第四章病毒的结构

一、病毒的大小表示形式:

分子量:核蛋白分子(核酸与蛋白质以一定方式组合),3~×道尔顿密度:浮力密度(ρ)→采用密度梯度离心方法测定,需注明介质沉降系数:单位离心力作用下的沉降速率(s)

壳体:由蛋白质组成,包围病毒核酸的蛋白质结构。颗粒→蛋白质亚基(不同的蛋白质)以次级键形式形成。核衣壳:由核酸与蛋白质壳体组成的核心成分包膜:围绕或包围核衣壳的双分子层,来源于宿主,不同的病毒感染同一宿主包膜成分相同。包膜突起→钉状物→糖蛋白组成复杂的病毒成分

二、病毒的结构与功能

病毒的结构有二种,一是基本结构,为所有病毒所必备;一是辅助结构,为某些病毒所特有。它们各有特殊的生物学功能。

基本结构:病毒核酸、病毒蛋白质

辅助结构:包膜、突起(脂质、糖类等)

病毒的化学组成:核酸、蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐

病毒基因组的结构特点

1.病毒基因组大小相差较大。

2.病毒基因组可以由DNA组成,也可以由RNA组成。

3.多数RNA病毒的基因组是由连续的核糖核酸链组成,还没有发现有节段性的DNA分子构成的病毒基因组。

4.基因重叠

5.病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的。

6.病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因或rRNA的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位,形成一个功能单位或转录单元。

7.除了反转录病毒以外,一切病毒基因组都是单倍体,每个基因在病毒颗粒中只出现一次。

8.噬菌体(细胞病毒)的基因是连续的;而真核细胞病毒的基因是不连续的,具有内含子。

病毒核酸的结构特征

(1)粘性末端

(2)末端冗余

(3)循环排列

(4)回文序列

(5)倒转末端重复序列是指存在于病毒基因组两端的反向互补重复序列,这样的基因组经过变性、退火处理,可以形成有部分双链区的线状环;或者产生锅柄样的结构。

(6)重叠基因

(7)分段基因组:

单分体病毒:多个核酸节段包装在同一病毒粒子中

多分体病毒:多个核酸节段分别包装在不同的病毒粒子中,这类病毒实际上是由几个不同的病毒粒子所组成的复合体。

含分段基因组的病毒具有以下三个特点:侵染效率低;容易产生变异;具有较高的重组率。

多分体现象为植物病毒所特有,并仅存在于+ssRNA病毒中,是指病毒的基因组分布在不同的核酸链上,分别包装在不同的病毒粒体里。

双分体病毒指遗传信息为双组分基因组包被在两种粒体里的病毒,如烟草脆裂病毒属(Tobravirus)和蠕传病毒属(Nepovirus)。

三分体病毒指核酸包被在三种粒体中的病毒。

(8)帽子和ploy(A)结构真核病毒的正链RNA基因组、双链RNA基因组的正链RNA和病毒的mRNA通常有类似于真核生物mRNA5’端的帽子结构和3’的poly(A)结构尾。而原核生物mRNA和相应的噬菌体基因组RNA均缺少这样的结构。

  病毒基因组RNA5’端的帽子结构有着真核生物5’端的帽子结构的相似功能,它对病毒基因组正链RNA具有保护作用,可以使病毒正链RNA或mRNA免受宿主细胞中的外切核酸酶的降解;病毒基因组RNA的帽子结构还与感染性有关,缺少它几乎完全丧失感染性。

  病毒基因组的3’的poly(A)结构尾有多方面的功能。保持和提高病毒基因组RNA在宿主细胞中的稳定性;3’的poly(A)结构尾也与病毒的侵染性有关。

(9)其它特征一些真核DNA病毒基因组还含有复制原点序列以及转录调控序列如启动子和增强子序列。某些真核病毒的基因组也含有内含子

转染:从病毒中提取核酸,来进行遗传物质的传递,感染细胞。

转染可分核酸为

①侵染性核酸

②非侵染性核酸。具有RNA功能活性,进入细胞以后直接作为翻译的模板,合成大分子蛋白质,叫侵染性核酸。

核酸的组成、含量与类型

组成:ATCG;A+G=T+C

类型:DSDNA:SSDNA;DSRNA;SSRNA

含量:不同病毒含量差异较大(P50)

核酸的极性将mRNA的碱基排列顺序规定为(+RNA)链,其相应的模板链则为负链(-DNA),因此只有负链DNA才能被转录并产生mRNA。也就是说凡碱基排列顺序与mRNA相同的单链DNA或RNA,称(+)DNA链或(+)RNA链,凡碱基排列顺序与mRNA链互补的单链DNA和RNA,称(-)DNA链或(-)RNA链

结构蛋白质:要形成完整,成熟,有感染性病毒粒子的蛋白质成分,包括:壳体蛋白、包膜蛋白、酶非结构蛋白质:是由病毒基因编码,并不存在于病毒中,主要在病毒复制过程中发挥作用

非结构蛋白:病毒本身基因组所形成,与病毒核酸复制有关,病毒感染宿主后,形成的前体蛋白或早期蛋白。

结构蛋白的几种成分

1.衣壳蛋白:构成病毒壳体的蛋白质,由一条或多条多肽链折叠形成的蛋白质亚基,是构成壳体蛋白的最小单位。

单一:一种亚基

复杂:几种亚基功能:①构成病毒的壳体,保护病毒的核酸。②无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒的吸附、进入,决定病毒的宿主嗜性,同时还是病毒的表面抗原。

抗原性质:有些可凝聚血细胞(血细胞凝聚特性)

2.包膜蛋白:

构成病毒包膜结构的病毒蛋白质,包括包膜糖蛋白和基质蛋白两类。

包膜糖蛋白类似于壳体蛋白(无包膜)的功能与病毒吸附侵入,抗原性,血细胞凝聚特性。

基质蛋白:非糖基化蛋白,主要识别病毒核壳,在病毒核壳与包膜间起桥梁作用

3.酶:来源于病毒本身基因组功能表达的蛋白质分子,在病毒复制起作用

4.病毒的脂质:许多病毒包膜内存在有脂类化合物,如磷脂、脂肪酸、甘油三酸脂和胆固醇等。这些脂类几乎都是由病毒粒子在细胞内成熟,在细胞膜处以芽生方式释放,直接从寄主细胞膜上得到。病毒脂类存在与病毒的吸附和侵入有关。

囊膜(Envelope):某些病毒,如虫媒病毒、人类免疫缺陷病毒、疱疹病毒等,在核衣壳外包绕着一层含脂蛋白的外膜,称为“囊膜”。囊膜中含有双层脂质、多糖和蛋白质,其中蛋白质具有病毒特异性,常与多糖构成糖蛋白亚单位,嵌合在脂质层,表面呈棘状突起,称“剌突(Spike)或囊微粒(Peplomer)”。它们位于病毒体的表面,有高度的抗原性,并能选择性地与宿主细胞受体结合,促使病毒囊膜与宿主细胞膜融合,感染性核衣壳进入胞内而导致感染。囊膜中的脂质与宿主细胞膜或核膜成分相似,证明病毒是以“出芽”方式,从宿主细胞内释放过程中获得了细胞膜或核膜成分。有囊膜病毒对脂溶剂和其他有机溶剂敏感,失去囊膜后便丧失了感染性。

5.病毒的糖类:除病毒的核酸中所含戊糖外,有的病毒还含有少量的其他糖类,为核糖或脱氧核糖和磷酸组成的核酸骨架。有包膜病毒中碳水化合物以寡糖侧链的形式与蛋白质结合形成包膜糖蛋白。

6.其它组成:在某些动物、植物病毒中存在多胺类有机阳离子,包括丁二胺、亚精胺、精胺等,它们大都结合于病毒核酸,对核酸的构型有一定影响。在某些病毒的病毒体中,还发现有其它的小分子量组份,如ATP,对噬菌体尾鞘收缩提供能量。

病毒蛋白质衣壳的功能

(1)致密稳定的衣壳结构除赋予病毒固有的形状外,还可保护内部核酸免遭外环境(如血流)中核酸酶的破坏;

(2)衣壳蛋白质是病毒基因产物,具有病毒特异的抗原性,可刺激机体产生抗原病毒免疫应答;

(3)具有辅助感染作用,病毒表面特异性受体边连结蛋白与细胞表面相应受体有特殊的亲和力,是病毒选择性吸附宿主细胞并建立感染灶的首要步骤。

三、病毒粒子的对称性

病毒的壳体结构→决定了整个病毒体的结构形状

衣壳是由许多“壳微粒(Capsomere)”按一定几何构型集结而成,壳微粒在电镜下可见,是病毒衣壳的形态学亚单位,它由一至数条结构多肽能成。①立体对称②螺旋对称③复合对称

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