1、病毒的结构及其基因组病毒的结构及其基因组1一一..病毒的包膜（病毒的包膜（envelopeenvelope）许多病毒粒子(virion)衣壳外有一层包膜，又称为包被或外膜，如逆转录病毒等。有的病毒则没有包膜，称为裸露病毒粒子（nakedvirion），如小RNA病毒。ThisisthefirstEMphotoofHIVontheinternet.Viralparticlesareseenatmediummagnificationinthiselectronmicrograph.Notethecentralcoreandthe
2、outerenvelope.TheimagewasprovidedbyEdwardC.Klatt,M.D.,DepartmentofPathology,UniversityofUtah.FromAIDSPathology.ThiscomputergeneratedartqualitygraphicsofHIVwasdonebyRussellKightleyofCanberra,Australia.humanimmunodeficiencyviruscartoonHIV-AtypicalenvelopedvirusR
3、etroviralStructuresViralCartoonsandDiscussionMilanNermut,M.D.,Ph.D.*mnermutnibsc.ac.ukNationalInstituteforBiologicalStandardsandControlananimalpicornavirusHumanpoliovirus(脊髓灰质炎病毒，小脊髓灰质炎病毒，小RNARNA病毒科，无包膜病毒科，无包膜)Rhinovirus14,assolvedbyelectronmicroscopyandimagereconstruct
5、micrographofhumanimmunodeficiencyvirus(HIV)oninfectedhumanlymphocyte.ObservethedaughterHIVleavetheinfectedt-cellforanewhost.ThisimagefromCustomMedicalStockPhoto(CMSP)whichhasaeditiondigitalcatalogueavailableontheinternet.Thiscomputergeneratedartqualitygr
6、aphicsofHIVwasdonebyRussellKightleyofCanberra,Australia.Electronmicrographsofinfluenzavirusesbuddingfromthecellsurface.Manythousandsarepresentonaninfectedcell.Scalebar,500nm（二）（二）病毒包膜的化学组成病毒包膜的化学组成所有病毒的包膜结构大体一致，其包膜的化学组成,类似于细胞膜，只是病毒包膜所含有的脂类分子的种类或数量以及镶嵌在其中的蛋白分子与细胞略有不同，但
7、也有的差别很大。1病毒包膜所含有的脂类除了镶嵌在包膜上或突出于包膜外的蛋白质外，包膜主要由脂质构成，其中以磷脂和胆固醇为主，还有少量的甘油三酰酯(中性脂肪)、糖脂、脂肪酸、脂肪醛。对于大部分有包膜的病毒粒子而言；脂质占其结构成分的2035，但痘病毒所含脂质仅占病毒结构成分的5；而披膜病毒则是所有已知病毒中脂质含量最高的一类病毒，其脂质含量约占病毒粒子结构成分总量的50以上。有包膜的病毒，其包膜大多易被脂溶剂(如甲醇、氯仿、乙醚、脱氧胆碱等)所灭活而失去感染性。第一节第一节病毒的结构组成病毒的结构组成病毒的基因病毒的基因组编码蛋白质组编码蛋白质非结构蛋白非结构蛋白(即一些多肽即一些多肽
8、)病毒复制有关的病毒复制有关的基因表达调控有关的基因表达调控有关的结构蛋白结构蛋白衣壳蛋白：主要的，形成壳体衣壳蛋白：主要的，形成壳体/衣壳衣壳包膜蛋白：镶嵌包膜蛋白：镶嵌/位于包膜表面的糖蛋白位于包膜表面的糖蛋白基质蛋白：使包膜与核衣壳联系在一起基质蛋白：使包膜与核衣壳联系在一起病毒粒子病毒粒子（有包膜病毒）（有包膜病毒）包包膜膜核衣壳核衣壳(病毒核心病毒核心)核酸核酸蛋白蛋白病毒粒子病毒粒子（无包膜病毒）（无包膜病毒）核酸核酸(病毒核心病毒核心)衣壳衣壳壳粒壳粒蛋白亚基蛋白亚基原体原体蛋白亚基蛋白亚基（五聚体（五聚体/六聚体）六聚体）细胞膜成分细胞膜成分膜粒（钉状物或包膜突起）膜粒（
9、钉状物或包膜突起）2病毒的包膜糖蛋白许多有包膜的病毒在其病毒粒子包膜表面，大都存在有包膜突起(peplomer)。包膜突起的化学本质大多为糖蛋白，是由碳水化合物与包膜蛋白质分子连结而成的。病毒的包膜糖蛋白突起有的是由一种蛋白亚基组成，有的则由几种蛋白亚基构成。在结构上，大都可分为疏水区和亲水区，疏水区穿插在包膜中，而亲水区则延伸到包膜外，与之相连的糖基分子也多位于包膜外的突起上。HA（haemagglutinin,血凝素）血凝素）-吸附蛋白，血凝活性，抗原性吸附蛋白，血凝活性，抗原性NA(neuraminidase,神经氨酸酶神经氨酸酶)-抗原性抗原性Inthisg
10、raphic,theredspikesrepresentHaemagglutininandarearrangedalloverthesurface,roughlyequallyspaced.TheyellowboxlikesurfacefeaturesrepresentNeuramindase.Each4-foldassemblyisasingletetramerofNeuraminidase.TheNeuraminidasetetramersarenotdistributedevenlyovertheviru
11、sbutclusteringroups.Thegreensurfacepeepingthroughbetweenthespikesrepresentstheviralenvelope,whichwasderivedfromthehostcellduringbudding.HumaninfluenzavirusesVirionsareusuallyroughlysphericalandabout200nmindiameter.Theenvelopecontainsrigidspikesofhaemaggluti
12、ninandneuraminidasewhichformacharacteristichaloofprojectionsaroundnegativelystainedvirusparticles.AnimalinfluenzavirusFromProf.StewartMcNulty,VeterinarySciences,QueensUniversity,Belfast,UK.（三）（三）病毒包膜的功能病毒包膜的功能v病毒的包膜保护其病毒粒子免受外界环境不利因素的影响v病毒吸附v细胞融合活性v血溶活性v抗原性1.1.病毒吸附：病毒吸
13、附：病毒包膜突起的主要功能是作为病毒吸附蛋白(virusattachmentprotein，VAP)而起作用，病毒通过这些包膜突起包膜突起与病毒特异的细胞受体结合和相互作用，才能启动病毒感染。2.2.细胞融合活性：细胞融合活性：有些病毒包膜突起能使病毒包膜与宿主细胞膜融合或使感染细胞与未感染细胞膜之间产生融合3.3.血溶活性：血溶活性：副流感病毒、腮腺炎病毒和麻疹病毒具有血溶活性，即溶解血红细胞。这是由于它们含有包膜突起F，因此F糖蛋白又称为血溶素(hemolysin)。通常每个红细胞同时需要有几个病毒粒子作用才能产生血溶反应。4.4.抗原性：抗原性：病毒的包膜糖蛋白突起是重要的抗原物质
14、，这些突起可产生保护性的中和抗体。二二病毒的衣壳病毒的衣壳病毒衣壳或壳体(capsid)是由病毒基因组编码的衣壳蛋白亚基通过一定的方式聚集而成的。由一种或多种蛋白亚基构成。AdenovirusisanakedicosahedralvirusthatcontainsadoublestrandedDNAgenome.Fromeachvertex,thereprojectsafibre(red)whosebloblikeendattachestohostcells.InfluenzavirusThegreencore(RNP
15、-ribonucleoprotein)containsthegeneticinformationoftheviruswrappedupinprotein.Thiscombinationofgenticmaterialandproteiniscalledthenucleocapsid.Ininfluenza,thenucleocapsidishelical.8segmentsareassumedtolinktogether(possiblyinanorderedfashion)toformaheli
16、xwhenthevirusassemblesatthecellsurface.matrixprotein,M1envelope(blue-greenandedgedinyellow)（一）（一）衣壳蛋白的组成衣壳蛋白的组成由自然界常见的20种氨基酸组成的，尚未发现病毒存在特有的氨基酸。不同病毒，甚至同一种病毒的不同变异株之间的衣壳蛋白中，每种氨基酸组成、氨基酸的排列顺序也是不相同的。（二）（二）衣壳蛋白的功能衣壳蛋白的功能1保护病毒基因组衣壳蛋白可组建成包裹病毒基因组的保护性外壳或壳体，这是它的主要功能。其衣壳能使病毒基因组免遭各种理化因子如
17、核酸酶、各种化学诱变剂以及环境中的各种不利因子的破坏，使病毒能在不利的环境中暂时“休眠”而隐藏起来。一旦遇上合适的宿主，病毒就可以恢复侵染循环，并从衣壳中释放出病毒基因组而进行增殖。病毒的这一特性对于它的生存是十分有利的。当它们侵入寄主细胞时，病毒必须把自己的遗传物质密当它们侵入寄主细胞时，病毒必须把自己的遗传物质密封起来，以防遭到寄主细胞的保护机制破坏。休斯顿莱斯封起来，以防遭到寄主细胞的保护机制破坏。休斯顿莱斯大学的第一研究员陶怡芝大学的第一研究员陶怡芝(Jane(JaneTao)Tao)说：说：“病毒侵入寄主病毒侵入寄主细胞时，衣壳会一同进入，而且它永远都不会完全分解。细胞时，衣壳
18、会一同进入，而且它永远都不会完全分解。”22决定病毒的抗原性决定病毒的抗原性衣壳蛋白是病毒粒子的主要抗原蛋白，可以刺激机体免疫系统产生免疫反应。流感病毒根据其核衣壳蛋白(包括基质蛋白)抗原性的不同，分为甲、乙、丙型，反映了病毒被发现年代的顺序（1900，1940，1947），更主要的反映了对人危害程度的顺序。甲型（世界性大流行）乙型（局部爆发）属正粘病毒科丙型流感病毒（婴幼儿）衣壳蛋白的抗原性有时并不限于一种蛋白亚基，而是几种蛋白亚基都具有抗原性。根据HA(14)、NA(9)抗原性的差异又可分为不同亚型。3吸附作用在无包膜病毒的感染过程中，其衣壳蛋白能作为病毒吸附蛋白(
19、virusattachmentprotein，VAP)而与宿主细胞表面的受体蛋白相互识别、结合从而使病毒粒子吸附于宿主细胞表面。有些病毒的吸附蛋白并非是由一种衣壳蛋白来充当：可能一种衣壳蛋白与这种细胞受体结合，另一种衣壳蛋白与另一种细胞的受体结合。44血凝作用血凝作用有些裸露病毒的衣壳蛋白具有血凝作用。55其它作用其它作用a.病毒衣壳蛋白还可以引起宿主细胞的毒性作用，导致细胞病变。腺病毒的衣壳蛋白可使培养细胞病变。b.大量病毒衣壳蛋白与某一细胞受体结合，可导致该细胞受体缺乏，从而影响细胞的生理生化活动。大量呼肠孤病毒吸附蛋白与肾上腺能受体结合，可造成这一受体缺乏。c
20、.有的衣壳蛋白还可以抑制宿主细胞RNA、蛋白质合成d.有的衣壳蛋白还可以稳定基因组结构，以及与病毒基因组进入宿主细胞有关。三三..病毒的内容物病毒的内容物某些简单病毒的核心仅由核酸组成；某些复杂的病毒核心除了核酸以外，还有一些病毒内含物，包括：v病毒生命活动过程中所需要的酶：病毒生命活动过程中所需要的酶：不是全部酶系统，如痘病毒，含有与转录系统有关的13种酶类。v核酸结合蛋白核酸结合蛋白，有的结合松散，有的结合紧密v其它化合物：其它化合物：脂类、糖类与蛋白形成的脂蛋白/糖蛋白多胺，如丁二胺、亚硝胺金属离子，在植物病毒中发现，如Ca2，Cu2，Mg2多胺与金属离子多胺与金
21、属离子结合于病毒核酸，为病毒复制某个阶段所必需，与病毒基因组的稳定性有关。第二节第二节病毒的形态结构类型病毒的形态结构类型病毒的形状大体分为三种：1.球形颗粒：壳体是二十面体对称（icosahedralsymmetry）2.杆状颗粒：壳体是螺旋对称（helicalsymmetry）3.复杂形状颗粒：壳体是复合对称（complexsymmetry）PICORNAVIRUSES10埃埃=1nmCOMPARATIVESTRUCTURESLARGESTANDSMALLESTVIRALSTRUCTURES藻类DNA病毒科,绿藻病毒属,小球藻病毒-1烟草坏死病毒
22、卫星野田村病毒科野田村病毒科,若干概念若干概念1.形态单位(morphologicunit):是指一定数目的蛋白亚基以特殊方式聚集形成在电镜下可见的壳粒（capsomere）2.衣壳（capsid）或壳体：又称为蛋白质外壳（proteincoat）或蛋白质外鞘（proteinshell）。它是指由蛋白亚基或壳粒排列形成的有规则的壳样结构，其壳体包裹病毒基因组核酸及与核酸结合的蛋白质组分。3.核衣壳（nucleocapsid）是指衣壳蛋白与病毒核酸结合而成的复合物，还包括与核酸相联系的其它蛋白。4.病毒核心（core）是指有包膜的病毒去除包膜之后的核衣壳以及与之联系的蛋
23、白质，或者无包膜的病毒除去蛋白质外壳之后的病毒核酸。5.包膜（envelope）是指围绕核衣壳的双层脂质膜，由脂类、蛋白质和寡聚糖组成。6.钉状物（spike）又称膜粒或包膜突起（peplomer）：是病毒表面的糖蛋白突起物。7.原体（protomer）：由一种或几种不相同的蛋白亚基共同构成的结构单位。病毒衣壳或壳体是由大量的大量的蛋白亚基或壳粒组成的，但这些蛋白亚基的排列并非杂乱无章，而是以不同的轴为中心，作对称性排列对称性排列，形成一个保护病毒核酸的高度有序结构高度有序结构。一一螺旋对称的病毒壳体螺旋对称的病毒壳体1形成螺旋对称的病毒壳体是由蛋白亚基沿着轴心进行螺旋排列，
24、而形成高度有序的结构。首先其非对称的蛋白亚基分子沿着圆周对称排列，生成中空的圆盘状结构再由这些圆盘结构堆积起来，形成圆柱状结构。但在圆盘结构中的蛋白亚基与病毒核酸螺旋结合时，蛋白亚基可由圆盘排列转变为螺旋排列，形成螺旋对称的壳体。2.外形这类病毒粒子有：a.直杆状，如烟草花叶病毒(TMV)；b.弯曲杆状，如马铃薯X病毒c.丝状，如fd噬菌体3.植物病毒多为杆状昆虫病毒中核型多角体病毒属的成员动物病毒较少。3.TMV：螺旋对称的杆状病毒粒子以TMV了解得最为清楚。外壳由2130个蛋白亚基构成，长300nm，直径18nm，中央空洞区直径为4nm。TMV基因组RNA是一
25、个与长轴平行的螺旋体它不存在于中央孔内，而是紧密地镶嵌于蛋白亚基或壳粒所形成的槽中。Thishighmagnificationelectronmicrographshowsanegatively-stainedbaculovirusvirion.Notetheasymetriccapsidstructureandthepresenceofanenvelopewithsurfaceprojections(peplomers).FromtheCarstensLabatQueensUniversity,Canada.Thiselect
26、ronmicrographshowsathinsectionofaninsectcellinfectedwiththebaculovirusAcMNPV.Aportionofthecellcytoplasmisseeninthebottomrighthandcorner.Manyenvelopedextracellularvirionshavebuddedthroughthecytoplasmicmembraneandarevisibleoutsidethecell.FromtheCarstensL
27、abatQueensUniversity,Canada.ThishighmagnificationelectronmicrographshowsathinsectionofaninsectcellinfectedwiththebaculovirusAcMNPV.Aportionofthenucleuscontainingenvelopedvirionsintheprocessofbeingoccludedintoadevelopingpolyhedronisshown.FromtheCarstensLab
28、atQueensUniversity,Canada.二二二十面体对称的病毒壳体二十面体对称的病毒壳体这类病毒的壳体由蛋白亚基有规则地排列成一个正二十面体对称结构。大部分动物病毒都是呈二十面体对称，少数植物病毒是这样的结构。1正二十面体有20个三角形面和12个顶点2病毒蛋白亚基可按完全等价或准等价结合构成二十面对称壳体。完全等价结合是指二十面体的每个亚基具有完全相同的环境。二二二十面体对称的病毒壳体二十面体对称的病毒壳体但因这一五聚体与其他的但因这一五聚体与其他的55个五聚体或壳粒相邻，所以个五聚体或壳粒相邻，所以又称为又称为五邻体五邻体(penton)(pento
29、n)。正二十面体的20个全等三角面的顶点各排列有一个亚基，即每个三角面排列3个，20个三角面共排列60个亚基。在二十面体的顶点5个亚基聚集形成电镜下可见的五聚体，即壳粒。准等价结合准等价(quasi-equivalence)结合构成的二十面体对称壳体往往比完全等价结合的壳体容量要大，因此能够使更大的病毒基因组包裹在壳体内。二二二十面体对称的病毒壳体二十面体对称的病毒壳体二二二十面体对称的病毒壳体二十面体对称的病毒壳体二十面体对称壳体的扩大是通过增加全等三角形数目和亚基排列来实现的，增加三角形数的办法是将二十面体的基本三角面分成若干个三角形，即亚三角形数目，通常称为三角剖分数。由于
30、这样的二十面体对称壳体由于这样的二十面体对称壳体表现为一些蛋白亚基排列成五表现为一些蛋白亚基排列成五邻体，另一些亚基排列成六邻邻体，另一些亚基排列成六邻体，故它们所处的环境是准等体，故它们所处的环境是准等价的。价的。强调一点，病毒蛋白亚基实际构成的二十面体壳体通常要比理论上的排列复杂得多。亚基排列要复杂，比如：蛋白亚基形成原体壳粒如：3个蛋白亚基形成原体，由5个原体壳粒（5聚体）二二二十面体对称的病毒壳体二十面体对称的病毒壳体结构方式：可能是等边三角形，构成的二十面体等边五角形，构成的十二面体三角形和五角形一起构成的二十面体总之壳膜的结构形式是符合柏拉图立体几何原理的。在建筑
31、学上是用材最为经济，所占空间最小，而容量容积最大，又最坚固，适合病毒的生存需要。二二二十面体对称的病毒壳体二十面体对称的病毒壳体美国科学家利用高能美国科学家利用高能X射线绘制出一张确定大约射线绘制出一张确定大约500万个构成病毒万个构成病毒保护外壳的原子位置的最新图片，迄今为止最为清晰的病毒蛋白保护外壳的原子位置的最新图片，迄今为止最为清晰的病毒蛋白外壳画面外壳画面.2009年年2月月16日的美国日的美国国家科学院院刊国家科学院院刊疱疹病毒X射线图片三三复杂对称的病毒壳体复杂对称的病毒壳体有的病毒壳体呈复合对称，如有尾噬菌体。T4噬菌体：头部：头部为二十面体对称结构，壳体内部含有
32、线状dsDNA；尾部：尾管、尾鞘、颈部、基板、尾钉、尾丝头部与尾部通过颈连接起来。病毒粒子病毒粒子（有包膜病毒）（有包膜病毒）包包膜膜核衣壳核衣壳(病毒核心病毒核心)核酸核酸蛋白蛋白病毒粒子病毒粒子（无包膜病毒）（无包膜病毒）核酸核酸(病毒核心病毒核心)衣壳衣壳壳粒壳粒蛋白亚基蛋白亚基原体原体蛋白亚基蛋白亚基（五聚体（五聚体/六聚体）六聚体）细胞膜成分细胞膜成分膜粒（钉状物或包膜突起）膜粒（钉状物或包膜突起）Influenzavirus,spikeInfluenzavirus沙粒病毒科沙粒病毒科Virionsconsistofanenvelopeandanuc
33、leocapsid.Thenucleocapsidisfilamentous,hasastringofbeadsappearance;withavaryinglengthwithalengthof1000-1300nmLsegment,450-640nmSsegmentandawidthof3-4nm.第三节第三节病毒的基因组病毒的基因组病毒的基因组是由核酸构成的，核酸是病毒遗传和感染的物质基础，迄今所发现的各种病毒仅含有一种核酸，或者是DNA，或者是RNA。研究病毒基因组的核酸组成和基因组结构，目的是为了揭示病毒基因组转
34、录、复制和表达的调控机制，阐明病毒感染和致病的分子基础。一一病毒的核酸类型病毒的核酸类型病毒核酸有4种存在类型：双链DNA(doublestrandDNA,dsDNA)单链DNA(singlestrandDNA,ssDNA)双链RNA(dsRNA)单链RNA(ssRNA)ssDNA、ssRNA还有极性(polarity)的不同：ssDNA：与mRNA序列相同的单链DNAssDNA：与mRNA互补，且为转录模板的单链DNAssRNA：病毒单链RNA如果能够直接作为编码合成蛋白质的模板链或mRNA，即为ssRNA（或与mRNA序列相同的ssRNA）ssRNA：与
35、mRNA序列互补的单链RNA7种病毒核酸类型一一病毒的核酸类型病毒的核酸类型二二病毒核酸的大小及其碱基组成病毒核酸的大小及其碱基组成病毒基因组核酸的分子量因不同病毒而有很大的差异，其变化范围一般在l06108之间。DNA病毒的核酸分子量在1.5106200106之间RNA病毒的核酸分子量在0.410620106之间病毒基因组核酸的分子大小反映了不同病毒基因组结构和功能的差异。如,痘苗病毒：dsDNA的长度为180200kb，哥本哈根株有263个基因。病毒基因组的核酸也是由4种碱基组成的，即A、T(或U)、G、C。二二病毒核酸的大小及其碱基组成病毒核酸的大小及
36、其碱基组成除了含有生物所共有的4种碱基外，病毒还含有一些稀有碱基。5-羟甲基胞嘧啶（T偶数噬菌体）5-羟甲基尿嘧啶2-氨基腺嘌呤6-甲基腺嘌呤5-甲基脱氧胞嘧啶二二病毒核酸的大小及其碱基组成病毒核酸的大小及其碱基组成在不同病毒的核酸中，各种碱基的含量却相差很大。例如伪狂犬病病毒(Pseudorabiesvirus，PRV)基因组的G+C含量多达72，鸡痘病毒(Fowlpoxvirus)基因组的G+C含量为35一般而言，相同科属的病毒基因组的核酸碱基组成相似，不同科属的病毒之间的核酸碱基组成却有较大的差异。疱疹病毒：G+C含量高痘病毒：G+C含量低二二病毒核酸的大小
37、及其碱基组成病毒核酸的大小及其碱基组成三三病毒基因组的结构特征病毒基因组的结构特征病毒基因组的结构在不同的病毒科之间有很大的差异。单链/双链；环状/线状；分节段的，称为分段基因组分段基因组：病毒基因组由数个核酸分子构成，称为分段基因组(segmentedgenome)有的基因组有特殊的序列，如：粘性末端、末端冗余、循环排列、末端反向重复等。它们与病毒基因组环状分子的形成有关。*=viroidsonly单链、双链、线状、环状大多数为单一分子，少数为分节段的联体病毒科1.双链DNA病毒基因组动物病毒：绝大部分动物DNA病毒为双链DNA。疱疹病毒科痘病毒科虹彩病毒科
38、腺病毒科这些病毒末端有特殊的结构，如末端冗余和末端反向重复等，可以形成环状（一）（一）DNADNA病毒基因组病毒基因组双链线状双链线状porcineadenovirus3humanadenovirusadenovirusAcolorizedelectronmicrographfromtheCenterforCellImagingattheYaleUniversitySchoolofMedicine.Imagereconstructionrevealsthecomplexmolecularorganizationofadenovir
39、usadenoviruscartoonanimaladenovirusFromStewartMcNultyatVeterinarySciences,QueensUniversity,Belfast.avianadenovirusFromMilanNermutfromtheUKsNationalInstituteforBiologicalStandardsandControl.乳头瘤病毒科（脊椎动物）多瘤病毒科（脊椎动物）嗜肝DNA病毒科（脊椎动物）昆虫的杆状病毒科（无脊椎动物）多DNA病毒科（无脊椎动物）线状病毒科其中嗜肝DNA病毒科
40、，是有部分单链区的不完全环状双链DNA分子。环状双链环状双链DNADNA11双链双链DNADNA病毒基因组病毒基因组植物：花椰菜花叶病毒科环状双链DNA，也为不完全环状双链DNA分子。花椰菜花叶病毒科和嗜肝DNA病毒科的DNA聚合酶具有逆转录酶活性，被ICTV称为DNA逆转录病毒。11双链双链DNADNA病毒基因组病毒基因组植物病毒长尾噬菌体科短尾噬菌体科肌尾噬菌体科复层噬菌体科芽生噬菌体科覆盖噬菌体科脂毛噬菌体科线状双链线状双链DNADNA分子分子超螺旋双链超螺旋双链DNADNA11.双链双链DNADNA病毒基因组病毒基因组2.2.单链单链DNADNA病毒基
41、因组病毒基因组动物病毒：细小病毒科为线状ssDNA，能够产生两种不同极性的单链DNA分子，成熟的病毒粒子或含有正链或含有负链DNA。植物病毒：联体病毒科为环状正链DNA，基因是分段的。噬菌体：丝杆噬菌体科、微小噬菌体科为环状正链DNA。（二）（二）RNARNA病毒基因组病毒基因组1.1.正链正链RNARNA病毒基因组病毒基因组正链RNA病毒的基因组具有mRNA的活性，因而具有侵染性。但逆转录病毒科的成员是一个例外，它们的基因组RNA虽为正链RNA，但没有mRNA的翻译模板活性，故而缺少侵染性。这类病毒的基因组RNA首先必需在自身逆转录酶的作用下，以病毒基因组RNA为模板，逆
42、转录形成双链DNA中间体即原病毒或前病毒DNA，然后原病毒双链DNA整合到宿主细胞DNA上，再经过宿主细胞的RNA聚合酶催化，转录形成mRNA。1.1.正链正链RNARNA病毒基因组病毒基因组正链RNA病毒的基因组均为线状分子，但有单一分子基因组和分段基因组之分。小RNA病毒科披膜病毒科杯状病毒科冠状病毒科动脉炎病毒科四病毒科轻小噬菌体科烟草花叶等多种植物病毒单一正链RNA分子1.1.正链正链RNARNA病毒基因组病毒基因组有一些正链RNA病毒的基因组RNA是分段的。根据其基因组所包含的RNA分子数目，分为二组分基因组：含有2个RNA分子。三组分基因组：含有3个
43、RNA分子。如此类推。动物病毒动物病毒：野田村病毒科是二组分基因组；逆转录病毒科的基因组由两个相同的线状正链RNA分子组成，故称为二倍体基因组。2.2.负链负链RNARNA病毒基因组病毒基因组负链RNA基因组没有mRNA活性和侵染性，但它携带有病毒特异的RNA转录酶即以RNA为模板转录形成mRNA。丁型肝炎病毒(HDV)的负链RNA基因组为环状，其余的负链RNA病毒基因组均为线状。也有单一分子基因组，分段基因组之分。副粘病毒科丝状病毒科博尔纳病毒科弹状病毒科沙粒病毒科布尼亚病毒科正粘病毒科2.2.负链负链RNARNA病毒基因组病毒基因组单一分子基因组单一分子基因组
44、分段基因组分段基因组沙粒病毒科布尼亚病毒科中白蛉热病毒属sRNA是双义的。Phlebovirus(白蛉热病毒属白蛉热病毒属)SandflyfevervirusGroup(白蛉热病毒亚属白蛉热病毒亚属)Riftvalleyfevervirus（裂谷热病毒，代表种）裂谷热病毒，代表种）(fromLindaStannard,oftheDepartmentofMedicalMicrobiology,UniversityofCapeTown)沙粒病毒科沙粒病毒科Virionsconsistofanenvelopeandanucleocapsi
45、d.Thenucleocapsidisfilamentous,hasastringofbeadsappearance;withavaryinglengthwithalengthof1000-1300nmLsegment,450-640nmSsegmentandawidthof3-4nm.1gcnGlucagon2hiuInsulin1rfbInterferon3hhrHumanGrowthHormone2ptcTrypsin5pepPepsin2dnjDeoxyribonuclease1smdAmylase1po
46、ePhospholipase5rsaRibonuclease1pthCyclooxygenase1prcPhotosyntheticReactionCenter1kzuLight-HarvestingComplex1jb0PhotosystemICholesterolPhospholipid1c17+1e79ATPSynthase1ocoCytochromecOxidase1f88Rhodopsin1bgyCytochromeb-c1Complex3cytCytochromec1dhfDihydrofolateReductase2ohxAlcoholD
47、ehydrogenase2glsGlutamineSynthetase2tscThymidylateSynthase1wsyTryptophanSynthase4at1AspartateCarbamoyltransferase1rcxRibuloseBisphosphateCarboxylase/Oxygenase1n2cNitrogenase1fqyAquaporin1bl8PotassiumChannel1mslMechanosensitiveChannel1grmGramicidin2porPorin1iatPhosphoglucoseIsomerase1mb
48、dMyoglobin1e7iSerumAlbumin7timTriosephosphateIsomerase5enlEnolase1a49PyruvateKinase1gaxValyl-tRNASynthetase1qf6Threonyl-tRNASynthetase1ffyIsoleucyl-tRNASynthetase1eiyPhenylalanyl-tRNASynthetase1asyAspartyl-tRNASynthetase1fjf+1jj2Ribosome4tnaTransferRNA1euqGlutaminyl-tRNA1tttElongatio
49、nSynthetaseFactorTu1darElongationFactorG1fxkPrefoldin1aonChaperoninGroEL/ES1efuElongationFactorTuandTs2cplProlinecis/transIsomerase/RESEARCHCOLLABORATORYFORSTRUCTURALBIOINFORMATICSRUTGERS,THESTATEUNIVERSITYOFNEWJERSEYSANDIEGOSUPERCOMPUTERCENTERN
50、ATIONALINSTITUTEOFSTANDARDSANDTECHNOLOGY4rhvRhinovirus4hhbHemoglobin1hrsFerritin1aldAldolase1lz1Lysozyme1czaHexokinase1pfkPhosphofructokinase3pgkPhosphoglycerateKinase3pgmPhosphoglycerateMutase3gpdGlyceraldehyde-3-phosphateDehydrogenase1igtAntibodyMOLECULARMACHINERY:ATouroftheProte
51、inDataBank11HerpessimplexcapsidHolesforentryandexitofDNATheportaloropeningforviralDNAisbuiltatONEofthe12,5foldver2cesoftheT=16herpesviruscapsid55TheBaltimoresystem14以沙粒病毒科的sRNA为例：由于GPC（糖蛋白前体）mRNA与病毒基因组sRNA5端同源，NPmRNA与sRNA3端互补，故将sRNA节端称为双义RNA（ambisenseRNA），其中sRNA3
52、端的NP编码区是负义的，而5端GPC编码区则是拟正义的（pseudo-positivesense）。GPC编码区尽管与正链RNA和mRNA的极性相同，但不能直接翻译合成GPC，先复制生成反基因组RNA再转录形成GPCmRNA，然后由GPCmRNA翻译合成GPC。2.2.负链负链RNARNA病毒基因组病毒基因组3.3.双链双链RNARNA病毒基因组病毒基因组双链RNA病毒基因组也无mRNA活性，也需要病毒特异的RNA转录酶。除单组分双链RNA球状真菌病毒科的病毒基因组为单一分子的双链RNA外，其余双链RNA病毒均为分节段的基因组。如:呼肠弧病毒科1012节段双RNA病毒科
53、囊状噬菌体科双组分双链RNA球状真菌病毒科分段的Notethewheel-likeappearanceofsomeoftherotavirusparticles.Theobservanceofsuchparticlesgavethevirusitsname(rotabeingtheLatinwordmeaningwheel).Bar=100nanometers.Source:Cellculture.Method:Negative-stainTransmissionElectronMicroscopyByF.P.
54、Williams,U.S.EnvironmentalProtectionAgency.呼肠孤病毒科呼肠孤病毒科轮状病毒属轮状病毒属Theinnercapsid:Adrawingdepictstheapparentarrangementofcapsomersontheinnercapsid,andisshownside-by-sidewithacolourisedEMimage.Linesdenotethe5-foldaxesofsymmetry.Theoutercapsidispositioneduponthev
55、irioninsuchawaythatthecapsomeresofeachcapsidlayerco-incide/CENTERhumanrotavirus*=viroidsonly（三）（三）病毒基因组结构的复杂性病毒基因组结构的复杂性1.粘性末端粘性末端(cohesiveend)是指病毒基因组双链DNA两端的一小段单链部分，并且一端的单链部分与另一端的单链部分能进行碱基配对互补，可使其线状双链DNA的两端连接起来而形成环状分子，或者两个或多个分子连接成二聚体或多聚体。噬菌体粘性末端2.2.末端冗余末端冗余末端冗余或末端丰余(terminal
56、redundancy)，也称为末端同向重复序列(diectrepeats，DRs)，它是指双链DNA分子两端所存在的相同核苷酸序列。末端冗余用外切酶处理后，可形成粘性末端，退火后可形成多联体分子，多联体分子再经切割，退火，可行成环状分子。TT4噬菌体末端冗余3000bpT虹彩病毒末端冗余占整个基因组的12。2.2.末端冗余末端冗余3.3.循环排列循环排列循环排列亦称为循环交替变换或环状变换(circularpermutation)，它是指一些病毒基因组的线状双链DNA具有相同的基因顺序，但若以不同的核苷酸为起点进行排列，可以产生末端序列互不相同的线状分子。将带有这种循环排列的DNA先变性，然后退火，从而使不同的单链分子通过碱基互补可以结合在一起，形成具有粘性末端的双链线状分子，再由两个末端相互连接，产生环状分子。机制可能是由于病毒DNA的成熟过程中，复制型（RF）的DNA多联体经过随机切割和包装的结果。4.4.回文序列回文序列回文结构或回文序列(palindrome)是指在一个假想轴的两侧面所存在的对称重复序列，即两条链的碱基顺着同一极性读(5-3或3-5)，均有一样的碱基排列。它在单链DNA或RNA中能形成发夹结构(hairpinstr