病毒科学深度解析（病毒的相关概念）

病毒结构

一、病毒的三个特点：1、体积微小，只能用电子显微镜观察；2、结构简单，只有核酸基因和蛋白质外壳；3、超级寄生，在活细胞内寄生；二、病毒中的二种特殊情况：1、一种是类病毒（Viroids）：它是一种只含有RNA而缺少蛋白的具有感染性的独特因子。2、另一种是朊病毒（Prions)：它是一种只含蛋白，缺少核酸的具有感染性的特异因子。三、病毒的化学组成及其功能

病毒的化学组成及其功能

1、病毒核酸：是病毒的遗传物质，具有特异性。是病毒遗传和感染的物质基础。一种病毒的病毒颗粒只含一种核酸，要么是DNA，要么就是RNA；2、病毒的蛋白质：蛋白质是病毒的另一类主要成分，包括结构蛋白和非结构蛋白。非结构蛋白是指由病毒基因组编码的，在病毒复制或基因表达调控过程中具有一定功能，但不结合于病毒颗粒中的蛋白质。结构蛋白是指构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质，包括壳体蛋白、包膜蛋白和毒粒酶等。（1）壳体蛋白：是构成病毒壳体结构的蛋白质，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。壳体蛋白的主要功能是：A、构成病毒的壳体，保护病毒的核酸。B、无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒的吸附、侵入，决定病毒的宿主嗜性，同时它们还是病毒的表面抗原。（2）包膜蛋白：是构成病毒包膜结构的蛋白质，包括包膜糖蛋白和基质蛋白两类。主要功能是：A、是病毒的主要表面抗原，它们与细胞受体相互作用启动病毒感染发生，有些还介导病毒的侵入。B、还可能具有凝集脊椎动物红血球细胞、细胞融合以及酶等活性。C、基质蛋白构成膜脂双层与核衣壳之间的亚膜结构，具有支撑包膜、维持病毒结构的作用，并在病毒芽出成熟过程中发挥重要作用。（3）毒粒酶：根据功能大致分为两类：一类参与病毒侵入、释放等过程，如T4噬菌体的溶菌酶；一类参与病毒的大分子合成，如逆转录病毒的逆转录酶。

结构蛋白和非结构蛋白。

壳体蛋白、包膜蛋白、毒粒酶

3、病毒的脂质：不是所有病毒都含有脂质。含脂质的动物病毒 (包括人病毒)比植物病毒和噬菌体的数量多。病毒脂质包括胆固醇、甘油三酸酯以及磷脂(包括磷脂胆碱、磷脂醇胺、磷脂丝氨酸、鞘磷脂等)。4、病毒的碳水化合物：所有的病毒都含有碳水化合物,因所有的病毒都含有核酸,核酸中的碳水化合物是核糖或脱氧核糖。然而,某些病毒也含有非核糖碳水化合物,这有两种情况：（1）在某些噬菌体DNA中,有葡萄糖残基与嘧啶结合,如在偶数噬菌体,DNA中的5羟甲基胞嘧啶通过0-糖苷键与葡萄糖相连接；（2）在某些病毒的包膜中,多糖可与蛋白质相结合(即糖蛋白),或可与脂质相结合(即糖脂)。5、病毒的其它成分。四、病毒的发现 1、著名科学家巴斯德与狂犬病： 从病毒的发现到目前仅有百余年的研究历史,人类对病毒的记载却已经有四百多年了。早在1566年就有了关于疯狗咬人致病，即狂犬病的记载，并发现它能够传染给其它许多动物。说到狂犬病，人们自然会想到关于法国著名科学家巴斯德（Pasteur，1822-1895）那段脍炙人口的故事。1881年，巴斯德组成一个三人小组开始研制狂犬病疫苗。在寻找病原体的过程中，虽然经历了许多困难与失败，最后还是在患狂犬病的动物脑和脊髓中发现一种毒性很强的病原体（现经电子显微镜观察是直径25纳米～800纳米，形状像一颗子弹似的棒状病毒）。在细菌学说占统治地位的年代，巴斯德并不知道狂犬病是一种病毒致病，但从科学实践中他知道有侵染性的物质经过反复传代和干燥，会减少其毒性。他将含有病原的狂犬病的延髓提取液多次注射兔子后，再将这些减毒的液体注射狗，以后狗就能抵抗正常强度的狂犬病毒的侵染。1885年人们把一个被疯狗咬得很厉害的9岁男孩迈斯特尔（Meister）送到巴斯德那里请求抢救，巴斯德犹豫了一会后，就给这个孩子注射了毒性减到很低的上述提取液，然后再逐渐用毒性较强的提取液注射。巴斯德的想法是希望在狂犬病的潜伏期过去之前，使他产生抵抗力。结果巴斯德成功了，孩子得救了。迈斯特尔后来当了巴斯德研究所的守门人。在1886年还救活了另一位在抢救被疯狗袭击的同伴时被严重咬伤的15岁牧童朱皮叶，现在记述着少年的见义勇为和巴斯德丰功伟绩的雕塑就坐落的巴黎巴斯德研究所外。巴斯德在1889年发明了狂犬病疫苗，他还指出这种病原物是某种可以通过细菌滤器的“过滤性的超微生物”。

法国著名科学家巴斯德（Pasteur，1822-1895）

2、中国医学古籍的病毒病记载：我国早在10世纪就有接种人痘预防天花的记载，16世纪的明代则已经发明了用病人的皮痂磨成粉末通过鼻孔接种来预防此病的方法。在清代医学著作《种痘心法》中说：“其苗传种愈久，则药力之提拔愈清，人工之选炼愈熟，火毒汰尽，精气独存，所以万全而无害也。若时苗能连种七次，精加选炼，即为熟苗。”从这段文字看，我国人民在人痘苗选种培育上是完全符合现代疫苗的科学原理的。这种对人痘苗的选育工作，是和今天用于预防结核病的“卡介苗”的定向减毒选育而保存抗原性方法的原理完全一致的。

天花病毒

3、牛痘接种法的发明：公元1796年英国医生琴纳（Edward Jenner，1749-1823）接种牛痘预防天花试验成功，公元1798年发表了有关论文。种牛痘法于公元1805年（清嘉庆十年）由澳门的葡萄牙商人传入我国。因为牛痘比人痘更加安全，我国也逐渐用牛痘代替了人痘，并改进了种痘技术。因此病毒的人工免疫法是中国人发明，由英国人完善的。这也说明我国人民不仅善于发明创造，而且善于接受外来的科学文化，使我国固有的科学文化更加灿烂光辉。

牛痘接种法的发明

五、病毒的增殖

病毒的增殖

病毒的增殖图示

1、病毒的吸附：病毒的吸附 吸附是决定感染成功与否的关键环节。病毒吸附于敏感细胞需要病毒表面特异性的吸附蛋白与细胞表面受体相互作用。病毒吸附蛋白（virus attachment protein， VAP）一般由衣壳蛋白或包膜上的糖蛋白突起充当。细胞表面受体（也称为病毒受体，virus receptor）则为有效结合病毒粒子的细胞表面结构，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，其进入植物细胞的机制是通过伤口或媒介传播。2、病毒的侵入：主要是注射式侵入、细胞内吞、膜融合以及其它方式。每次病毒入侵，人体免疫系统就会记录下入侵病毒的身份特征，把它列入“黑名单”，以后“黑名单”上的病毒再次入侵，免疫系统就会主动出击，迅速将其消灭，保护人体细胞免受病毒攻击，由此，人体的免疫系统越来越强大。白细胞负责在人体内到处巡逻，被誉为“人体卫士”。白细胞非常活跃，也非常机警，可以从血管内部跳出来，也可以从血管外钻进血管，时刻保持高度戒备状态，到处寻找入侵的病毒。发现病毒入侵，白细胞会伸出触角，触角上有嘴，把病毒吞入腹中消化掉。所以，很多病毒入侵人体，人并不会发病，因为病毒被白细胞消灭了。但如果入侵的病毒数量庞大，免疫系统就会调动很多白细胞参加战斗，当势均力敌、战斗处于胶着状态时，身体就有了炎症，这时白细胞值就偏高了。3、病毒的脱壳：脱壳是指病毒感染性核酸从衣壳内释放出来的过程。有包膜病毒脱壳包括脱包膜和脱衣壳两个步骤，无包膜病毒只需脱衣壳，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，先后脱去包膜和衣壳。以膜融合方式侵入的病毒，其包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。4、生物合成：病毒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。在病毒进入宿主细胞后生物合成阶段，胞浆中无病毒颗粒，称为隐蔽期（eclipse）。5、病毒的装配：病毒装配需要的所有蛋白都是在细胞质内合成的。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医学教|育网搜集整理。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，残留在感染细胞中。6、病毒的释放：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为100～1000。

五、病毒的变异由于各种原因致使的病毒的遗传物质发生改变 。许多化学和物理因素均可以用来诱发突变，诸如亚硝酸、羟胺、高温等，另外，病毒变异时有时会产生机体耐药性。病毒容易发生变异。除类病毒外，病毒可以说是生命体中最简单的成员。它的遗传密码或基因组主要集中在核酸链上，只要这种核酸链发生任何变化都会影响它们后代的特性表现。病毒的突变是指基因组中核酸硷基顺序上的化学变化，可以是一个核苷酸的改变，也可为上百上千个核苷酸的缺失或易位。病毒复制中的自然突变率10-5～10-8，而各种物理、化学诱变剂（Mutagens）可提高突变率，如温度、射线、5-溴尿嘧啶、亚硝酸盐等的作用均可诱发突变。突变株与原先的野生型病毒（Wild-type virus）特性不同，表现为病毒毒力、抗原组成、温度和宿主范围等方面的改变。病毒突变主要有二种类型：1、位点突变：指病毒的基因组的核苷酸碱基发生了改变，这就使由基因组控制的病毒多肽的特性受到影响。2、缺失突变：指病毒基因组一部分被丢失，从而使病毒的特性发生改变。六、病毒的重组：病毒重组的几率很小，几乎只有万亿分之一。但是病毒很多，所以有很多病毒无时无刻都在重组。但是除了朊病毒之外，其他的病毒都可以杂交。（朊病毒是由蛋白质外壳组成的病毒，口蹄疫就是这个）病毒重组是由外壳里面的RNA或者DNA（也就是我们常说的遗传因子）相互解旋，然后从组。也就是一个繁殖的过程，一旦繁殖过程中出现失误，那么一个变异物种就会出现。病毒与其它生物体一样，通过遗传来繁衍后代，保持物种的稳定性，由于病毒基因组小，复制周期短，因此病毒在复制过程中变异率较高，病毒的变异率高，体现病毒的适应性强，生存能力强。

七、病毒的传播：

病毒的传播