高中生物 有關(guān)病毒知識(shí)的匯總.doc

高中生物學(xué)中有關(guān)病毒知識(shí)的概括與總結(jié)病毒是一類非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物。由于它的結(jié)構(gòu)與高等動(dòng)植物及其他生物完全不同，所以生物學(xué)家在分類時(shí)將它作為特殊的一類，單獨(dú)列為病毒界。在高中生物學(xué)以及高考中也經(jīng)常涉及有關(guān)病毒的知識(shí)點(diǎn)及考點(diǎn)。1.高中生物學(xué)涉及的有關(guān)病毒的基本知識(shí)病毒形體極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察到，一般可以通過細(xì)菌濾器(一般的直徑為1-10m，而多數(shù)病毒的直徑在100 nm左右)。病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要成分僅為核酸和蛋白質(zhì)兩種。核酸位于病毒粒子的中心，構(gòu)成了它的核心或基因組，蛋白質(zhì)包圍在核心周圍，構(gòu)成病毒粒子的衣殼。衣殼對(duì)核酸有保護(hù)作用，是病毒粒子的抗原成分。它們共同稱為核衣殼，是任何病毒(指“真病毒”)所必需的基本結(jié)構(gòu)。有些較復(fù)雜的病毒，在其核衣殼外還有一層囊膜包被。每一種病毒只含有一種核酸，不是DNA就是RNA，這也是病毒分類的依據(jù)之一。如DNA病毒有：噬菌體、皰疹病毒、各種腺病毒等。RNA病毒有：艾滋病毒、煙草花葉病毒、車前草病毒等。病毒在宿主的活細(xì)胞內(nèi)寄生生活。不同的病毒只能寄生在特定的宿主細(xì)胞內(nèi)，具有專一性，這也是病毒分類的另一個(gè)重要依據(jù)。如專門寄生在動(dòng)物細(xì)胞中的稱為動(dòng)物病毒(艾滋病毒等)，專門寄生在植物細(xì)胞中的稱為植物病毒(煙草花葉病毒等)，專門寄生在細(xì)菌細(xì)胞中的稱為細(xì)菌病毒(噬菌體)。病毒在宿主細(xì)胞的協(xié)助下，以核酸的復(fù)制和核酸蛋白裝配的形式進(jìn)行增殖，不存在個(gè)體的生長(zhǎng)和均等分裂等細(xì)胞繁殖方式。病毒的增殖必須在宿主細(xì)胞中完成。離開宿主細(xì)胞，病毒能以無生命的化學(xué)大分子狀態(tài)存在，并可形成結(jié)晶。以高中生物學(xué)中最常見的噬菌體為例：噬菌體的繁殖一般可分為五個(gè)階段：即吸附一侵入增殖(復(fù)制與生物合成)成熟(裝配)裂解(釋放)。整個(gè)過程必須在它的宿主活細(xì)胞中完成。病毒對(duì)一般抗生素不敏感，但對(duì)干擾素敏感，所以人體在平常生活如果因感染了由病毒而引起疾病，使用抗生素治療是沒有效果的。2.高中生物學(xué)中有關(guān)病毒知識(shí)的應(yīng)用2.1部分病毒能誘發(fā)人的細(xì)胞癌變，是三大類致癌因子之一病毒的致癌性主要是因?yàn)樗鼈兒胁《景┗蛞约芭c致癌有關(guān)的核酸系列。它們通過感染人體細(xì)胞后，將其基因組整合進(jìn)入人的基因組中，從而誘發(fā)人體的細(xì)胞癌變，如Rous肉瘤病毒等。據(jù)英國(guó)流行病學(xué)家對(duì)癌癥誘因的統(tǒng)計(jì)分析，病毒感染占10-15。2.2赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)1952年，赫爾希和蔡斯以12噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記的新技術(shù)充分證明了親代的各種性狀是通過DNA遺傳給后代的，從而說明了遺傳物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)。2.3艾滋病的病原體是HIVHIV的遺傳物質(zhì)是單鏈的RNA，單鏈RNA結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定，易變異。這也是艾滋病藥物難以研制的原因所在。2.4有關(guān)病毒的免疫問題由于病毒都是營(yíng)寄生生活。所以在病毒的感染過程中，人體往往是先通過體液免疫的作用來阻止病毒通過血液循環(huán)而擴(kuò)散，再通過細(xì)胞免疫的作用來裂解靶細(xì)胞，使病毒沒有藏身之所而被抗體消滅。2.5病毒在基因工程中的應(yīng)用隨著病毒分子生物學(xué)研究的日益深入，人們對(duì)病毒的結(jié)構(gòu)與功能也有了越來越深刻的認(rèn)識(shí)，并能運(yùn)用DNA的體外操縱技術(shù)，把病毒改造成不同外源基因的優(yōu)良載體，通過它們，可以把任何動(dòng)物、植物或微生物的目的基因?qū)氲胶线m的受體系統(tǒng)中，從而獲得具有新性狀的“工程細(xì)胞”或“工程菌”。2.5.1噬菌體可作為原核生物基因工程的載體眾多噬菌體中Ecoli的入噬菌體是目前科學(xué)家研究最為詳盡的雙鏈DNA噬菌體。入噬菌體作為遺傳工程載體時(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如載有外源基因的重組入噬菌體可整合到宿主核基因組上，進(jìn)而同步復(fù)制。入噬菌體感染致率幾乎達(dá)100，以及宿主范圍窄，使用安全等。2.5.2動(dòng)物DNA病毒作為動(dòng)物基因工程的載體常見的用作動(dòng)物基因工程載體的動(dòng)物DNA病毒有SV40、人的腺病毒等，它們與目的基因形成重組DNA分子后，通常采用顯微注射法來處理受體細(xì)胞。2.5.3植物病毒作為植物基因工程的載體植物基因工程相對(duì)而言，起步較晚，研究最多的是土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒作載體，農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可能移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞染色體DNA上，從而可以使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和長(zhǎng)久。迄今為止，約80的轉(zhuǎn)基因植物都是通過這方法獲得的。當(dāng)然，除此之外，針對(duì)不同受體植物，還有基因槍法和花粉管通道法等。2.6在動(dòng)物工程中的應(yīng)用在動(dòng)物細(xì)胞工程中一項(xiàng)重要的技術(shù)手段是動(dòng)物細(xì)胞的融合技術(shù)，在動(dòng)物細(xì)胞融合過程中，促融的方法很多，其中采用滅活的病毒促融是動(dòng)物細(xì)胞融合區(qū)別于植物體細(xì)胞雜交的方法之一。使用一定的物理或化學(xué)手段殺死病毒，既不損害它們體內(nèi)的有用抗原，從而使滅活的病毒既保留了誘導(dǎo)細(xì)胞融合的能力，又不會(huì)感染細(xì)胞。高中生物學(xué)中有關(guān)病毒知識(shí)的整合病毒因其結(jié)構(gòu)的特殊性，生物學(xué)家在分類上將它單獨(dú)列為病毒界。在高中生物學(xué)教材中，有關(guān)病毒的知識(shí)在不同模塊和章節(jié)中均有零散的表述，而高考試題也經(jīng)常涉及相關(guān)知識(shí)的考查。將零散的知識(shí)進(jìn)行整合與歸納，建構(gòu)新的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，是高三復(fù)習(xí)的有效策略。下面結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，以病毒為“錨”，來歸納高中生物學(xué)中有關(guān)病毒的應(yīng)用價(jià)值。 1.運(yùn)載目的基因 運(yùn)載體是基因工程的重要工具。在基因工程操作過程中使用運(yùn)載體有2個(gè)目的：用來做運(yùn)載工具，把目的基因送到受體細(xì)胞中；利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制(克隆)。 目前使用的運(yùn)載體有以下2類：一類是細(xì)菌的質(zhì)粒，它是一種相對(duì)分子質(zhì)量較小、獨(dú)立于染色體DNA之外的環(huán)狀的DNA(一般在1200kb左右)；另一類是噬菌體或病毒。隨著病毒分子生物學(xué)研究的日益深入，人們對(duì)病毒的結(jié)構(gòu)與功能也有了越來越深刻的認(rèn)識(shí)，并能運(yùn)用DNA的體外操縱技術(shù)，把病毒改造成不同外源基因的優(yōu)良載體，通過它們，可以把動(dòng)物、植物或微生物的目的基因?qū)氲胶线m的受體系統(tǒng)中，從而獲得具有新性狀的“工程細(xì)胞”或“工程菌”。 這里還要說明的是：最常用的噬菌體載體是大腸桿菌的噬菌體。噬菌體的遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA，大小在50kb左右。噬菌體作為基因工程載體時(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如載有外源基因的重組噬菌體可整合到宿主核基因組上，進(jìn)而同步復(fù)制。噬菌體感染率幾乎達(dá)100，且宿主范圍窄，使用安全。如果將DNA上的cos基因接pBR322質(zhì)粒的抗氨芐青霉素基因上，就會(huì)形成一種新的載體，把這種載體叫做，裝配型質(zhì)粒，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠容納極大的外源DNA(可以達(dá)到3540kb)。還有一種運(yùn)載體需要提及的是噬菌體M13，因?yàn)樗菃捂湵容^適合于單鏈DNA的運(yùn)載，如果進(jìn)行單鏈DNA的克隆，就必須使用噬菌體M13。噬菌體M13在Sanger法測(cè)定DNA序列中被廣泛應(yīng)用。 2.促進(jìn)動(dòng)物細(xì)胞的融合 在動(dòng)物細(xì)胞工程中一項(xiàng)重要的技術(shù)手段是動(dòng)物細(xì)胞的融合技術(shù)。目前誘導(dǎo)細(xì)胞融合的方法有：物理的、化學(xué)的和生物的方法。物理的方法主要是利用震動(dòng)、離心、電刺激等手段來處理細(xì)胞；化學(xué)方法是利用聚乙二醇(PEG)等化學(xué)物質(zhì)來誘導(dǎo)細(xì)胞融合；而生物的方法是指利用滅活的病毒來促使細(xì)胞融合。那么病毒為什么能起到促融作用，目前的解釋是：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能夠與細(xì)胞膜表面的糖蛋白發(fā)生作用，使得細(xì)胞之間相互凝集，使細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子重新排列，細(xì)胞膜打開，細(xì)胞發(fā)生融合。使用活的病毒是不行的，必須是滅活的病毒，這種病毒是用物理或者化學(xué)的方法將病毒殺死，但又不損害其有用的抗原。滅活的病毒既保留了誘導(dǎo)細(xì)胞融合的能力又不感染細(xì)胞，對(duì)于細(xì)胞是安全的。世界上最早的滅活病毒是從日本的仙臺(tái)一實(shí)驗(yàn)室分離出來的，因此往往叫做“滅活的仙臺(tái)病毒”。但是應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)還有很多實(shí)際問題，比如細(xì)胞的感染率比較低、細(xì)胞融合的速度緩慢、反應(yīng)條件要求高、融合體的去病毒困難等，還有待進(jìn)一步地探索和研究。目前細(xì)胞融合技術(shù)主要是采用聚乙二醇(PEG)和電刺激等技術(shù)。 3.誘發(fā)細(xì)胞癌變 細(xì)胞癌變的原因十分復(fù)雜，致癌因素很多，歸納起來主要有物理、化學(xué)、病毒三類致癌因子，可見，部分病毒能誘發(fā)細(xì)胞癌變。研究表明，病毒的致癌性主要是因?yàn)樗鼈兒胁《景┗蛞约芭c致癌有關(guān)的核酸系列。它們通過感染人體細(xì)胞后，將其基因組整合進(jìn)入人的基因組中，從而誘發(fā)人體的細(xì)胞癌變，如Rous肉瘤病毒等。據(jù)英國(guó)流行病學(xué)家對(duì)癌癥誘因的統(tǒng)計(jì)分析，病毒感染約占1015。 4.承當(dāng)抗原 抗原的基本性質(zhì)是：異物性、大分子性和特異性。異物性是指進(jìn)入機(jī)體組織內(nèi)的抗原物質(zhì)，它必須與該機(jī)體組織細(xì)胞的成分不同。 抗原的基本含義有4點(diǎn)：大都是指進(jìn)入機(jī)體內(nèi)的外來物質(zhì)，如細(xì)菌、病毒、花粉等；抗原也可以是不同物種間的物質(zhì)，如馬的血清進(jìn)入兔子體內(nèi)，馬血清中某些蛋白質(zhì)就成為兔子的抗原；同種異體間的物質(zhì)也可以成為抗原，比如血型、免疫移植等；自體內(nèi)的某些隔絕成分也可以成為抗原，如眼睛的晶體蛋白、精子、甲狀腺球蛋白等。 但一般意義上的抗原指的是病菌、病毒一類的病原微生物，因此病毒可以做為抗原的一種。由于病毒都是營(yíng)寄生生活。所以在病毒的感染過程中，人體往往是先通過體液免疫的作用來阻止病毒通過血液循環(huán)而擴(kuò)散，再通過細(xì)胞免疫的作用來裂解靶細(xì)胞，使病毒沒有藏身之所而被抗體消滅。 5.作為疫苗 疫苗是將病原微生物(如細(xì)菌、立克次氏體、病毒等)及其代謝產(chǎn)物，經(jīng)過人工減毒、滅活或利用基因工程等方法制成的，用于預(yù)防傳染病的自動(dòng)免疫制劑。疫苗保留了病原菌刺激動(dòng)物體免疫系統(tǒng)的特性。當(dāng)動(dòng)物體接觸到這種不具傷害力的病原菌后，免疫系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生一定的保護(hù)物質(zhì)，如免疫激素、活性生理物質(zhì)、特殊抗體等；當(dāng)動(dòng)物再次接觸到這種病原菌時(shí)，動(dòng)物體的免疫系統(tǒng)便會(huì)依循其原有的記憶，制造更多的保護(hù)物質(zhì)來阻止病原菌的傷害。 有的人會(huì)擔(dān)心病毒在人體內(nèi)會(huì)繁殖，這是不可能的。因?yàn)檫x用免疫原性好的細(xì)菌、病毒、立克次體等，經(jīng)人工培養(yǎng)，再用物理或化學(xué)的方法將其殺死后才能制成疫苗。因此這種疫苗已經(jīng)失去繁殖力，但仍然保留其免疫原性。死疫苗進(jìn)入人體后不能生長(zhǎng)繁殖，對(duì)機(jī)體刺激時(shí)間較短，但要獲得持久免疫力還需多次重復(fù)接種。當(dāng)然在接種的疫苗中也有活的，它們是用人工定向變異的方法，或從自然界篩選出毒力較弱或基本無毒的活微生物制成活疫苗或減毒活疫苗。常用的活疫苗有卡介苗、麻疹疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗等。接種后在體內(nèi)有生長(zhǎng)繁殖能力，接近于自然感染，可以激發(fā)機(jī)體對(duì)病原體的持久免疫力?；钜呙缬昧枯^小，免疫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其免疫效果優(yōu)于死疫苗。 6.研究遺傳物質(zhì)的模型 1944年艾弗里及其同事的研究證實(shí)了DNA是遺傳物質(zhì)，但是仍然有人提出疑議，因?yàn)榘ダ锏膶?shí)驗(yàn)中提取的DNA純度并沒有達(dá)到100，就是說還有一定數(shù)量的蛋白質(zhì)與DNA捆綁在一起。因此有的科學(xué)家就設(shè)想：能不能把DNA和蛋白質(zhì)分開，直接地、單獨(dú)地去觀察DNA和蛋白質(zhì)的作用。1952年美國(guó)的生物學(xué)家赫爾希、蔡斯及其合作者運(yùn)用了放射性元素示蹤法，對(duì)“什么物質(zhì)管遺傳”這個(gè)問題進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。他們把放射性32P和放射性35S分別標(biāo)記在噬菌體的雙鏈DNA分子和蛋白質(zhì)分子上，來測(cè)定噬菌體侵染細(xì)菌的情況。赫爾希發(fā)現(xiàn)，只有噬菌體的DNA分子能夠進(jìn)入細(xì)菌而蛋白質(zhì)分子卻留在外面。當(dāng)DNA分子進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞以后，細(xì)菌細(xì)胞里就產(chǎn)生了成百上千的小的噬菌體。關(guān)于噬菌體的研究再次證明了DNA帶有全部的遺傳信息。由于赫爾希和德爾布魯克由于對(duì)遺傳學(xué)的突出貢獻(xiàn)，被當(dāng)時(shí)的科學(xué)界稱為“信息學(xué)派”的代表人物，而他們利用的遺傳物質(zhì)的模型恰恰是噬菌體。 7.影響生物的進(jìn)化 病毒作為一種特殊的存在形式，在進(jìn)化上具有獨(dú)特的地位和作用。病毒營(yíng)寄生生活，現(xiàn)代研究表明：已知大多數(shù)病毒能利用細(xì)胞的復(fù)制系統(tǒng)將病毒基因組永久地移植在宿主中，從而為宿主后代加入病毒的基因，進(jìn)而發(fā)展成為宿主物種基因組中的重要組成部分，這在生物進(jìn)化中起著舉足輕重的作用。病毒的數(shù)量巨大，加之極大的繁殖能力和極快的突變速度，因而使它成為基因進(jìn)化的主要源泉。同時(shí)又由于病毒的感染能力和傳播范圍，這將有助于它們進(jìn)入其他生物體，從而影響生物的進(jìn)化。病毒專題知識(shí)歸納1 知識(shí)歸納：1.1病毒是一類體積微小的、結(jié)果簡(jiǎn)單的非細(xì)胞型微生物。它是一種嚴(yán)格的胞內(nèi)寄生生物，只有寄生在活細(xì)胞中才能生存，屬于消費(fèi)者。因此，培養(yǎng)病毒的培養(yǎng)基中必須有活細(xì)胞。1.2病毒的結(jié)構(gòu)：病毒主要是由蛋白質(zhì)和核酸兩部分構(gòu)成。核酸位于病毒的內(nèi)部，構(gòu)成病毒的核心。外面是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的衣殼包圍，衣殼上有抗原決定簇，它決定著病毒抗原的特異性等功能。一種病毒只含有一種核酸：DNA或RNA。核酸中貯存著病毒的全部遺傳信息，控制著病毒的一切性狀，如病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)、致病性等。1.3病毒的分類：根據(jù)病毒寄生的宿主細(xì)胞不同，可分為動(dòng)物病毒、植物病毒和細(xì)菌病毒。動(dòng)物病毒有乙肝病毒、流感病毒、麻疹病毒等，植物病毒煙草花葉病毒、車前草病毒等，細(xì)菌病毒也稱為噬菌體。根據(jù)病毒內(nèi)的遺傳物質(zhì)不同，可分為DNA病毒和RNA病毒。DNA病毒有乙肝病毒、噬菌體等，RNA病毒有禽流感病毒、艾滋病毒、SARS病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、EV71病毒等。1.4病毒的代謝與繁殖病毒的代謝與繁殖只能在宿主的活細(xì)胞中進(jìn)行。因?yàn)椴《救狈π玛惔x所需要的酶和能量，所以他不能獨(dú)立地進(jìn)行新陳代謝；它缺乏復(fù)制增殖所需的原料、能量、酶、場(chǎng)所、運(yùn)輸工具等，所以也病毒不能獨(dú)立繁殖。病毒進(jìn)入細(xì)胞，一般包括吸附注入復(fù)制合成組裝釋放等環(huán)節(jié)。其中，“注入”的只是病毒的DNA或RNA，蛋白質(zhì)外殼殘留在細(xì)胞的外面；“合成”過程中，是以病毒的DNA或RNA為模板進(jìn)行遺傳物質(zhì)的復(fù)制，包括蛋白質(zhì)的合成的原料都來自宿主細(xì)胞。1.5 病毒的遺傳物質(zhì)病毒的遺傳物質(zhì)只能是DNA或RNA。其中，DNA病毒的