病 毒

一、病毒的大小与形态

    病毒的个体非常微小，测量单位为 nm 。大小可采用不同方法进行研究：电子显微镜法、分级过滤法、电泳法等。研究结果表明大多数病毒比细菌小得多，但比多数蛋白质分子大，而且病毒的大小相差很远。最大的病毒如痘病毒直径达 200nm 以上，最小的病毒如菜豆畸矮病毒的直径只有 9-11nm 左右。

    病毒的形态有球形、卵圆形、砖形、杆状、丝状及蝌蚪状等。其中动物病毒多为：球形、卵圆形或砖形，如疱疹病毒、流感病毒。植物病毒多为杆状、丝状，如烟草花叶病毒、马铃薯丫病毒。细菌病毒多为蝌蚪状，如噬菌体。

    病毒虽然是无法用光学显微镜观察的，但当它们大量集在一起并使宿主细胞发生病变时，就可用光学显微镜加以观察，例如动、植物细胞中的包涵体以及噬菌体的噬菌斑。

    病毒感染寄主细胞后，所形成的在光学显微镜下可见的小体，称为包涵体。它属于蛋白质性质，呈圆形、卵圆形或不定形。它们多数位于细胞质内，具嗜酸性，如天花病毒。少数位于细胞核内，具嗜碱性，如疱疹病毒。也有在细胞质和细胞核内都同时存在的，如麻疹病毒。有的包涵体还给予了特殊的名称，如天花病毒包涵体叫顾氏小体；狂犬病毒包涵体叫内基小体；烟草花叶病毒包涵体叫 X 小体。昆虫病毒形成的包涵体称多角体。

    在实践上，病毒的包涵体主要有两类应用：①用于病毒病的诊断。②用于生物防治。

    噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，连续重复感染使大量的细菌死亡，这样在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不长细菌的小圆斑，这些圆斑由无数个噬菌体粒子组成的群体，称为噬菌斑。

    人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的动物病毒群体，称为空斑。

    单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生，形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。

    烟草花叶病毒感染烟草后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶，称为枯斑。

 

二、病毒的化学组成

    病毒的化学组成因种而异：大多数病毒由核酸和蛋白质组成，有些结构复杂的病毒还有脂类、多糖和少量的酶。

1. 核酸 一种病毒只含有一种核酸 (DNA OR RNA) ，动物病毒有些为 DNA 、有的为 RNA 。植物病毒多为 RNA ，少数为 DNA 。噬菌体多属 DNA ，属于 RNA 。

   核酸有单链和双链之分，在一般细胞型生物细胞中， DNA 往往是双链，而 RNA 是单链。可是病毒情况较为复杂。

动物病毒： DNA-ds* 、 DNA-ss 、 RNA-ds 、 RNA-ss

植物病毒： DNA-ds 、 DNA-ss 、 RNA-ds 、 RNA-ss*

细菌病毒： DNA-ds* 、 DNA-ss 、 RNA-ds

    病毒核酸功能：是遗传变异的物质基础，控制着病毒的增殖及对宿主的感染性。

2. 蛋白质 蛋白质是病毒的主要组成部分。自然界中常见的 20 种氨基酸在病毒的结构中都可找到，但是氨基酸的组合与含量因病毒的种类而异。比较简单的植物病毒大都只含有一种蛋白质。其他病毒均由一种以上的蛋白质构成。

    蛋白质的功能：①蛋白质构成病毒粒子的外壳；②保护病毒核酸免受外界理化因子的破坏；③决定病毒感染的特异性；④决定病毒的抗原性。

 

三、病毒的结构

    由于电子显微镜技术与生物化学、Ｘ射线衍射等分析技术的综合应用，逐步揭示了病毒粒子的亚显微结构。研究病毒的结构对于了解它们的功能，认识其本质，进行病毒的分类、鉴定，分析病毒的致病作用等有重要的意义。

    病毒粒子系指完整的或结构完整、有感染性的病毒个体。在电子显微镜下呈现特定的形态。现已观察到很多病毒粒子具有一定的或共同的下列结构形式。

1. 衣壳粒：是构成病毒粒子的最小形态单位。每个衣壳粒是由 1-6 个同种多肽分子折叠而成的蛋白质亚单位。病毒粒子上不同部位的衣壳粒可由不同多肽分子组成。

2. 衣壳：由衣壳粒以对称的形式，有规律地排列成特定的形状，构成病毒的外壳。

3. 核衣壳：它是病毒蛋白质和核酸的合称。

4. 囊膜：有些病毒在衣壳的外面包裹着一层构造比较复杂的包膜。它由脂类和多糖组成。这种结构具高度的稳定性，可保护病毒核酸不致在细胞外环境中受到破坏。

5. 刺突：有些病毒粒子表面，尤其是在有囊膜的病毒粒子表面具有突起物。

    由于衣壳粒排列组合的方式不同，使病毒粒子往往表现出不同的构型。主要有三种情况：

    螺旋状对称型：烟草花叶病毒（ TMV ）是衣壳粒螺旋对称病毒的典型代表，烟草花叶病毒呈直杆状，长 300nm ，宽 15nm ，中空内径 4nm ，由 158 个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，相对分子量为 17500 ，总共 2130 个衣壳粒，排列成 130 圈螺旋， TMV 的核酸核心是单链的 RNA ，相对分子质量为 260 万，含有 6390 个核苷酸，每 3 个核苷酸与一个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。

    二十面体对称型：二十面体具有 12 个角、 20 个面和 30 条棱。腺病毒的衣壳是典型的二十面体对称，由 252 个衣壳组成，没有包膜。腺病毒的核心是由线状双链 DNA 构成的。其基因组的大小都约为 36500 个核苷酸对。

复合对称型：Ｔ偶数噬菌体 ---T 4 由头部（核心是双链线状 DNA ）、颈部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三个部分构成。 

 

 四、病毒的繁殖

    病毒的繁殖方式与细胞型微生物不同。病毒是专性活细胞内寄生物，缺乏生活细胞所具备的细胞器，以及代谢必需的酶系统和能量。增殖所需的原料、能量和生物合成的场所均宿主细胞提供。在病毒核酸的控制下合成病毒的核酸、蛋白质等成份。然后在宿主细胞内装配成为成熟的、具有感染性的病毒粒子，再以种方式释放到细胞外，感染其他细胞。这种增殖方式称为复制。

（一）植物病毒的繁殖

    植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。植物病毒在入住宿主细胞后脱去蛋白质外壳。如 TMV 的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳， PH 的改变、 RNA 的嵌入对衣壳的装配起关键作用。

（二）动物病毒的繁殖方式

    概括起来可分为：吸附、侵入、脱壳、生物合成、装配、释放六个连续步骤。

（三）细菌病毒的繁殖方式

一、吸附 吸附是病毒感染宿主细胞的前提，具有高度的专一性。在通常情况下，敏感细胞表面具有特异性表面接受部位，可与相应的病毒结合。

二、侵入 病毒侵入的方式 取决于宿主细胞的性质，尤其是它的表面结构。一般来说有三种情况：①整个病毒粒子进入宿主细胞；②核衣壳进入宿主细胞；③只有核酸进入宿主细胞。

三、生物生物合成 包括核酸的复制和蛋白质的合成。首先，噬菌体以其核酸中的遗传信息向宿主细胞发出指令并提供“蓝图”，使宿主细胞的代谢系统按次序地逐一转向合成噬菌体的组分和“部件”，合成所需“原料”可通过宿主细胞原有核酸等的降解、代谢库内的贮存物或从环境中取得。

    烈性噬菌体体的增殖方式按核酸类型的不同主要分成三类：即①按早期、次早期和晚期基因的顺序来进行转录、转译和复制的双链 DNA 噬菌体的增殖方式；②按“滚环”模型复制单链 DNA 的增殖方式；③按“花朵”模式复制 A 蛋白（成熟蛋白）、衣壳蛋白和复制酶蛋白的增殖方式。下面以其中的第二类 -- 双链 DNA 噬菌体的增殖方式为典型代表来加以介绍。

    当噬菌体 dsDNA 侵入宿主细胞后，首先设法利用宿主细胞原有的 RNA 聚合酶来转录噬菌体的 mRNA 。然后由这些 mRNA 进行转译，以合成噬菌体特有的蛋白质。这种利用细菌原有的 RNA 聚合酶转录噬菌体的早期基因而合成 mRNA 的过程常称早期转录，由此产生的 mRNA 称早期 mRNA ，其后的转译称早期转译，而产生的蛋白质则称早期蛋白。

    利用早期蛋白中新合成的或更改后的 RNA 聚合酶来转录噬菌体的次早期基因，借以产生次早期 mRNA 的过程，称为次早期转录。由此合成的 mRNA 称次早期 mRNA ，进一小的转译称次早期转译，其结果产生了多种次早期蛋白。例如分解宿主细胞 DNA 的 DNA 酶，复制噬菌体 DNA 的 DNA 聚合酶，以及供晚期基因转录用的晚期 mRNA 聚合酶。

    晚期转录是指在新的噬菌体 DNA 复制完成后对晚期基因所进行的转录作用。其结果产生了晚期 mRNA ，现经晚期转译后，就产生一大批可用于子代噬菌体装配用的“部件” -- 晚期蛋白，它们是头部蛋白，尾部蛋白，各种装配蛋白和溶菌酶等。

四、装配 病毒核酸的复制与病毒蛋白质的合成是分开进行的，由分别合成好的核酸与蛋白质组成完整的新的病毒粒子的过程。

五、释放 成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程称为病毒释放。病毒的释放是多样的，有的通过破裂，出芽作用或通过细胞之间的接触而扩散。

    上述增殖生活周期是较短的，例如： E. ColiT 系噬菌体在合适的温度下为 15--25min 。第一个宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体量称裂解量。不同的噬菌体有不同的裂解量，例如： T2 为 150 左右， T4 约 100 ， f2 则可高达 10000 左右。