病毒的复制医学知识课件.ppt

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1、病毒体在细胞外是处于静止状态，基本上与无生命的物质相似，当病毒进入活细胞后便发挥其生物活性。由于病毒缺少完整的酶系统，不具有合成自身成份的原料和能量，也没有核糖体，因此决定了它的专性寄生性，必须侵入易感的宿主细胞，依靠宿主细胞的酶系统、原料和能量复制病毒的核酸，借助宿主细胞的核糖体翻译病毒的蛋白质。,一、病毒增殖的一般过程,病毒的复制与复制周期复制：病毒感染细胞后，在病毒核酸（基因组）控制下合成病毒的核酸与蛋白质等 成分，然后在宿主细胞的细胞质内装配成病毒颗粒，再以各种方式释放到细胞内感染其他细胞，这种增殖方式叫做复制。整个复制过程叫做复制周期。复制周期分为五个阶段：吸附、侵入、脱壳、生物合成

2、和装配及释放。,吸附,病毒的增殖过程,穿入,脱壳,早期蛋白,晚期蛋白,装配,DNA复制,核酸游离,成熟,释放,病毒的复制过程,病毒的复制过程,1、吸附,是决定感染成功与否的关键环节。需要病毒表面特异性的吸附蛋白（Virus attachment Protein，VAP）与细胞表面受体（也称为病毒受体，virus receptor）相互作用。大多数噬菌体的病毒受体为细菌细胞壁上的磷壁酸分子，脂多糖分子以及糖蛋白复合物，有的则位于菌毛、鞭毛或荚膜上。大部分动物病毒的病毒受体为镶嵌在细胞膜脂质双分子层中的糖蛋白，也有的是糖脂或唾液酸寡糖苷。植物病毒迄今尚未发现有特异性细胞受体。在0-37内温度越高病

3、毒吸附效率也越高，整个过程可在几分钟到几十分钟的时间内完成。病毒的细胞受体具有种系和组织特异性，决定了病毒的宿主谱。不同种属甚至同种不同型以及同型不同株的病毒，其细胞受体也不相同。而有些不同种属的病毒却有相同的细胞受体，其吸附和感染可对其它病毒的感染产生干扰。,HIV 的生活周期吸附,进入细胞CD4+ T细胞是主要的靶细胞,人 HeLa 细胞,转染CD4抗原的人HeLa细胞,没有感染,感染,2、侵入,病毒通过以下不同的方式进入宿主细胞：注射式侵入、细胞内吞、膜融合以及其他特殊的侵入方式。 （1）注射式侵入：一般为有尾噬菌体的侵入方式。通过尾部收缩将衣壳内的DNA基因组注入宿主细胞内。 （2）细

4、胞内吞：是动物病毒常见的侵入方式。经细胞膜内陷形成吞噬泡，使病毒粒子进入细胞质中。 （3）膜融合：有囊膜病毒侵入过程中病毒囊膜与细胞膜融合。 （4）直接侵入：大致可分为三种类型, 部分病毒粒子直接侵入宿主细胞，其机理不明。 病毒与细胞膜表面受体结合后，由细胞表面的酶类帮助病毒粒子释放核酸进入细胞质中，病毒衣壳仍然留在细胞膜外，将病毒侵入和脱壳融为一体。 其他特殊方式。植物病毒通过存在于植物细胞壁上的小伤口或天然的外壁孔侵入，或植物细胞之间的胞间连丝侵入细胞，也可通过介体的口器、吸器等侵入细胞。,HIV侵入免疫细胞,gp120构象改变，暴露出被掩盖的gp41，将病毒和靶细胞连接介导囊膜与细胞膜融

5、合,Mf/T,3、脱壳,病毒感染性核酸从衣壳内释放出来的过程。有囊膜病毒脱壳包括脱囊膜和脱衣壳两个步骤，无囊膜病毒只需脱衣壳，方式随不同病毒而异。 注射式侵入的噬菌体和某些直接侵入的病毒可以直接在细胞膜或细胞壁表面同步完成侵入和脱壳。病毒粒子以内吞方式或直接进入细胞后，经蛋白酶的降解，先后脱去囊膜和衣壳。以膜融合方式侵入的病毒，其囊膜在与细胞膜融合时即已脱掉，核衣壳被移至脱壳部位并在酶的作用下进一步脱壳，病毒核酸游离并进至细胞的一定部位进行生物合成。病毒脱壳必须有酶的参与，脱壳酶来自宿主细胞，有的为病毒基因编码。,裸病毒的复制（1）,裸病毒的复制（2a）,裸病毒的复制（2b）,裸病毒的复制（3

6、）,裸病毒的复制（4）,裸病毒的复制,胞膜病毒的复制（1）,胞膜病毒的复制（2a）,胞膜病毒的复制（2b）,胞膜病毒的复制（3）,胞膜病毒的复制（4）,胞膜病毒的复制,4、生物合成,实验观察证明：吸附于细胞的病毒通常迅速消失，不能或极少发现细胞内（上）的病毒粒子。这表明吸附的病毒很快侵入细胞，并迅速裂解，从侵入的病毒消失到新的子代病毒出现这一段时间称为“隐蔽期”。隐蔽期是病毒增殖过程中最主要的阶段生物合成；此时，病毒的遗传信息向细胞传达，借助宿主细胞提供的原料、能量和场所合成核酸和蛋白质，期间所需的多数酶也来自宿主细胞。,（一）转录病毒大分子合成包括核酸的复制和基因组的转录两大重要内容。同时为

7、了保证合成的蛋白质在病毒的生命活动周期事件中准确的发挥功能，病毒的基因组转录和表达具有严格的时序性，发生在病毒核酸复制以前的转录称为早期转录，所转录的基因称为早期基因，转录后的产物为早期mRNA。,生物合成 Biosynthesis利用宿主细胞提供的小分子物质合成病毒核酸和蛋白质,病毒mRNA的转录复制子代病毒核酸特异性mRNA转录、翻译子代病毒 结构蛋白和功能蛋白,早 期： 基因组在细胞内合成非结构蛋白（病毒复制酶及抑制细胞正常生物合成的抑制酶）,晚 期： 根据基因组的指令在细胞内复制病毒核酸，合成结构蛋白和非结构蛋白,由早期mRNA翻译产生早期蛋白，往往是参与病毒核酸复制的蛋白质以及参与抑

8、制宿主细胞大分子合成的蛋白质。在核酸复制开始或复制后进行的转录称为晚期转录，所转录的基因称为晚期基因，转录产物为晚期mRNA。由晚期mRNA翻译产生的晚期蛋白，主要构成病毒的结构蛋白。在早期和晚期蛋白中，还包括一些对病毒复制起调控作用的蛋白质。,瓦特森和克里克（1953）在提出DNA双螺旋结构模型的同时，对DNA复制也进行了假设。他们根据DNA分子双螺旋结构模型，认为DNA分子的复制，首先是从它的一端氢键逐渐断开。当双螺旋的一端已拆开为两条单链时，各自可以作为模板，从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸（A吸取T，C吸取G），进行氢键的结合，在复杂的酶系统的作用下，逐渐连接起来，各自形成一条

9、新的互补链，与原来模板单链互相盘旋在一起，两条分开的单链恢复为双链DNA分子，与原来的完全一样。DNA的这种复制方式称为半保留复制,因为通过复制所形成的新的DNA分子，保留原来亲本DNA双链分子的一条单链。,还可能存在其他两种复制方式，都以原来亲本DNA双链分子作为模板链。一种方法称为全保留复制,在复制过程中新的DNA分子单链结合在一起，形成一条新的DNA双链，而亲本DNA双链仍然被保留在一起。另一种方法称为散布式复制，在复制过程中亲本双链被切割成小片段，分散在新合成的两条双链分子中。,（二）基因组的复制 各种病毒的生物合成过程各异，目前病毒的转录和复制方式归纳为7个基本类型：,第一类：双链D

10、NA病毒,如痘、乳多空、腺、疱疹、虹彩等病毒。 这些病毒的DNA按照模板方式进行，呈半保留型：（1）DNA双链氢键断开；（2）两条单链通过互补方式，各自形成一条新链。,第二类：单链DNA病毒,如细小病毒等。病毒脱壳后首先形成双股DNA（DNA），称为复制型，以此为模板进行半保留型复制。DNA的复制在细胞核内，依赖于细胞的酶；mRNA的转录和蛋白质的合成与双股DNA相似。,第三类：双链RNA病毒,如呼肠孤病毒、双RNA病毒等。 病毒脱壳后首先不对称的转录出+RNA， +RNA既能作为mRNA，又能作为模板合成子代双链RNA。,第四类：单股正链RNA病毒,如小RNA、披膜、嵌杯、冠状病毒等。母代的

11、RNA可直接作为mRNA，又能作为模板合成RNA；RNA反过来可复制子代+RNA。,第五类：单股负链RNA病毒,如正粘、副粘、嵌沙、弹状、布尼病毒等。 母代的RNA合成RNA， RNA可作为mRNA，又可作为模板合成子代的RNA；,第六类：反转录病毒,为单股正链RNA。（1）以病毒RNA为模板，反转录生成DNA中间体； （2）双链DNA整合于细胞基因组DNA中（3）子代RNA由整合的病毒RNA转录而来；（4）母代和子代RNA都呈现mRNA活性。,HIV的复制（1）,HIV的复制（2）,HIV的复制（3）,HIV的复制（4）,HIV的复制（5）,HIV的复制（6）,第七类：双链环状DNA病毒,如

12、嗜肝DNA病毒等。该类病毒核酸为双链、环状，其中含有部分单链区,单链区长度不等，短链为正链，长度在整个基因组长度的50100%之间。 （1）首先经补链作用成为共价闭合的双链DNA； （2）在核内转录出RNA； （3）其中有前基因组RNA作为复制的模板，经反转录合成DNA链，RNA随之被Rnase H降解； （4）再以DNA为模板合成DNA。,5、装配,病毒的结构成分核酸与蛋白质分别合成后，在细胞核内或细胞质内组装 成核衣壳。绝大多数DNA病毒在细胞核内组装，RNA病毒与痘病毒类则在细胞质内组装。无包膜病毒组装成核衣壳即为成熟的病毒体，病毒的早期蛋白，即非病毒结构成分不组装入病毒，残留在感染细胞

13、中。,6、释放,绝大多数无包膜病毒释放时被感染的细胞崩解，释放出病毒颗粒，宿主细胞膜破坏，细胞迅即死亡。 绝大多数有包膜病毒通过细胞内的内质网、空泡，或包上细胞核膜或细胞膜以出芽方式释放而成为成熟病毒，在一段时间内逐个释出，对细胞膜破坏轻，宿主细胞死亡慢。 从单个病毒吸附开始至所有病毒释放，此过程称为感染周期或复制周期。一个感染细胞一般释放的病毒数约为100-1000。,HIV的释放,二、病毒的非增殖性感染,病毒对敏感细胞的感染并不一定都能繁殖病毒，产生有感染性的病毒子代。由于病毒或细胞的原因，使病毒的复制在病毒进入敏感细胞后的某一阶段受阻，导致病毒感染的不完全循环，不产生有感染性的病毒子代。

14、,1、缺损病毒,有些病毒由于缺乏某些基因，单独感染细胞时不能复制出完整的、具有感染性的病毒颗粒，需要其他病毒基因组或病毒基因的辅助活性，否则即使在活细胞内也不能复制。有生物活性的缺损病毒包括4类：,（1）干扰缺损病毒 又称干扰缺损颗粒（defective interfering particles，DI颗粒），是病毒复制时产生的一类亚基因组的缺失突变体，必须依赖于其同源的完全病毒才能复制。DI基因组比其完全病毒小，复制更迅速，在与其完全病毒共感染时易占据优势，从而干扰其复制。 （2）卫星病毒 寄生于与之无关的辅助病毒的基因产物的病毒。基因组缺损，必须依赖于辅助病毒才能复制，它不是由其辅助病毒的

15、基因缺失产生的，是存在于自然界中一种绝对缺损病毒，形态结构和抗原性都与辅助病毒不同，基因组很少有同源性。卫星病毒现划归在亚病毒因子的卫星之中。,（3）条件缺损病毒 是一类基因组发生了突变的病毒条件致死突变体，在允许条件下能够正常繁殖，在限制条件下导致流产感染，也能干扰野生型病毒复制。 （4）整合的病毒基因组 某些温和噬菌体和肿瘤病毒感染宿主细胞后，病毒的基因组可整合于宿主染色体，并随细胞分裂传递给子代细胞。除非缺损的外源性RNA肿瘤病毒外，病毒整合感染的细胞没有感染性的病毒产生，只有在一定条件下，整合在宿主染色体的病毒基因组才能转入复制循环，产生有感染性的病毒颗粒。,2、顿挫病毒,有些宿主细胞

16、不能全部提供病毒复制所需的必要因子，致使所复制的病毒为不完整的、无感染性的病毒颗粒或亚颗粒。这类感染过程有以下3种类型：,（1）流产感染 病毒感染的细胞是病毒不能复制的非允许细胞，分为依赖于细胞的流产感染和依赖于病毒的流产感染。将导致依赖于细胞的流产感染。在非允许细胞内，缺失某些参与病毒复制的酶、tRNA或细胞因子，往往仅有少数病毒基因表达，不能完成病毒复制循环。允许细胞和非允许细胞是相对的，一种病毒的允许细胞可能是另一种病毒的非允许细胞，反之亦然。依赖于病毒的流产感染是由基因组不完整的缺损病毒引起，无论是感染允许细胞还是非允许细胞都不能完成复制循环。,（2）限制性感染 因细胞的瞬时允许性产生，其结果或是病毒持续存在于受染细胞内不能复制，直到细胞成为允许性细胞，病毒才能繁殖，或是一个细胞群体中仅有少数细胞产生病毒子代。 （3）潜伏感染 在受染细胞内有病毒基因组持续存在，但并无感染性病毒颗粒产生，而且受染细胞也不会被破坏。潜伏感染的另一个极端情况是由于病毒基因的功能表达导致宿主基因表达的改变，以致正常细胞转化为恶性细胞。,