第二章 微生物的形态结构

第一节 非细胞生物-病毒 一、什么叫病毒？ 病毒是形体微小，结构简单，仅含有1种核酸DNA或RNA，具有超级寄生性，且必须在电子显微镜下才能观察到的一类非细胞形态的微生物。

病毒的种类： 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组分 卫星病毒：只含不具独立侵染性的组分 朊病毒：只含单一蛋白质部分 亚病毒

一是控制和消灭有害病毒，病毒威胁着人类健康和家养动物养殖业，病毒性疾病对国民经济造成严重的影响，发酵工业中的噬菌体污染会严重影响发酵生产； 研究病毒的重要意义： 一是控制和消灭有害病毒，病毒威胁着人类健康和家养动物养殖业，病毒性疾病对国民经济造成严重的影响，发酵工业中的噬菌体污染会严重影响发酵生产； 二是病毒的研究和利用价值，主要表现为改良品种，培育活病毒疫苗株，保护生态环境，利用病毒作为昆虫杀虫剂，基因工程研究的重要载体。

二、病毒的特点： 1）形态及其微小，一般能通过细菌滤器，必须在电镜下才能观察； 2）每一种病毒只含一种核酸，DNA或RNA； 3）严格细胞内寄生，缺乏完整的酶和产能系统，只能利用宿主活细胞的现成代谢系统合成病毒自身的核酸和蛋白质；

二、病毒的大小与形态 多数在100nm左右（20~200nm）。多数不能在光学显微镜下看到，必须用电子显微镜观察。 最小的圆环病毒直径约17nm，比核糖体稍大，最大的动物痘病毒（Poxviruses）直径达200nm以上，与最小的细菌相仿，并且可以在光学显微镜下看到。

病毒的形态：杆形、球形、砖形和蝌蚪形

(三) 病毒的化学组成 病 毒 的 核 酸

（四）病毒的基本结构 核酸 刺突 衣壳 衣壳 衣壳粒 有囊膜病毒模式结构 无囊膜病毒模式结构

病毒粒子 核衣壳 （基本结构） 囊膜有刺突 （非基本结构） 芯髓 （核酸） 衣壳 DNA/RNA 基因组：双股/单股 分段/不分段 多肽 （结构亚单位） 壳粒 （形态亚单位） 病毒粒子的组成及成分

病毒的结构类型 杆状：烟草花叶病毒等 丝状：大肠杆菌M13噬菌体等 无囊膜 螺旋对称结构 卷曲状：流感病毒等 有囊膜 弹状：狂犬病毒等 小型：脊髓灰质炎病毒 大型：腺病毒 无囊膜 病毒 结构类型 二十面体对称结构 有囊膜：疱疹病毒 无囊膜：大肠杆菌T偶数噬菌体（蝌蚪状） 复合对称结构 有囊膜：痘病毒（砖块状）

1、螺旋对称结构 以烟草花叶病毒（tobaco mosaic virus， TMV）为例。衣壳是由2130个蛋白质亚基构成的螺旋对称结构，衣壳长300nm。直径15~18nm，外观呈狭窄的刚直杆状。螺旋衣壳中央有直径4nm的轴孔，亚基呈右手螺旋排列，螺旋的螺距为2.3nm，每—螺转上的亚基数目为十六又三分之—个。病毒的单链RNA半径约4nnl处与蛋白质亚基结合．大约每三个核苷酸结合着一个蛋白质亚基、RNA长约6395或6398个核苷酸，长度相当于2130个亚甚或130螺转。

2、二十面体对称结构 以腺病毒（adenovirus）为例。腺病毒的衣壳含有252个壳粒，其中12个顶角的衣壳粒与相邻的衣壳粒组成五邻体，240个面上或棱上的衣壳粒相互之间组成六邻体。每个五邻体中央的衣壳粒上伸出一根末端带有顶球的刺突。每个五邻体壳粒由一个五聚体（多肽Ⅲ）和一个三聚体纤维蛋白（Ⅳ）组成；但六邻体壳粒不是六聚体，而是三聚体，它由3个110K多肽Ⅱ构成。

3、复合对称结构 具有复合对称衣壳结构的典型是有尾噬菌体，以大肠杆菌T4噬菌体为例。T4噬菌体的头部为二十面体对称结构，直径为5nm。噬菌体(phage)的尾部较为复杂，由尾鞘、尾管、颈部、基板、尾钉和尾丝组成。头部与尾部由颈部连接起来（图4-10）。

（五）病毒的增殖 病毒的繁殖过程： 一般可分为吸附、侵入、复制(生物合成)、成熟装配与裂解释放五步。 烈性噬菌体所经历的繁殖过程，称作裂解性周期。

1、吸附 2、侵入

3、复制(含生物合成)

4、成熟装配

5、裂解释放

病毒一步生长曲线

（1）潜伏期：是指病毒侵入宿主细胞到病毒粒子释放出胞外前的一段时间。 潜伏前期又称隐蔽期（eclipse phase），是指病毒的核酸侵入宿主细胞后至第一个病毒粒子装配前的一段时间，此时宿主细胞内不含有完整的、有侵染力的成熟病毒粒子。 潜伏后期，病毒粒子装配成熟，胞内具侵染性的成熟病毒粒子数目逐渐增，但没有释放出胞外。寄主细胞的裂解标志着潜伏期的结束。 （2）裂解期：是指宿主细胞迅速裂解，溶液中病毒粒子急剧上升的一段时间。病毒没有个体生长，其宿主细胞裂解也是突发的。 （3）平台期：是指感染病毒的宿主细胞全部裂解，溶液中病毒效价达到最高点以后的时期。

烈性噬菌体 凡能引起宿主细胞 迅速裂解的噬菌体 称为烈性噬菌体

温和噬菌体与溶原性（lysogeny） 某些噬菌体侵染细菌后，将自身基因组整合到细菌细胞染色体上，随寄主细胞分裂而同步复制，并不引起细菌裂解释放噬菌体，因而被称作温和噬菌体（temperate phage）。这种噬菌体与细菌共存的特性称为溶原性（lysogeny）， 被侵染的细胞被称作溶原性细胞或溶原菌（lysogen），整合到细菌细胞染色体上的病毒被称作原病毒或原噬菌体（prophage）。

溶原性特点： （1）溶原性转变（lysogenic conversion）：温和噬菌体在菌体细胞内以前噬菌体形式存在可导致宿主细胞的表型改变，这种改变与其生命周期是否完成没有直接关系，这种改变称为溶原性转变。 （2）免疫作用：前噬菌体基因还导致溶原性细菌对同类型噬菌体的侵染具有免疫作用，阻止携带与溶原性菌体所含的前噬菌体DNA相同的噬菌体的吸附和生物合成，但这种免疫作用不能阻止溶原菌体被别种类型的温和噬菌体或烈性噬菌体所侵染。前噬菌体基因的表达可以产生一种λ阻遏蛋白，抑制该病毒自身在菌体内的复制作用。

（3）致病性改变：某些溶原菌体还因所含的前噬菌体的作用导致致病性改变。例如，白喉棒状杆菌（Corynebecterium diphtheriae）和肉毒梭状芽孢杆菌（Clostridium botulinum），若不含有前噬菌体的话，是不会引起人类疾病的；一旦被相应的温和噬菌体侵染，含有了编码毒素基因的前噬菌体后，就从不产生毒素的菌株转变为产毒素的菌株，造成侵染组织的损伤，分别引发白喉和肉毒中毒症状。 （4）溶原性可以是可逆的：前噬菌体可以自发地或在外界刺激诱导下被激活，裂解寄主细胞，进入裂解途径。前噬菌体离开细菌基因组进入裂解途径的几率很低（约1/10000-1/100000）。

各种脊椎动物都广泛寄生着相应的病毒，但研究较多的是那些与人类健康、与畜禽家养脊椎动物疾病相关的那些病毒。已知与人类健康有关的病毒超过300种，与其它脊椎动物有关的病毒超过900种。人类传染病约有70-80%是由病毒所引起。 脊椎动物病毒

（一）脊椎动物病毒繁殖 1.吸附:病毒通过刺突与细胞受体特异结合吸附到寄主细胞上 2.侵入:病毒被吞噬到囊泡中, 囊膜破裂, 病毒核酸被释放到细胞质。 3.生物合成: 在病毒基因控制下, 细胞合成新病毒的基本成分，核酸、衣壳粒蛋白和刺突蛋白。 4.成熟装配:刺突蛋白整合到形成病毒囊膜的细胞膜中,核酸和衣颗粒蛋白装配成核衣壳。 5.释放:有囊膜病毒以出芽方式离开细胞膜,携带着含刺突的囊膜。成熟的病毒粒子具侵染性。

病毒刺突与寄主细胞上受体的特异结合过程示意图：

1）裸露病毒核酸直接穿入 动物病毒侵入方式 示意图： 2）有囊膜病毒以膜融合方式进入 3）有囊膜病毒以吞噬作用进入

动物病毒出芽释放过程示意图：

（六）病毒与肿瘤发生 肿瘤（tumor）是由失去调控而异常生长和繁殖的新生异常细胞或瘤形成的组织团块。如果肿瘤的生长维持在特定的部位形成致密组织团，而不通过循环系统转移到其它部位，被称为良性肿瘤；如果肿瘤细胞可以活跃的扩散或转移到有机体其它部位乃至全身，通常通过血液流动并形成次级肿瘤，被称为恶性肿瘤或癌。人类和脊椎动物肿瘤的发生是由多种复杂的因素所引起，例如物理、化学和生物因素。 有好几种动物病毒进入宿主细胞后进入续存性状态，可永久性地改变宿主遗传物质，导致宿主肿瘤发生。可引发机体肿瘤发生的病毒被称作肿瘤病毒（oncoviruses），迄今发现的可引起细胞转化和肿瘤发生的病毒主要是一些dsDNA和一些逆转录病毒。肿瘤病毒引起肌体肿瘤发生的过程被称作转化（transformation）。

Epstein-Barr(EB)病毒 Burkitt 淋巴瘤 （epstein-barr virus） 某些脊椎动物病毒所引起的肿瘤 肿瘤病毒 肿瘤类型 Epstein-Barr(EB)病毒 Burkitt 淋巴瘤 （epstein-barr virus） 乙型肝炎病毒(hepatitis b virus) 肝癌 丙型肝炎病毒(hepatitis c virus) 肝癌 逆转录病毒(retrovirus) 很多动物白血病和淋巴瘤； 人类胸腺淋巴瘤（htlv逆转录 病毒） 乳头多瘤空泡病毒(papovavirus) 各种动物肿瘤；人类宫颈癌 （人乳头状瘤病毒） 人疱疹病毒8型 卡波西氏肉瘤 (human herpesvirus 8) 据估计，约15%的人类肿瘤由病毒感染引起。

肿瘤病毒最显著的特征： 是能够象溶原性噬菌体一样把病毒自身核酸整合到宿主细胞染色体DNA上。转化细胞生长速率增加，染色体发生改变，细胞表面分子产生变化，能够无限制分裂，丧失了正常细胞的生长接触抑制特性。

肿瘤病毒引起细胞转化的机制 （1）原病毒整合 （2）原病毒所含的与转化相关的特异性基因的表达。 这些特异性的转化相关基因被称作病毒癌基因（viral oncogenes），它们是人和脊椎动物正常的原癌基因（proto-oncogenes）的同源基因，是正常细胞原癌基因的突变形式。正常宿主细胞中的原癌基因被认为是重要的调控基因。这些基因编码激活基因转录的蛋白，对于正确调控细胞生长和繁殖至关重要。原癌基因的突变编码突变蛋白，而导致细胞非正常生长。存在许多原癌基因，某些人类癌症，诸如结肠癌，需要几个原癌基因的同时突变而致癌。病毒也能导致细胞不正常生长，肿瘤病毒改变原癌基因的活性或异常表达而导致细胞转化和肿瘤发生。

新显病毒 “新显病毒”（emerging virus)，“emerge”的英文原意是“出现”的意思，新显病毒是指那些以往局部低水平感染的病毒或具有种间屏障的病毒，将其寄主范围扩大到了别的物种，引起了大范围的人类传染性疾病。 如埃博拉病毒、拉沙病毒、艾滋病毒等。最近出现的SARS病毒、禽流感病毒等就属于这一类。它们引发的传染病对人类的健康与生命带来严重威胁，必须引起我们高度重视。

新显病毒产生的原因： 1）与人类对环境的破坏有关。 2）与现代交通、旅游发展和人类大规模地迁居有关。 3）病毒基因的突变，改变了宿主范围或致病力。 4）与人和动物的密切接触有关

二、亚病毒 亚病毒包括三类，包括类病毒、拟病毒、朊病毒它们都是1971年以后发现的。

类病毒 最初在马铃薯纺缍块茎的病源体，导致马铃薯严重减少，它是一个没有衣壳包裹的dsRNA分子棒状长50nm，目前发现此类病毒已有18种。 PSTV呈棒形结构，是一个裸露的闭合环状RNA分子，整个环由2个互补的半体所组成，其一含179个核苷酸，另一含180个核苷酸，两者间有70％的碱基以氢键方式结合，共形成122个碱基对。 类病毒的发现，是生命科学中的一个重大事件。 生命起源、分子生物研究材料、传染性疑难杂症病因、生命本质的两认识，带来革命性影响。

卫星病毒 分两大类： 一类可编码自身的衣壳蛋白 另一类为卫星病毒RNA分子

朊病毒 是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质。 肮病毒的发现对传统的中心法则提出挑战，因而有可能为分子生物的发展带来革命性的影响，同时对一系列传染性疫病源认识带来的希望。是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质。 肮病毒的发现对传统的中心法则提出挑战，因而有可能为分子生物的发展带来革命性的影响，同时对一系列传染性疫病源认识带来的希望。