第六章病毒病毒（Virus）是在19世纪末才被发现的一类微小病原体。随着研究的深入，现代病毒学家已把病毒这类非细胞生物分成真病毒(Euvirus，简称病毒）和亚病毒(subvirus)两大类：真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分非细胞生物《类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分亚病毒拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分脱病毒：只含单一蛋白质组分第一节病毒病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。在宿主体内时呈感染态（活细胞内专性寄生），依赖宿主的代谢系统获取能量、合成蛋自白质和复制核酸，然后通过核酸与蛋白质的装配而实现其大量紧殖：在离体条件下，它们能以无生命的生物大分子状态长期存在，并可保持其侵染活性。具体地说，病毒的特性有：①形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，故必须在电镜下才能观察：②没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种，故又称“分子生物”；③每一种病毒只含一种核酸，不是DNA就是RNA；既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分：③以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现其大量繁殖；③在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力；③对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；③有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。由子病毒是专性活细胞内的寄生物，因此，凡在有细胞的生物生存之处，都有与其相对应的病毒存在，这就是病毒种类多样性的原因。至今，各种生物中，都发现有各种相应的病毒存在。病毒与人类的关系密切，如病毒病；发酵工业中的噬菌体（细菌病毒)污染；生物防治剂：生物学基础研究和基因工程中的重要材料或工具。一、病毒的形态构造和化学成分(一)病毒的大小直径多数在100nm(20-200nm)上下，病毒、细菌和真菌个体直径比约为1：10：100。最大的病毒是直径为20onm的牛痘苗病毒(smllpox)，最小病毒之一是脊髓从质炎病毒(poliovirus)，其直径仅为28nm。(二)病毒的形态1.典型病毒粒的构造由于病毒是一类非细胞生物体，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样就产生了病毒粒或病毒体(virion)这个名词。病毒粒有时也称病毒颗粒或病毒粒子(virusparticle)，专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质。核酸位于它的中心，称为核心(core)或基因组（genome)），蛋白质包围在核心周围，形成了衣壳(capsid)。衣壳是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，有保护核酸等作用。衣壳是由许多亚单位(subunit)1
1 第六章 病毒 病毒（Virus）是在 19 世纪末才被发现的一类微小病原体。随着研究的深入，现代病毒 学家己把病毒这类非细胞生物分成真病毒(Euvirus，简称病毒)和亚病毒(subvirus)两大类： 第一节 病 毒 病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一 种只含 DNA 或 RNA 的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。在宿主体内 时呈感染态(活细胞内专性寄生)，依赖宿主的代谢系统获取能量、合成蛋白质和复制核酸， 然后通过核酸与蛋白质的装配而实现其大量繁殖；在离体条件下，它们能以无生命的生物大 分子状态长期存在，并可保持其侵染活性。 具体地说，病毒的特性有：①形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，故必须在电镜下 才能观察；②没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种，故又称“分子生物”；③ 每一种病毒只含一种核酸，不是 DNA 就是 RNA；④既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合 成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分；⑤以核酸和蛋 白质等“元件”的装配实现其大量繁殖；⑥在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态 存在，并可长期保持其侵染活力；⑦对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；⑧有些病毒 的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。 由子病毒是专性活细胞内的寄生物，因此，凡在有细胞的生物生存之处，都有与其相对 应的病毒存在，这就是病毒种类多样性的原因。至今，各种生物中，都发现有各种相应的病 毒存在。 病毒与人类的关系密切，如病毒病；发酵工业中的噬菌体(细菌病毒)污染；生物防治剂； 生物学基础研究和基因工程中的重要材料或工具。 一、病毒的形态构造和化学成分 (一)病毒的大小 直径多数在 100 nm(20-200 nm)上下，病毒、细菌和真菌个体直径比约为 1：10：100。最 大的病毒是直径为 200 nm 的牛痘苗病毒(smllpox)，最小病毒之一是脊髓从质炎病毒(polio virus)，其直径仅为 28nm。 (二)病毒的形态 1. 典型病毒粒的构造 由于病毒是一类非细胞生物体，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样就产生了病毒 粒或病毒体(virion)这个名词。病毒粒有时也称病毒颗粒或病毒粒子(virus particle)，专指成熟 的、结构完整的和有感染性的单个病毒。病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质。核酸位于它的 中心，称为核心(core)或基因组(genome)，蛋白质包围在核心周围，形成了衣壳(capsid)。衣 壳是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，有保护核酸等作用。衣壳是由许多亚单位(subunit)
衣壳粒（capsomere或capsomer)所构成。核心和衣壳合称核衣壳（nucleocapsid)，它是任何病毒（指“真病毒”）都具有的基本结构。有些较复杂的病毒，其核衣壳外还被一层含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜覆盖着，这层膜称为包膜(envelope)。包膜中的类脂来自宿主的细胞膜。有的包膜上还长有刺突(spike)等附属物。包膜的有无及其性质与该病毒的宿主专一性和侵入等功能有关。病毒粒的模式构造见图3-1。森森）核衣先衣壳粒（1I）二十面体对称病毒包膜衣壳粒衣壳l核衣壳0O00000OOOOO核酸丁包膜(2)螺旋对称病毒图3-1失病毒粒的模式构造2.病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制只有两种，即螺旋对称和二十面体对称（等轴对称）：另一些结构较复杂的病毒，实质上是上述两种对称相结合的结果，故称作复合对称。杆状：烟草花叶病毒（TMV）等无包膜，丝状：大肠杆菌的1、ft、M13噬菌体等螺旋对称卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等有包膜弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等小型：脊髓灰质炎病毒，X174菌体等对称体制无包膜大型：腺病毒等二十面体对称有包膜：疱疹病毒等无包膜：大肠杆菌的T偶数噬菌体（蝌料状）等复合对称有包膜：痘病毒（砖块状）3.病毒的群体形态病毒粒虽是无法用光镜观察的亚显微颗粒，但当它们大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光镜加以观察和识别的特殊“群体”，例如动、植物细胞中的病毒包涵体(inclusionbody)：有的还可用肉眼观察，例如由噬菌体在菌苔上形成的“负菌落”即噬菌班(Plague)，由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的空斑(plaque)，以2
2 ——衣壳粒(capsomere 或 capsomer)所构成。核心和衣壳合称核衣壳(nucleocapsid)，它是任 何病毒(指“真病毒”)都具有的基本结构。有些较复杂的病毒，其核衣壳外还被一层含蛋白 质或糖蛋白的类脂双层膜覆盖着，这层膜称为包膜(envelope)。包膜中的类脂来自宿主的细 胞膜。有的包膜上还长有刺突(spike)等附属物。包膜的有无及其性质与该病毒的宿主专一性 和侵入等功能有关。病毒粒的模式构造见图 3-1。 2．病毒粒的对称体制 病毒粒的对称体制只有两种，即螺旋对称和二十面体对称(等轴对称)；另一些结构较复 杂的病毒，实质上是上述两种对称相结合的结果，故称作复合对称。 3．病毒的群体形态 病毒粒虽是无法用光镜观察的亚显微颗粒，但当它们大量聚集并使宿主细胞发生病变 时，就形成了具有一定形态、构造并能用光镜加以观察和识别的特殊“群体”，例如动、植物 细胞中的病毒包涵体(inclusion body)；有的还可用肉眼观察，例如由噬菌体在菌苔上形成的 “负菌落”即噬菌班(P1ague)，由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的空斑(plaque)，以
及由植物病毒在植物叶片上形成的枯斑(lesion，病斑)等。病毒的这类“群体形态”有助于对病毒的分离、纯化、鉴别和计数等实际工作。（三）3类典型形态的病毒及其代表1.螺旋对称的代表一一烟草花叶病毒烟草花叶病毒简称TMV(tobacomosaicvirus)，螺旋对称的典型代表（图3—2)。-蛋白质亚基T4(衣壳粒)2.3病毒RNA10图3-2烟草花叶病毒的模式构造（单位为nm）TMV外形直杆状，长300nm，宽15nm：中空（内径为4nm）。由95%衣壳蛋白和5%单链RNA(ssRNA)组成。衣壳含2130个皮鞋状的蛋白亚基即衣壳粒。每个亚基含158个氢基酸，相对分子质量为17500。亚基以逆时针方向作螺旋状排列，共围130圈（每圈长2.3nm，有16.33个亚基）。SsRNA由6390个核者酸构成，相对分子质量为2X10%，它位于距轴中心4nm处以相等的螺距盘绕于蛋白质外壳内，每3个核苷酸与1个蛋白质亚基相结合，因此，每圈49个核苷酸。由于其核酸有合适的蛋白质衣壳包裹和保护，故结构十分稳定，甚至在室温下放置50年后仍不丧失其侵染力。2.二十面体对称的代表一一腺病毒腺病毒（Adenovirus)是一类动物病毒，1953年首次从手术切除的小儿扁桃体中分离到，至今已发现有100余种，能侵染哺乳动物或禽类等动物。主要侵染呼吸道、眼结膜和淋巴组织，是急性咽炎、咽结膜炎、流行性角膜结膜炎和病毒性肺炎等的病原体。腺病毒的外形呈“球状”，实质上却是一典型的二十面体。没有包膜，直径为70-80nm（图3-3)。它有12个角、20个面和30条棱。衣壳由252个衣壳粒组成，包括称作五邻体(penton)的衣壳粒12个(分布在12个顶角上)，以及称作六邻体(hexon)的衣壳粒240个(均匀分布在20个面上)。每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维，称为刺突(spike)。腺病毒的核心是由36500bP(碱基对)的线状双链DNA(dsDNA)构成。3
3 及由植物病毒在植物叶片上形成的枯斑(lesion，病斑)等。病毒的这类“群体形态”有助于 对病毒的分离、纯化、鉴别和计数等实际工作。 （三）3 类典型形态的病毒及其代表 1．螺旋对称的代表——烟草花叶病毒 烟草花叶病毒简称 TMV(tobaco mosaic virus)，螺旋对称的典型代表(图 3—2)。 TMV 外形直杆状，长 300 nm，宽 15nm，中空(内径为 4nm)。由 95％衣壳蛋白和 5％单 链 RNA(ssRNA)组成。衣壳含 2130 个皮鞋状的蛋白亚基即衣壳粒。每个亚基含 158 个氨基 酸，相对分子质量为 17500。亚基以逆时针方向作螺旋状排列，共围 130 圈(每圈长 2．3nm， 有 16.33 个亚基)。ssRNA 由 6390 个核苷酸构成，相对分子质量为 2×106，它位于距轴中心 4nm 处以相等的螺距盘绕于蛋白质外壳内，每 3 个核苷酸与 1 个蛋白质亚基相结合，因此， 每圈 49 个核苷酸。 由于其核酸有合适的蛋白质衣壳包裹和保护，故结构十分稳定，甚至在室温下放置 50 年后仍不丧失其侵染力。 2．二十面体对称的代表——腺病毒 腺病毒(Adenovirus)是一类动物病毒，1953 年首次从手术切除的小儿扁桃体中分离到， 至今已发现有 100 余种，能侵染哺乳动物或禽类等动物。主要侵染呼吸道、眼结膜和淋巴组 织，是急性咽炎、咽结膜炎、流行性角膜结膜炎和病毒性肺炎等的病原体。 腺病毒的外形呈“球状”，实质上却是一典型的二十面体。没有包膜，直径为 70-80 nm(图 3-3)。它有 12 个角、20 个面和 30 条棱。衣壳由 252 个衣壳粒组成，包括称作五邻体 (penton)的衣壳粒 12 个(分布在 12 个顶角上)，以及称作六邻体(hexon)的衣壳粒 240 个(均匀 分布在 20 个面上)。每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维，称为刺突(spike)。腺 病毒的核心是由 36500bP(碱基对)的线状双链 DNA(ds DNA)构成
图3-3腺病毒的结构模型3.复合对称的代表一T偶数噬菌体E.coli的T偶数(eventype)噬菌体共有3种，即T2、T4和T6。它们是病毒学和分子遗传学基础理论研究中的极好材料。由于它们的结构极其简单，因此是人类研究得最为透彻的生命对象之一。由图3-4可知，T4由头部(head)、颈部(neck)和尾部(tail)3部分构成。由于头部呈二十面体对称，而尾部呈螺旋对称，故是一种复合对称结构。其头部长95nm，宽65nm，电镜下呈椭圆形二十面体，衣壳由8种蛋白质组成，总含量占76%-81%，它们由212个直径为6nm的衣壳粒组成。头部内有由线状dsDNA构成的核心，长度约50μm，为其头长的650倍，由1.7X105bp构成。头、尾相连处有一构造简单的颈部，包括颈环和颈须2部分。颈环为一六角形的盘状构造，直径37.5nm，其上长有6根颈须，用以裹住吸附前的尾丝。尾部由尾鞘（tail-sheath）、尾管(tail-tube)、基板(base-plate）、刺突(tailpins)和尾丝(tailfibers)5部分组成。尾鞘长95nm，是一个由144个相对分子质量各为55000的衣壳粒缠绕而成的24环螺旋。尾管长95nm：直径为8mm：其中央7L道直径为2.5-3.5mm：是头部核酸基因组)注入宿主细胞时的必经之路。尾管亦由24环螺旋组成，恰好与尾鞘上的24个螺旋环相对应。基板与颈环一样，为一有中央孔的六角形盘状物，直径为3.5nm，上长6个刺突和6根尾丝。刺突长为20nm，有吸附功能。尾丝长140nm.折成等长的2段，直径仅2nm。它由2种相对分子质量较大的蛋白质和4种相对分子质量较小的蛋白质分子构成，能专一地吸附在敏感宿主细胞表面的相应受体上。T4通过尾丝吸附于宿主E.coli表面；吸附后，由于基板受到构象上的刺激，中央孔开口，释放溶菌酶并水解部分细胞壁，接着尾鞘蛋白收缩，把尾管插入宿主细胞中。4
4 3．复合对称的代表——T 偶数噬菌体 E.coli 的 T 偶数(even type)噬菌体共有 3 种，即 T2、T4 和 T6。它们是病毒学和分子遗 传学基础理论研究中的极好材料。由于它们的结构极其简单，因此是人类研究得最为透彻的 生命对象之一。 由图 3-4 可知，T4 由头部(head)、颈部(neck)和尾部(tail)3 部分构成。由于头部呈二十面 体对称，而尾部呈螺旋对称，故是一种复合对称结构。其头部长 95nm，宽 65nm，电镜下 呈椭圆形二十面体，衣壳由 8 种蛋白质组成，总含量占 76％-81％，它们由 212 个直径为 6nm 的衣壳粒组成。头部内有由线状 dsDNA 构成的核心，长度约 50 µm，为其头长的 650 倍， 由 1.7×105bp 构成。头、尾相连处有一构造简单的颈部，包括颈环和颈须 2 部分。颈环为 一六角形的盘状构造，直径 37.5nm，其上长有 6 根颈须，用以裹住吸附前的尾丝。尾部由 尾鞘(tail-sheath)、尾管(tail-tube)、基板(base-plate) 、刺突(tail pins)和尾丝(tail fibers)5 部分 组成。尾鞘长 95nm，是一个由 144 个相对分子质量各为 55000 的衣壳粒缠绕而成的 24 环螺 旋。尾管长 95nm，直径为 8nm，其中央 7L 道直径为 2.5-3.5nm，是头部核酸(基因组)注入 宿主细胞时的必经之路。尾管亦由 24 环螺旋组成，恰好与尾鞘上的 24 个螺旋环相对应。基 板与颈环一样，为一有中央孔的六角形盘状物，直径为 3.5nm，上长 6 个刺突和 6 根尾丝。 刺突长为 20 nm，有吸附功能。尾丝长 140 nm．折成等长的 2 段，直径仅 2nm。它由 2 种 相对分子质量较大的蛋白质和 4 种相对分子质量较小的蛋白质分子构成，能专一地吸附在敏 感宿主细胞表面的相应受体上。 T4 通过尾丝吸附于宿主 E.coli 表面；吸附后，由于基板受到构象上的刺激，中央孔开 口，释放溶菌酶并水解部分细胞壁，接着尾鞘蛋白收缩，把尾管插入宿主细胞中
42收缩鞘65nT基板头部95nm33颈环伸展的尾销(24环）95nm收缩的尾鞘中空的核心（12环）刺突120nm尾丝细菌细胞被膜扩张的基板图3-4K.coli的T4噬菌体模式图左：游离的噬菌体粒了，中：尾部的4处横切面，右：尾销收缩和尾管穿人细菌细胞壁（四）病毒的核酸核酸构成了病毒的基因组(genome)，它是病毒粒中最重要的成分，具有遗传信息的载体和传递体的作用。病毒核酸的种类很多，是病毒系统分类中最可靠的分子基础，主要有以下几个指标：①是DNA还是RNA；②是单链（singlestrand，ss，或称单股）还是双链(doublestrand，ds，或称双股)：③呈线状还是环状；④是闭环还是缺口环：③基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子：③核酸的碱基(b，base)或碱基对(basepair，bp)数，以及核苷酸序列等。病毒的核酸类型（表3-1）多种多样。动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA为多，植物病毒以ssRNA为主，噬菌体以线状的dsDNA后多，真菌病毒多属于dsRNA病毒。表3-1若干有代表性病毒的核酸类型病毒代表核酸类型动物病毒植物病毒微生物病毒细小病毒线状待发现玉米条纹病毒等H-1(5 176 bp)等SSDNAE.coli的$X174环状待发现待发现和M13噬菌体等DNA单纯疱疹病毒.coli的T系和入线状待发现(1型，152260bp）等(48514bp）晚菌体等dsDNA強猴病毒40花柳菜花叶病毒铜绿假单胞菌的环状(SV40,5224bp)等(8 025 bp)等PM2噬菌荫体等脊髓灰质炎病毒虹豆花叶病毒（2个E.coli的MS2线状SSRNA（7433bp）.艾滋病毒等不同分子共9370bp）等和B噬菌体等RNA呼肠摄病毒（3型，10个各种真菌病毒及假单dsRNA线状玉米矮缩病毒等不同分子共23549bp）等胞菌的6噬菌体等4类病毒及其繁殖方式病毒的种类很多，它们的繁殖方式既有共性又有各自的特点，现以研究得最为深入的E.coli偶数噬菌体为代表，系统地阐述其繁殖过程，再简单地介绍其他病毒的繁殖特点。5
5 （四）病毒的核酸 核酸构成了病毒的基因组(genome)，它是病毒粒中最重要的成分，具有遗传信息的载体 和传递体的作用。病毒核酸的种类很多，是病毒系统分类中最可靠的分子基础，主要有以下 几个指标：①是DNA还是 RNA；②是单链(single strand，ss，或称单股)还是双链(double strand， ds，或称双股)；③呈线状还是环状；④是闭环还是缺口环；⑤基因组是单分子、双分子、 三分子还是多分子；⑥核酸的碱基(b，base)或碱基对(base pair，bp)数，以及核苷酸序列等。 病毒的核酸类型（表 3-1）多种多样。动物病毒以线状的 dsDNA 和 ssRNA 为多，植物 病毒以 ssRNA 为主，噬菌体以线状的 dsDNA 后多，真菌病毒多属于 dsRNA 病毒。 二、4 类病毒及其繁殖方式 病毒的种类很多，它们的繁殖方式既有共性又有各自的特点，现以研究得最为深入的E.coli 偶数噬菌体为代表，系统地阐述其繁殖过程，再简单地介绍其他病毒的繁殖特点