第四章 非細胞微生物.ppt

1、第四章非細胞球微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，前言第一節(jié)細小病毒(指真細小病毒)第二節(jié)亞細小病毒，非細胞球生物是細小病毒(virus )，在歷史上人們已經(jīng)與細小病毒有接觸，公元前23世紀(jì)中國和印度有天花的記載，細小病毒的發(fā)現(xiàn)為1890，俄羅斯植物病理學(xué)家d . 1898年，荷蘭學(xué)者M.W.Beijerinek首次提出這個細小病毒是“傳染性活性液”或“細小病毒”，從此揭開了現(xiàn)代病毒學(xué)的歷史。 另外，各種動物、植物病毒病相繼被發(fā)現(xiàn)，電子顯微鏡的應(yīng)用促進了病毒學(xué)的發(fā)展，1971年以后，人們相繼發(fā)現(xiàn)了各種亞細小病毒類細小病毒(1971 Diener )朊病毒(1982 Prusiner )和仿真細小病毒(Gibbs

2、，1983 ) 的人們對細小病毒本質(zhì)的認識是非細胞球生物真細小病毒：至少含有核酸和蛋白質(zhì)兩種成分的亞細小病毒類細小病毒：僅含有具有獨立侵入性的RNA成分的擬細小病毒：僅含有不具有獨立侵入性的RNA成分的朊病毒：僅含有單一蛋白質(zhì)成分，在此細小病毒非細胞球生物(真病毒) 和亞細小病毒進行討論，從給定的細小病毒特征總結(jié)非細胞球大分子結(jié)構(gòu)，在特異的活細胞球內(nèi)寄生現(xiàn)象的生物狀態(tài)和細胞球外無生物狀態(tài)交替僅包含核酸或DNA或RNA。 真細小病毒的定義：亞細小病毒(特別是朊病毒的存在)由于很難為細小病毒給出正確的定義，因此這里真細小病毒的定義是，細小病毒是一種超顯微的非細胞球生物，各細小病毒只含有一種核酸的這

3、些個特異地寄生在活著的細胞內(nèi)，通過宿主細胞代謝系統(tǒng)的協(xié)同使核酸、 在只能復(fù)制合成蛋白質(zhì)等成分，然后組裝增殖的離體狀態(tài)下，沒有生命的大分子狀態(tài)長期存在，維持著感染活性。 第一節(jié)細小病毒(指真細小病毒)、細小病毒的特點：身體極微小，必須用電子顯微鏡觀察。 一般由于細菌過濾煙嘴沒有細胞結(jié)構(gòu)，分子生物的主要成分只有核酸和蛋白質(zhì)，沒有核酸或DNA或RNA的生產(chǎn)能力，沒有蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，沒有宿主細胞球的配合，通過核酸復(fù)制和核蛋白質(zhì)的組合進行增殖的生物的所有地方(因為是活的細胞球內(nèi)寄生物)都必須與其相應(yīng)的細小病毒，因此進行研究一、細小病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分(一)、細小病毒的大小，大部分細小病毒都可以通過細

4、菌過濾煙嘴，必須用電子顯微鏡觀察其形態(tài)和大小。 測定時以毫微米(nm 10-9m )為單位，多數(shù)病毒粒子的d (直徑)為100nm左右，最大最小的細小病毒菜豆畸形低細小病毒為911nm，小于血清白蛋白分子(詳見本第64頁)。 (二)形態(tài)，1 .典型的病毒粒子結(jié)構(gòu)：細小病毒又稱病毒粒子(virion即細小病毒體)，是指成熟結(jié)構(gòu)完整的單一細小病毒，主要成分為核酸和蛋白質(zhì)。 核酸位于病毒粒子的中心，構(gòu)成核(core )或染色體組(genome )的蛋白質(zhì)圍繞核的周圍，構(gòu)成病毒粒子的膠囊(capsid )。 衣殼是病毒粒子的主要心臟支架結(jié)構(gòu)和Ag成分，具有保護核酸的作用。 衣殼由許多電子顯微鏡可見的形

5、態(tài)單位衣殼粒子(capsomere或capsomer )構(gòu)成，核與衣殼合稱為核衣殼，這是(真正的)細小病毒所必需的基本構(gòu)造。 復(fù)雜的細小病毒核殼外有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的被膜。復(fù)膜有刺突(spike )等附著物，該復(fù)膜來源于宿主胞質(zhì)膜，經(jīng)細小病毒改造成具有獨特抗原特性的膜狀構(gòu)造，有時被醚等有機溶劑破壞。 您可以選擇、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、被膜粒子、2 .病毒粒子的對稱體制、細小病毒是由同一蛋白質(zhì)亞單位粒子組成的病毒粒子，通常只能形成螺旋對稱和二十面體對稱(等軸對稱)兩個體制，前者能使

6、核酸與蛋白質(zhì)亞單位之間的接觸更緊密， 后者以特別有利于核酸分子的高卷曲的形式被小體積的衣服包裹，螺旋對稱和螺旋對稱無被膜棒狀：煙草花葉細小病毒(TMV )等對稱體制絲狀：大腸菌群的f1，fd， M13噬菌體等有被膜卷縮狀：正粘細小病毒(流感細小病毒)等彈狀：狂犬病，水泡性口膜炎細小病毒等二十面體對稱無被膜小型：脊髓灰質(zhì)細小病毒宏命令噬菌體等大型：有腺病毒等被膜：有皰疹病毒等復(fù)合對稱無被膜：大腸菌的偶數(shù)噬菌體(蝌蚪狀) 等的被膜有：牛痘細小病毒(板磚狀)、3 .細小病毒的集團形態(tài)(1)包涵體位于感染某細小病毒的宿主細胞球內(nèi)，多位于細胞質(zhì)內(nèi)； 少數(shù)位于細胞核，吃堿性，在質(zhì)、核中。 根據(jù)包涵體的特點

7、可將這些個分為4類：細小病毒的集合體多由動物病毒構(gòu)成的包涵體是細小病毒的合成部位。 是由細小病毒蛋白質(zhì)和與細小病毒感染相關(guān)的蛋白質(zhì)組成的非細小病毒性包涵體：某些化學(xué)因子是不屬于細菌感染也能形成的細小病毒的集團形態(tài)。 包涵體在實際應(yīng)用中有兩個方面：一是細小病毒病的診斷鑒定；二是用于昆蟲等生物防治的染色體組型多角體細小病毒和質(zhì)型多角體細小病毒。 (2)將噬菌斑、少量噬菌體與大量敏感菌混合，加入到約45個瓊脂中，培養(yǎng)平板后，在平板表面生長菌苔的背景下出現(xiàn)肉眼可見的透明且不長的菌圓斑，這就是噬菌斑。 一般一個噬菌體感染一個細菌并增殖后，釋放出大量子群的噬菌體，感染周圍的細菌細胞球，又增殖分解，經(jīng)過多次

8、重復(fù)的結(jié)果，噬菌斑只是收集“負的菌落”。 噬菌斑的形成可用于噬菌體的檢測、分離(純化)和訂正。 (3)在空斑和病斑、噬菌斑的啟發(fā)下，發(fā)明了單層動物細胞球上的空斑訂正數(shù)法，在復(fù)蓋薄層瓊脂的單層細胞球上，如果細胞球感染細小病毒，增殖的細小病毒就只能擴散到鄰近的細胞球，最終用像噬菌斑一樣的空斑，如中性紅等活性染料染色，就可以區(qū)別死亡和活細胞的單層細胞就是腫瘤病毒(4)枯斑是植物葉上的植物病毒病群，即細小病毒使植物細胞球產(chǎn)生的壞死巢。 (三)三種典型形態(tài)的細小病毒1 .螺旋對稱的代表煙草花葉細小病毒(TMV )含有棒狀長度為300nm、寬度為15nm、中空(內(nèi)徑為4nm )為95%的蛋白質(zhì)和5%的單鏈

9、RNA(ssRNA )，即衣粒沿逆時針方向螺旋排列共計130轉(zhuǎn)(每轉(zhuǎn)) 16 .有33個殼粒)，ssRNA含有6390個核苷酸，分子量為2106，離中心軸4nm，在蛋白質(zhì)的殼內(nèi)以相等的間距纏繞，3個核苷酸和1個殼粒結(jié)合，每周含有49個核苷酸。2、二十面體對稱的代表性腺病毒，其動物病毒外形為典型的二十面體，呈球狀，無被膜，直徑7080nm有12個角，20個面，有30個邊，外殼由252個殼粒構(gòu)成，內(nèi)分布有被稱為五鄰體的殼粒12個頂角， 被稱為六鄰體的240個衣殼粒子分布在20個面上，每隔五鄰體前端突出有帶有掌門人的蛋白質(zhì)纖維，這被稱為刺突。 其核心是線性雙鏈DNA(dsDNA )。 所有腺病毒(不

10、論宿主和血清型)染色體組均為36500個核酸對。 3復(fù)合對稱的代表性t雙位數(shù)噬菌體、Ecoli的t雙位數(shù)噬菌體共有3種T2，T4和T6，分布范圍T4最清晰. T4 (圖)由頭部、頸部和尾部三個部分組成，頭部為二十面體對稱，尾部為螺旋對稱，故稱為復(fù)合對稱。 頭部的二十面體有212個涂層顆粒，核心是線狀dsDNA。 頭和尾之間有項圈和脖子胡子的構(gòu)造。 項圈均為六角形盤狀，6條頸必須從項圈伸出，其功能包括吸附前的尾絲，尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾絲5個部分構(gòu)成。 尾鞘是用殼粒圍繞24環(huán)的螺旋。 尾管中央有細孔，是頭部核酸注入宿主細胞球的必由之路。 尾管也由24環(huán)螺旋組成，正好與尾鞘相對應(yīng)，尾部的

11、基板與項圈同樣為六角、皿狀、中空，尾線等長的2段，可以吸附在宿主細胞球的專一性接納體上。 (4)細小病毒的核酸、細小病毒的核酸種類很多，是分類的分子基礎(chǔ)，細小病毒的核酸類型可以區(qū)分DNA、RNA、單鏈結(jié)構(gòu)(ss single strand )、雙鏈結(jié)構(gòu)(ds double strand )，另外，也可以對核酸進行更細致的分析比較。 請參照表格。 總的來說，動物病毒以線狀dsDNA和ssRNA多，植物病毒病以ssRNA為主，噬菌體以線狀dsDNA多，迄今發(fā)現(xiàn)的真菌細小病毒為dsRNA，藻類細小病毒均為dsDNA。兩種(噬菌體)細小病毒及其繁殖方式，(一)原核生物細小病毒噬菌體1 .一般介紹噬菌體

12、(bacteriophage，phage )，迄今大多數(shù)微生物發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的噬菌體，Bradley(1967 ) 相反，它被稱為溫和的噬菌體。 裂性噬菌體經(jīng)歷的繁殖過程稱為裂解性生活周期或增殖性生活周期，現(xiàn)在以t雙位數(shù)噬菌體為代表介紹這五個階段，(1)吸附(adsorption )噬菌體與宿主細胞球在溶液中相遇時，尾絲頂端接觸宿主表面的特異接納體即可牽頭彎曲的尾線附著在接納體上，影響尾刺吸附的因素：噬菌體量、宿主細胞表面特異接納體的數(shù)量決定吸附噬菌體的數(shù)量，各敏感細胞球可吸附的噬菌體的數(shù)量為感染多個(m.o.i，multiplicity of infection ) 大量噬菌體在云同步上吸附一個

13、敏感細胞球時，由于噬菌體尾管口沾有少量溶血工作團隊，宿主細胞表面出現(xiàn)突然地“千瘡百孔”開裂，該超m.o.i的外來噬菌體吸附引起的子噬菌體開裂是自外開裂(lysis from 色氨酸等輔助因子，促進生物素吸附的PH :中性有利于吸附，小于5和超過10則不利的溫度：最佳生長溫度有利于吸附。(2)侵入(penetration )、吸附后，尾板從尾絲得到一個結(jié)構(gòu)刺激，尾鞘的亞單位發(fā)生復(fù)雜位移，縮短為原來長度的一半，推出尾管插入細胞貼壁和膜，頭部核酸通過尾管注入宿主細胞球，蛋白質(zhì)殼殘留在細胞貼壁外，這一時間較短的2種不影響那個孩子的數(shù)量。 它們相互排斥。相反，被排斥的噬菌體增殖，減少噬菌體的釋放量稱為抑

14、制作用。 (3)增殖(replication )，增殖包括核酸的復(fù)制和蛋白質(zhì)的生物合成。 首先，噬菌體以其核酸中的遺傳信息向宿主細胞球發(fā)出指令，提供“藍攝影圖片”，使宿主的代謝途徑轉(zhuǎn)向噬菌體的“成分”和“零配件”，所述“原料”可以從宿主的原核酸等的分解、代謝庫內(nèi)的儲藏物或環(huán)境中攝取， 合成大量“零配件”后強烈噬菌體的增殖按其核酸類型可分為3種，即早期、次早期、晚期基因依次轉(zhuǎn)錄、翻譯、復(fù)制的dsDNA噬菌體方式。 以第一種方式解說了用小蘿莉模型復(fù)制ssDNA的二十面體噬菌體(x174 )和絲狀噬菌體(f1 )的方式，用“花”復(fù)制a蛋白質(zhì)(成熟蛋白質(zhì))，用第一種方式解釋了復(fù)制外殼蛋白質(zhì)和復(fù)制酶催化

15、劑蛋白質(zhì)(復(fù)制RNA用)的方式。 當(dāng)噬菌體的dsDNA入侵細胞球時，在宿主原來的RNA多聚酶上轉(zhuǎn)錄噬菌體的早期mRNAmRNA，然后轉(zhuǎn)錄到噬菌體的早期蛋白的現(xiàn)象也被稱為早期轉(zhuǎn)錄，其中早期蛋白的種類很多， 最重要的只是噬菌體下一個早期的mRNA多聚酶，而T4等早期蛋白稱為修飾蛋白，其特點是沒有RNA多聚酶能力，可與原細胞球的RNA多聚酶結(jié)合，修飾后者，只能轉(zhuǎn)錄噬菌體下一個早期基因在早期蛋白中利用新合成或改變的RNA多聚酶轉(zhuǎn)錄噬菌體的二級早期基因，產(chǎn)生二級早期mRNA的過程中該mRNA指代二級早期mRNA的進一步轉(zhuǎn)錄，二級早期轉(zhuǎn)錄結(jié)果產(chǎn)生多種二級早期蛋白，涉及分解宿主細胞球DNA的DNA酶催化劑，

16、 復(fù)制噬菌體DNA的DNA多聚酶，HMC(5- )晚期轉(zhuǎn)錄是指在完成新噬菌體DNA的復(fù)制后，將晚期基因轉(zhuǎn)錄作用生成晚期mRNA，可以通過晚期轉(zhuǎn)換用于子噬菌體酶催化劑的部分晚期蛋白質(zhì)，即頭部塔大量生成各種組裝蛋白質(zhì)(約30種)和溶菌工作團隊等，由此完成核酸復(fù)制和各種蛋白質(zhì)的生物合成。 各種核酸型細小病毒的復(fù)制，重要的是下一代v的生物科學(xué)特性遺傳到子v，即用不同種類的核酸使遺傳信息轉(zhuǎn)移到v的mRNA，Baltimore1971將其分類為6種。 DNA細小病毒雙鏈DNA的復(fù)制：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯都遵循“中心法則”。 DNA能夠復(fù)制的數(shù)字大板塊，能夠以半保留復(fù)制方式復(fù)制子DNA，翻譯成成熟v所需要的外衣蛋白質(zhì)。 DNA細小病毒ssDNA的復(fù)制是所有ssDNA細小病毒的核酸都是D