第四章 非細(xì)胞微生物.ppt

1、第四章非細(xì)胞球微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，前言第一節(jié)細(xì)小病毒(指真細(xì)小病毒)第二節(jié)亞細(xì)小病毒，非細(xì)胞球生物是細(xì)小病毒(virus )，在歷史上人們已經(jīng)與細(xì)小病毒有接觸，公元前23世紀(jì)中國(guó)和印度有天花的記載，細(xì)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(jìn).W.Beijerinek首次提出這個(gè)細(xì)小病毒是“傳染性活性液”或“細(xì)小病毒”，從此揭開(kāi)了現(xiàn)代病毒學(xué)的歷史。 另外，各種動(dòng)物、植物病毒病相繼被發(fā)現(xiàn)，電子顯微鏡的應(yīng)用促進(jìn)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(xì)小病毒類細(xì)小病毒(1971 Diener )朊病毒(1982 Prusiner )和仿真細(xì)小病毒(Gibbs

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

3、些個(gè)特異地寄生在活著的細(xì)胞內(nèi)，通過(guò)宿主細(xì)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(méi)有生命的大分子狀態(tài)長(zhǎng)期存在，維持著感染活性。 第一節(jié)細(xì)小病毒(指真細(xì)小病毒)、細(xì)小病毒的特點(diǎn)：身體極微小，必須用電子顯微鏡觀察。 一般由于細(xì)菌過(guò)濾煙嘴沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，分子生物的主要成分只有核酸和蛋白質(zhì)，沒(méi)有核酸或DNA或RNA的生產(chǎn)能力，沒(méi)有蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，沒(méi)有宿主細(xì)胞球的配合，通過(guò)核酸復(fù)制和核蛋白質(zhì)的組合進(jìn)行增殖的生物的所有地方(因?yàn)槭腔畹募?xì)胞球內(nèi)寄生物)都必須與其相應(yīng)的細(xì)小病毒，因此進(jìn)行研究一、細(xì)小病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分(一)、細(xì)小病毒的大小，大部分細(xì)小病毒都可以通過(guò)細(xì)

4、菌過(guò)濾煙嘴，必須用電子顯微鏡觀察其形態(tài)和大小。 測(cè)定時(shí)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(xì)小病毒菜豆畸形低細(xì)小病毒為911nm，小于血清白蛋白分子(詳見(jiàn)本第64頁(yè))。 (二)形態(tài)，1 .典型的病毒粒子結(jié)構(gòu)：細(xì)小病毒又稱病毒粒子(virion即細(xì)小病毒體)，是指成熟結(jié)構(gòu)完整的單一細(xì)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(hù)核酸的作用。 衣殼由許多電子顯微鏡可見(jiàn)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(xì)小病毒所必需的基本構(gòu)造。 復(fù)雜的細(xì)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(lái)源于宿主胞質(zhì)膜，經(jīng)細(xì)小病毒改造成具有獨(dú)特抗原特性的膜狀構(gòu)造，有時(shí)被醚等有機(jī)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(duì)稱體制、細(xì)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(duì)稱和二十面體對(duì)稱(等軸對(duì)稱)兩個(gè)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(duì)稱和螺旋對(duì)稱無(wú)被膜棒狀：煙草花葉細(xì)小病毒(TMV )等對(duì)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(xì)小病毒(流感細(xì)小病毒)等彈狀：狂犬病，水泡性口膜炎細(xì)小病毒等二十面體對(duì)稱無(wú)被膜小型：脊髓灰質(zhì)細(xì)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(duì)稱無(wú)被膜：大腸菌的偶數(shù)噬菌體(蝌蚪狀) 等的被膜有：牛痘細(xì)小病毒(板磚狀)、3 .細(xì)小病毒的集團(tuán)形態(tài)(1)包涵體位于感染某細(xì)小病毒的宿主細(xì)胞球內(nèi)，多位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)； 少數(shù)位于細(xì)胞核，吃堿性，在質(zhì)、核中。 根據(jù)包涵體的特點(diǎn)

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

8、重復(fù)的結(jié)果，噬菌斑只是收集“負(fù)的菌落”。 噬菌斑的形成可用于噬菌體的檢測(cè)、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(dòng)物細(xì)胞球上的空斑訂正數(shù)法，在復(fù)蓋薄層瓊脂的單層細(xì)胞球上，如果細(xì)胞球感染細(xì)小病毒，增殖的細(xì)小病毒就只能擴(kuò)散到鄰近的細(xì)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(xì)胞的單層細(xì)胞就是腫瘤病毒(4)枯斑是植物葉上的植物病毒病群，即細(xì)小病毒使植物細(xì)胞球產(chǎn)生的壞死巢。 (三)三種典型形態(tài)的細(xì)小病毒1 .螺旋對(duì)稱的代表煙草花葉細(xì)小病毒(TMV )含有棒狀長(zhǎng)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(shí)針?lè)较蚵菪帕泄灿?jì)130轉(zhuǎn)(每轉(zhuǎn)) 16 .有33個(gè)殼粒)，ssRNA含有6390個(gè)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(gè)核苷酸和1個(gè)殼粒結(jié)合，每周含有49個(gè)核苷酸。2、二十面體對(duì)稱的代表性腺病毒，其動(dòng)物病毒外形為典型的二十面體，呈球狀，無(wú)被膜，直徑7080nm有12個(gè)角，20個(gè)面，有30個(gè)邊，外殼由252個(gè)殼粒構(gòu)成，內(nèi)分布有被稱為五鄰體的殼粒12個(gè)頂角， 被稱為六鄰體的240個(gè)衣殼粒子分布在20個(gè)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(gè)核酸對(duì)。 3復(fù)合對(duì)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(gè)部分組成，頭部為二十面體對(duì)稱，尾部為螺旋對(duì)稱，故稱為復(fù)合對(duì)稱。 頭部的二十面體有212個(gè)涂層顆粒，核心是線狀dsDNA。 頭和尾之間有項(xiàng)圈和脖子胡子的構(gòu)造。 項(xiàng)圈均為六角形盤狀，6條頸必須從項(xiàng)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(gè)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(xì)孔，是頭部核酸注入宿主細(xì)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(duì)應(yīng)，尾部的

11、基板與項(xiàng)圈同樣為六角、皿狀、中空，尾線等長(zhǎng)的2段，可以吸附在宿主細(xì)胞球的專一性接納體上。 (4)細(xì)小病毒的核酸、細(xì)小病毒的核酸種類很多，是分類的分子基礎(chǔ)，細(xì)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(duì)核酸進(jìn)行更細(xì)致的分析比較。 請(qǐng)參照表格。 總的來(lái)說(shuō)，動(dòng)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(xì)小病毒為dsRNA，藻類細(xì)小病毒均為dsDNA。兩種(噬菌體)細(xì)小病毒及其繁殖方式，(一)原核生物細(xì)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(guò)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(gè)階段，(1)吸附(adsorption )噬菌體與宿主細(xì)胞球在溶液中相遇時(shí)，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(xì)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(xì)胞球可吸附的噬菌體的數(shù)量為感染多個(gè)(m.o.i，multiplicity of infection ) 大量噬菌體在云同步上吸附一個(gè)

13、敏感細(xì)胞球時(shí)，由于噬菌體尾管口沾有少量溶血工作團(tuán)隊(duì)，宿主細(xì)胞表面出現(xiàn)突然地“千瘡百孔”開(kāi)裂，該超m.o.i的外來(lái)噬菌體吸附引起的子噬菌體開(kāi)裂是自外開(kāi)裂(lysis from 色氨酸等輔助因子，促進(jìn)生物素吸附的PH :中性有利于吸附，小于5和超過(guò)10則不利的溫度：最佳生長(zhǎng)溫度有利于吸附。(2)侵入(penetration )、吸附后，尾板從尾絲得到一個(gè)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(lái)長(zhǎng)度的一半，推出尾管插入細(xì)胞貼壁和膜，頭部核酸通過(guò)尾管注入宿主細(xì)胞球，蛋白質(zhì)殼殘留在細(xì)胞貼壁外，這一時(shí)間較短的2種不影響那個(gè)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(xì)胞球發(fā)出指令，提供“藍(lán)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(kù)內(nèi)的儲(chǔ)藏物或環(huán)境中攝取， 合成大量“零配件”后強(qiáng)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(shuō)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(xì)胞球時(shí)，在宿主原來(lái)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(gè)早期的mRNA多聚酶，而T4等早期蛋白稱為修飾蛋白，其特點(diǎn)是沒(méi)有RNA多聚酶能力，可與原細(xì)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(gè)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(jí)早期基因，產(chǎn)生二級(jí)早期mRNA的過(guò)程中該mRNA指代二級(jí)早期mRNA的進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄，二級(jí)早期轉(zhuǎn)錄結(jié)果產(chǎn)生多種二級(jí)早期蛋白，涉及分解宿主細(xì)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(guò)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(tuán)隊(duì)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(xì)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(xì)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(xì)小病毒ssDNA的復(fù)制是所有ssDNA細(xì)小病毒的核酸都是D