
且都编码有壳体蛋白。
卫星病毒首先是在植物中发现,已知的植物卫
星病毒包括 STNV,STMV、卫星梭子花叶病毒和
卫星玉米白线花叶病毒等。植物卫星病毒对辅
助病毒的依赖性相当专一。例如除烟草坏死病
毒外,其他的植物病毒都不能辅助 STNV的复制
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二,卫星 RNA
卫星 RNA是指一些必须依赖辅助病毒进行复
制的小分子单链 RNA片段,它们被包装在辅助病
毒的壳体中,本身对于辅助病毒的复制不是必
需的,且它们与辅助病毒的基因组无明显的同
源性。
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卫星 RNA的生物活性
许多卫星 RNA能显著影响其辅助病毒在宿主中
所产生的症状,如南芥菜花叶病毒卫星 RNA能加
重 ArMV所引起的花叶和褪绿症状,但 TobRSV卫星
RNA能明显减轻 TobRSV在烟草上所引起的环斑症
状。
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有的病毒的不同毒株的卫星 RNA对辅助病毒
在宿主上引起的症状有不同的影响,而且同一
种卫星 RNA在不同宿主内对辅助病毒引起的症状
的影响也不相同。由于很多卫星 RNA能减轻辅助
病毒所引起的宿主症状,所以它们己被用来防
治植物病毒病害。
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三、类病毒
1971年 Diener首次报道,引起马铃薯纺锤形块
茎病的病原体是一种低相对分子质量 RNA,它没有
蛋白质外壳,在其感染的植物组织中也末发现病
毒样颗粒。这种小分子 RNA能在敏感细胞内自我复
制,并不需要辅助病毒。由于其结构和性质都与
已知的病毒不同,故 Diener等把它称做类病毒。
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迄今已鉴定的类病毒达 20多种,根据它们
是否含有中央保守区和核酶结构分为两个科,
马铃薯纺锤形块茎类病毒科含中央保守区,不
含核酶保守序列 ;而鲜梨白斑类病毒科没有中
央保守区,但有核酶保守序列、能够自我切割。
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四、朊病毒
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( CJD)、格 · 史氏综合症 (GSS)和致死性家族
失眼病( FFI),发生于动物中的羊搔痒症、貂的传
染性脑病( TME)、黑尾鹿与糜鹿的慢性消耗病以及
牛海绵状脑病。
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由于这类病原因子能引起人与动物的致死性
中枢神经系统疾病,并且它们具有不同于病毒的
生物学性质和理化性质,故一直引起人的极大的
兴趣,并以羊搔痒病为模型进行了大量的研究。
肮病毒在电镜下呈杆状颗粒,直径 25nm--200nm
(一般为 125--150nm)。总是呈丛状排列,每丛
大小和形状不一,多时可含 100个。
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1、朊病毒的理化性质
羊搔痒病因子无免疫原性 ;对紫外线、辐射、非
离子型去污剂、蛋白酶等能使病毒灭活的理化因子
有较强的抗性 ;高温、核酸酶,如烃胺、亚硝酸之类
的核酸变性剂都不能破坏其感染性; SDS、尿素、苯
酚之类的蛋白质变性剂都能使之失活。
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2· 朊病毒的结构
从羊搔痒病因子实验感染的仓鼠脑组织中分
离到一种相对分子质量 7× 104~3·0 × 104的蛋白
质。由于这种蛋白质可与搔痒病因子共纯化 ;其
浓度与搔痒病因子的传染性正相关 ;这种蛋白纯
化后具有传染性 ;并且其感染性可被中和抗体中
和,故将这种蛋白称做肮病毒蛋白( PrP )由于
该蛋白来源于羊搔痒病,故以 PrPsc表示。
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由于迄今末能证明它含有核酸,故多数人
认为羊搔痒病因子的化学本质是蛋白质。
Prusiner(1982)提出它们是一种蛋白质侵染颗
粒,并将之称做 Prion或 Virino即肮病毒 。
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朊 病毒的研究已取得很大进展,大量证据都
支持 Prusiner等提出的肮病毒仅由蛋白质组成,
且系由细胞蛋白 PrPc经翻译后修饰而转变为折叠
的病理形态 PrPse这一假说。但迄今为止仍有人认
为肮病毒含有很少量的核酸,所以对肮病毒的本
质,肮病毒的繁殖,肮病毒的传播方式及其致病
机理等问题还有待进一步阐明。
西南民族大学羊瘙痒病 PrPC与 PrPSC的三维结构
β折叠
PrPC(正常) PrPSC(致病)