第二章病毒的结构及其基因组
第一节病毒的结构组成
1.衣壳蛋白：主要的，形成壳体/衣壳
结构蛋白包膜蛋白：镶嵌/位于包膜表面的糖蛋白
基质蛋白：使包膜与核衣壳联系在一起
2.病毒包膜来自宿主细胞的细胞膜或内膜如内质网或高尔基体膜，它是病毒成熟时从细胞膜或内膜出芽而获得的，因此具有宿主细胞膜的特性，但是病毒的包膜具有一定的病毒特异性。
所有病毒的包膜结构大体一致，其包膜的化学组成,类似于细胞膜，只是病毒包膜所含有的脂类分子的种类或数量以及镶嵌在其中的蛋白分子与细胞略有不同，但也有的差别很大。
?病毒包膜所含有的脂类：除了镶嵌在包膜上或突出于包膜外的蛋白质外，包膜主要由脂质构成，其中以磷脂和胆固醇为主，痘病毒所含脂质仅占病毒结构成分的5％；而披膜病毒则是所有已知病毒中脂质含量最高的一类病毒，其脂质含量约占病毒粒子结构成分总量的50％以上。
?病毒的包膜糖蛋白：许多有包膜的病毒在其病毒粒子包膜表面，大都存在有包膜突起。包膜突起的化学本质大多为糖蛋白，是由碳水化合物与包膜蛋白质分子连结而成的。病毒的包膜糖蛋白突起有的是由一种蛋白亚基组成，有的则由几种蛋白亚基构成。在结构上，大都可分为疏水区和亲水区，疏水区穿插在包膜中，而亲水区则延伸到包膜外，与之相连的糖基分子也多位于包膜外的突起上。
?3~6为包膜的作用：
3.病毒吸附：病毒包膜突起的主要功能是作为病毒吸附蛋白(virusattachmentprotein，VAP)而起作用，病毒通过这些包膜突起与病毒特异的细胞受体结合和相互作用，才能启动病毒感染。
4.细胞融合活性：有些病毒包膜突起能使病毒包膜与宿主细胞膜融合或使感染细胞与未感染细胞膜之间产生融合。
5.血溶活性：副流感病毒、腮腺炎病毒和麻疹病毒具有血溶活性，即溶解血红细胞。这是由于它们含有包膜突起F，因此F糖蛋白又称为血溶素。通常每个红细胞同时需要有几个病毒粒子作用才能产生血溶反应。
6.抗原性：病毒的包膜糖蛋白突起对病毒来说是很重要的抗原物质，这些突起可产生保护性的中和抗体。
7.病毒衣壳或壳体是由病毒基因组编码的衣壳蛋白亚基通过一定的方式聚集而成的。由一种或多种蛋白亚基构成。
8.衣壳蛋白的功能：保护病毒基因组；决定病毒的抗原性；吸附作用；血凝作用
?衣壳蛋白可组建成包裹病毒基因组的保护性外壳或壳体，这是它的主要功能。其衣壳能使病毒基因组免遭各种理化因子如核酸酶、各种化学诱变剂以及环境中的各种不利因子的破坏，使病毒能在不利的环境中暂时“休眠”而隐藏起来。一旦遇上合适的宿主，病毒就可以恢复侵染循环，并从衣壳中释放出病毒基因组而进行增殖。病毒的这一特性对于它的生存是十分有利的。
?衣壳蛋白是病毒粒子的主要抗原蛋白，可以刺激机体免疫系统产生免疫反应
?在无包膜病毒的感染过程中，其衣壳蛋白能作为病毒吸附蛋白VAP而与宿主细胞表面的受体蛋白相互识别、结合从而使病毒粒子吸附于宿主细胞表面。
?有些裸露病毒的衣壳蛋白具有血凝作用。
?其它作用：a.病毒衣壳蛋白还可以引起宿主细胞的毒性作用，导致细胞病变。腺病毒的衣壳蛋白可使培养细胞病变。b.大量病毒衣壳蛋白与某一细胞受体结合，可导致该细胞受体缺乏，从而影响细胞的生理生化活动。大量呼肠孤病毒吸附蛋白与肾上腺能受体结合，可造成这一受体缺乏。c.有的衣壳蛋白还可以抑制宿主细胞RNA、蛋白质合成d.有的衣壳蛋白还可以稳定基因组结构，以及与病毒基因组进入宿主细胞有关。
9.病毒的内容物：
※某些简单病毒的核心仅由核酸组成；
※某些复杂的病毒核心除了核酸以外，还有一些病毒内含物，包括：
?病毒生命活动过程中所需要的酶：不是全部酶系统，如痘病毒，含有与转录系统有关的13种酶类。
?核酸结合蛋白，有的结合松散，有的结合紧密
?其它化合物：
脂类、糖类与蛋白形成的脂蛋白/糖蛋白多胺，如丁二胺、亚硝胺
金属离子，在植物病毒中发现，如Ca2＋，Cu2＋，Mg2＋
多胺与金属离子结合于病毒核酸，为病毒复制某个阶段所必需，与病毒基因组的稳定性有关。
第二节病毒的形态结构类型
1.病毒的形状大体分为三种：
(a)球形颗粒：壳体是二十面体对称
(b)杆状颗粒：壳体是螺旋对称
(c)复杂形状颗粒：壳体是复合对称
2.形态单位：是指一定数目的蛋白亚基以特殊方式聚集形成在电镜下可见的壳粒。
3.衣壳或壳体：是指由蛋白亚基或颗粒排列形成的有规则的壳样结构，其壳体包裹病毒基因组核酸及
与核酸结合的蛋白质组分。
4.核衣壳：是指衣壳蛋白与病毒核酸结合而成的复合物，还包括与核酸相联系的其它蛋白。
5.病毒核心：是指有包膜的病毒去除包膜之后的核衣壳以及与之联系的蛋白质，或者无包膜的病毒除
去蛋白质外壳之后的病毒核酸。
6.包膜：是指围绕核衣壳的双层脂质膜，由脂类、蛋白质和寡聚糖组成。
7.钉状物：又称膜粒或包膜突起：是病毒表面的糖蛋白突起物。
8.原体：由一种或几种不相同的蛋白亚基共同构成的结构单位。
▲螺旋对称的病毒壳体：螺旋对称的病毒壳体是由蛋白亚基沿着轴心进行螺旋排列，而形成高度有序的结构。植物病毒的外形多为杆状；动物病毒呈杆状的较少。
▲大部分动物病毒都是呈二十面体对称，少数植物病毒是这样的结构。
1正二十面体有20个三角形面和12个顶点
2病毒蛋白亚基可按完全等价或准等价结合构成二十面对称壳体。
完全等价结合是指二十面体的每个亚基具有完全相同的环境。在这种情况下，其正二十面体的20个全等三角面的顶点各排列有一个亚基，即每个三角面排列3个，20个三角面共排列60个亚基。在二十面体的顶点5个亚基聚集形成电镜下可见的五聚体(五邻体)，即壳粒。
准等价结合构成的二十面体对称壳体往往比完全等价结合的壳体容量要大，因此能够使更大的病毒基因组包裹在壳体内。二十面体对称壳体的扩大是通过增加全等三角形数目和亚基排列来实现的，增加三角形数的办法是将二十面体的基本三角面分成若干个三角形，即亚三角形数目，通常称为三角剖分数。由于这样的二十面体对称壳体表现为一些蛋白亚基排列成五邻体，另一些亚基排列成六邻体，故它们所处的环境是准等价的。
▲有的病毒壳体呈复合对称，如有尾噬菌体。分为头部和尾部，头部为二十面体对称结构，头部与尾部通过颈连接起来。！！！
第三节病毒的基因组
病毒的基因组是由核酸构成的，核酸是病毒遗传和感染的物质基础，迄今所发现的各种病毒仅含有一种核酸，或者是DNA，或者是RNA。
1.！！！核酸类型：病毒核酸有4种存在类型：
双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA。
ssDNA、ssRNA还有极性的不同：
＋ssDNA：与mRNA序列相同的单链DNA。
－ssDNA：与mRNA互补，且为转录模板的单链DNA。
＋ssRNA：病毒单链RNA如果能够直接作为编码合成蛋白质的模板链或mRNA，即为＋ssRNA（或与mRNA序列相同的ssRNA）。－ssRNA：与mRNA序列互补的单链RNA。
※ssDNA、ssRNA还有极性(polarity)的不同：正极性、负极性，还有双义RNA。核酸还有分节段、不分节段之分，环状及线状之分。
2.核酸的大小及其碱基组成：病毒基因组核酸的分子量因不同病毒而有很大的差异，其变化范围一般在l06~之间。病毒基因组核酸的分子大小反映了不同病毒基因组结构和功能的差异。除了含有生物所共有的4种碱基外，病毒还含有一些稀有碱基。在不同病毒的核酸中，各种碱基的含量却相差很大。一般而言，相同科属的病毒基因组的核酸碱基组成相似，不同科属的病毒之间的核酸碱基组成却有较大的差异。
3.病毒基因组的结构特征(在不同的病毒科之间有很大的差异)：
单链/双链：
环状/线状：
分段基因组：病毒基因组由数个核酸分子构成。！！！
★有的基因组有特殊的序列，如：粘性末端、末端冗余、循环排列、末端反向重复等。它们与病毒基因组环状分子的形成有关。
★花椰菜花叶病毒科(不完全环状双链DNA分子)和嗜肝DNA病毒科的DNA聚合酶具有逆转录酶活性，被ICTV称为DNA逆转录病毒。
★逆转录病毒科，它们的基因组RNA虽为正链RNA，但没有mRNA的翻译模板活性，故而缺少侵染性。这类病毒的基因组RNA首先必需在自身逆转录酶的作用下，以病毒基因组RNA为模板，逆转录形成双链DNA中间体即原病毒或前病毒DNA，然后原病毒双链DNA整合到宿主细胞DNA上，再经过宿主细胞的RNA聚合酶Ⅱ催化，转录形成mRNA。！！！逆转录病毒科的基因组由两个相同的线状正链RNA分子组成，故称为二倍体基因组。！！！
★有一些正链RNA病毒的基因组RNA是分段的。根据其基因组所包含的RNA分子数目，分为：
二组分基因组：含有2个RNA分子。！！！
三组分基因组：含有3个RNA分子。
★负链RNA基因组没有mRNA活性和侵染性，但它携带有病毒特异的RNA转录酶即以RNA为模板转录形成mRNA。
★！沙粒病毒科的双义sRNA：sRNA3’端的NP编码区是负义的，而5’端GPC编码区则是拟正义的。
4.一些特殊结构：
?粘性末端：粘性末端(cohesiveend)是指病毒基因组双链DNA两端的一小段单链部分，并且一端的单链部分与另一端的单链部分能进行碱基配对互补，可使其线状双链DNA的两端连接起来而形成环状分子，或者两个或多个分子连接成二聚体或多聚体。
?末端冗余或末端丰余，也称为末端同向重复序列，它是指双链DNA分子两端所存在的相同核苷酸序列。末端冗余用外切酶处理后，可形成粘性末端，退火后可形成多联体分子，多联体分子再经切割，退火，可行成环状分子。
?循环排列，它是指一些病毒基因组的线状双链DNA具有相同的基因顺序，但若以不同的核苷酸为起点进行排列，可以产生末端序列互不相同的线状分子。将带有这种循环排列的DNA先变性，然后退火，从而使不同的单链分子通过碱基互补可以结合在一起，形成具有粘性末端的双链线状分子，再由两个末端相互连接，产生环状分子。
?回文结构或回文序列：是指在一个假想轴的两侧面所存在的对称重复序列，即两条链的碱基顺着同一极性读(5’-3’或3’-5’)，均有一样的碱基排列。它在单链DNA或RNA中能形成发夹结构，在线状双链DNA中还能形成十字形结构。
短的回文序列：限制性内切酶的识别位点。
长的回文序列：可能与病毒基因组转录的终止有关。
?末端反向重复序列：是指存在于病毒基因组两端的反向互补重复序列。当含有末端反向重复序列的双链DNA分子变性后,经过退火，每条单链两端的碱基可以配对互补形成锅柄样环状分子。可能与复制/转录酶的识别有关。
?重叠基因：某些病毒基因组的某一特定序列能够以两个或两个以上的阅读方式进行阅读，因而可编码产生两种或两种以上的不同多肽。一个基因可能包含在另一个基因内，或起始于这一基因内。
病毒的重叠基因符合遗传节约的原则，它增加了病毒基因组遗传信息的容量，使病毒能够利用有限的基因序列编码较多的蛋白质，以满足病毒繁殖和执行不同功能的需要。
?分段基因组：是指病毒基因组不是由一个核酸分子构成，而是由数个不同的核酸分子组成，这些彼此不相同的核酸分子被称为核酸片段或节段。它们的mRNA
或为单顺反子：即mRNA编码一个蛋白质。
或为多顺反子：即mRNA编码多个蛋白质。
①多个核酸节段包装在同一病毒粒子中即为多节段不分开的分段基因组，如呼肠弧病毒、流感病毒。！！！
②多个核酸节段分别包装在不同的病毒粒子中，即为多节段分开的分段基因组，实际上是由几个不同的病毒颗粒所组成的复合体，故称为多分体病毒。
分段基因组的病毒的特点：
①侵染效率较低，一般而言，病毒只有在全部核酸节段存在时，才能产生感染。
②容易产生变异，当两个含有分段基因组的病毒感染同一细胞，并在同一细胞内复制时，由于核酸节段之间的交换，而容易得到新的病毒品系（不同病毒）。
③具有较高的重组率，核酸节段之间重组。
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