第一节 病毒的形态与结构
一、病毒的大小与形态
病毒个体微小，测量病毒大小的单位是毫微米(nm)，即1/1000微米。在型病毒(如牛痘苗病毒)约200～300nm；中型病毒(如流感病毒)约100nm；小型病毒(如脊髓灰质炎病毒)仅20～30nm。研究病毒大小可用高分辩率电子显微镜，放大几万到几十万倍直接测量；也可用分级过滤法，根据它可通过的超滤膜孔径估计其大小；或用超速离心法，根据病毒大小，形状与沉降速度之间的关系，推算其大小。
一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”(Viron)。电镜观察有五种形态(图21-1)；
1.球形 (Sphericity)大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等。
2.丝形 (Filament)多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒等。人类某些病毒(如流感病毒)有时也可形成丝形。
3.弹形(Bullet-shape)形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物病毒。
4.砖形(Brick-shape)如痘病毒(无花病毒、牛痘苗病毒等)。其实大多数呈卵圆形或“菠萝形”。
5.蝌蚪形(Tadpole-shape)由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体。
图21-1 各种主要病毒的形态与大小比较(模式图)
二、病毒的结构与功能
病毒的结构有二种，一是基本结构，为所有病毒所必备；一是辅助结构，为某些病毒所特有。它们各有特殊的生物学功能。
(一)病毒的基本结构
1.含RNA的称为RNA病毒。DNA病毒核酸多为双股(除微小病毒外)，RNA病毒核酶酸多为单股(除呼肠孤病毒外)。
病毒核酸也称基因组(Genome)，最大的痘病毒(Poxvirus)含有数百个基因，最小的微小病毒(Parvovirus)仅有3-4个基因。根据核酸构形及极性可分为环状、线状、分节段以及正链、负链等不同类型，对进一步阐明病毒的复制机理和病毒分类有重要意义。
核酸蕴藏着病毒遗传信息，若用酚或其他蛋白酶降解剂去除病毒的蛋白质衣壳，提取核酸并转染或导入宿主细胞，可产生与亲代病毒生物学性质一致的子代病毒，从而证实核酸的功能是遗传信息的储藏所，主导病毒的生命活动，形态发生，遗传变异和感染性。
2.衣壳(Capsid )在核酸的外面紧密包绕着一层蛋白质外衣，即病毒的“衣壳”。衣壳是由许多“壳微粒(Capsomere)”按一定几何构型集结而成，壳微米在电镜下可见，是病毒衣壳的形态学亚单位，它由一至数条结构多肽能成。根据壳微粒的排列方式将病毒构形区分为：①立体对称(Cubic symmetry)，形成20个等边三角形的面，12个顶和30条棱，具有五、三、二重轴旋转对称性(图21-2)，如腺病毒、脊髓灰质炎病毒等；②螺旋对称(Helical symmetry)，壳微粒沿螺旋形盘红色的核酸呈规则地重复排列，通过中心轴旋转对称，图21-3，如正粘病毒，副粘病毒及弹状病毒等；③ 复合对称 (Complex symmetry)，同时具有或不具有两种对称性的病毒，如痘病毒与噬菌体(图21-1)。
图21-2 腺病毒结构的模式图
蛋白质衣壳的功能是：(1)致密稳定的衣壳结构除赋予病毒固有的形状外，还可保护内部核酸免遭外环境(如血流)中核酸酶的破坏；(2)衣壳蛋白质是病毒基因产物，具有病毒特异的抗原性，可刺激机体产生抗原病毒免疫应答；(3)具有辅助感染作用，病毒表面特异性受体边连结蛋白与细胞表面相应受体有特殊的亲和力，是病毒选择性吸附宿主细胞并建立感染灶的首要步骤。
病毒的核酸与衣壳组成核衣壳(Nucleocapsid)，最简单的病毒就是裸露的核衣壳，如脊髓灰质炎病毒等。有囊膜的病毒核衣壳又称为核心(core)。
(二)病毒的辅助结构
图21-3 螺旋对称病毒颗粒的核衣壳
1.囊膜(Envelope)某些病毒，如虫媒病毒、人类免疫缺陷病毒、疱疹病毒等，在核衣壳外包绕着一层含脂蛋白的外膜，称为“囊膜”。囊膜中含有双层脂质、多糖和蛋白质，其中蛋白质具有病毒特异性，常与多糖构成糖蛋白糖蛋白亚单位，嵌合在脂质层，表面呈棘状突起，称“剌突(Spike)或囊微粒(Peplomer)”。它们位于病毒体的表面，有高度的抗原性，并能选择性地与宿主细胞受体结合，促使病毒囊膜与宿主细胞膜融合，感染性核衣壳进入胞内而导致感染。囊膜中的脂质与宿主细胞膜或核膜成分相似，证明病毒是以“出芽”方式，从宿主细胞内释放过程中获得了细胞膜或核膜成分。有囊膜病毒对脂溶剂和其他有机溶剂敏感，失去囊膜后便丧失了感染性。
2.触须样纤维(Fiber)腺病毒是唯一具有触须样纤维的病毒，腺病毒的触须样纤维是由线状聚合多肽和一球形末端蛋白所组成，位于衣壳的各个顶角(图21-2)。该纤维吸附到敏感细胞上，抑制宿主细胞蛋白质代谢，与致病作用有关。此外，还可凝集某些动物红细胞。
3.病毒携带的酶某些病毒核心中带有催化病毒核酸合成的酶，如流感病毒带有RNA的RNA聚合酶，这些病毒在宿主细胞内要靠它们携带的酶合成感染性核酸。
了解病毒的形态结构、化学组成及功能，不仅对病毒的分类和鉴定有重要意义，同时也有助于理解病毒的宿主范围，致病作用及亚单位疫苗的研制。
病毒个体微小，测量病毒大小的单位是毫微米(nm)，即1/1000微米。在型病毒(如牛痘苗病毒)约200～300nm；中型病毒(如流感病毒)约100nm；小型病毒(如脊髓灰质炎病毒)仅20～30nm。研究病毒大小可用高分辩率电子显微镜，放大几万到几十万倍直接测量；也可用分级过滤法，根据它可通过的超滤膜孔径估计其大小；或用超速离心法，根据病毒大小，形状与沉降速度之间的关系，推算其大小。
一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”(Viron)。电镜观察有五种形态(图21-1)；
1.球形 (Sphericity)大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等。
2.丝形 (Filament)多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒等。人类某些病毒(如流感病毒)有时也可形成丝形。
3.弹形(Bullet-shape)形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物病毒。
4.砖形(Brick-shape)如痘病毒(无花病毒、牛痘苗病毒等)。其实大多数呈卵圆形或“菠萝形”。
5.蝌蚪形(Tadpole-shape)由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体。
图21-1 各种主要病毒的形态与大小比较(模式图)
二、病毒的结构与功能
病毒的结构有二种，一是基本结构，为所有病毒所必备；一是辅助结构，为某些病毒所特有。它们各有特殊的生物学功能。
(一)病毒的基本结构
1.含RNA的称为RNA病毒。DNA病毒核酸多为双股(除微小病毒外)，RNA病毒核酶酸多为单股(除呼肠孤病毒外)。
病毒核酸也称基因组(Genome)，最大的痘病毒(Poxvirus)含有数百个基因，最小的微小病毒(Parvovirus)仅有3-4个基因。根据核酸构形及极性可分为环状、线状、分节段以及正链、负链等不同类型，对进一步阐明病毒的复制机理和病毒分类有重要意义。
核酸蕴藏着病毒遗传信息，若用酚或其他蛋白酶降解剂去除病毒的蛋白质衣壳，提取核酸并转染或导入宿主细胞，可产生与亲代病毒生物学性质一致的子代病毒，从而证实核酸的功能是遗传信息的储藏所，主导病毒的生命活动，形态发生，遗传变异和感染性。
2.衣壳(Capsid )在核酸的外面紧密包绕着一层蛋白质外衣，即病毒的“衣壳”。衣壳是由许多“壳微粒(Capsomere)”按一定几何构型集结而成，壳微米在电镜下可见，是病毒衣壳的形态学亚单位，它由一至数条结构多肽能成。根据壳微粒的排列方式将病毒构形区分为：①立体对称(Cubic symmetry)，形成20个等边三角形的面，12个顶和30条棱，具有五、三、二重轴旋转对称性(图21-2)，如腺病毒、脊髓灰质炎病毒等；②螺旋对称(Helical symmetry)，壳微粒沿螺旋形盘红色的核酸呈规则地重复排列，通过中心轴旋转对称，图21-3，如正粘病毒，副粘病毒及弹状病毒等；③ 复合对称 (Complex symmetry)，同时具有或不具有两种对称性的病毒，如痘病毒与噬菌体(图21-1)。
图21-2 腺病毒结构的模式图
蛋白质衣壳的功能是：(1)致密稳定的衣壳结构除赋予病毒固有的形状外，还可保护内部核酸免遭外环境(如血流)中核酸酶的破坏；(2)衣壳蛋白质是病毒基因产物，具有病毒特异的抗原性，可刺激机体产生抗原病毒免疫应答；(3)具有辅助感染作用，病毒表面特异性受体边连结蛋白与细胞表面相应受体有特殊的亲和力，是病毒选择性吸附宿主细胞并建立感染灶的首要步骤。
病毒的核酸与衣壳组成核衣壳(Nucleocapsid)，最简单的病毒就是裸露的核衣壳，如脊髓灰质炎病毒等。有囊膜的病毒核衣壳又称为核心(core)。
(二)病毒的辅助结构
图21-3 螺旋对称病毒颗粒的核衣壳
1.囊膜(Envelope)某些病毒，如虫媒病毒、人类免疫缺陷病毒、疱疹病毒等，在核衣壳外包绕着一层含脂蛋白的外膜，称为“囊膜”。囊膜中含有双层脂质、多糖和蛋白质，其中蛋白质具有病毒特异性，常与多糖构成糖蛋白糖蛋白亚单位，嵌合在脂质层，表面呈棘状突起，称“剌突(Spike)或囊微粒(Peplomer)”。它们位于病毒体的表面，有高度的抗原性，并能选择性地与宿主细胞受体结合，促使病毒囊膜与宿主细胞膜融合，感染性核衣壳进入胞内而导致感染。囊膜中的脂质与宿主细胞膜或核膜成分相似，证明病毒是以“出芽”方式，从宿主细胞内释放过程中获得了细胞膜或核膜成分。有囊膜病毒对脂溶剂和其他有机溶剂敏感，失去囊膜后便丧失了感染性。
2.触须样纤维(Fiber)腺病毒是唯一具有触须样纤维的病毒，腺病毒的触须样纤维是由线状聚合多肽和一球形末端蛋白所组成，位于衣壳的各个顶角(图21-2)。该纤维吸附到敏感细胞上，抑制宿主细胞蛋白质代谢，与致病作用有关。此外，还可凝集某些动物红细胞。
3.病毒携带的酶某些病毒核心中带有催化病毒核酸合成的酶，如流感病毒带有RNA的RNA聚合酶，这些病毒在宿主细胞内要靠它们携带的酶合成感染性核酸。
了解病毒的形态结构、化学组成及功能，不仅对病毒的分类和鉴定有重要意义，同时也有助于理解病毒的宿主范围，致病作用及亚单位疫苗的研制。
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