掌握病毒的组成结构及病毒的繁殖方式

掌握病毒的组成结构及病毒的繁殖方式 第四章 病毒 目的: 1、掌握病毒的组成结构及病毒的繁殖方式。 1、 理解烈性噬菌体，温和噬菌体及溶源性细菌的概念。 2、 了解病毒的大小和形态，了解病毒感染的途径和类型 3、 掌握病毒的干扰现象及干扰素的性质 重点:病毒的组成结构及病毒的繁殖方式，病毒的干扰现象及干扰素的性质 难点:烈性噬菌体，温和噬菌体及溶源性细菌的概念。 教学过程: 第一节 病毒的形态结构及化学组成 一、 形态:大小 大小:微小，单位:nm 不同种类差异大:200-300nm，100nm,9-11nm 形态:基本:球形，杆状，蝌蚪状 多种多样:卵圆形，砖形，丝状，弹状 动物病毒多为球形 植物——杆状 砖形:常见的大病毒:天花病毒，痉病毒 弹状病毒:狂吠病毒，水泡性口膜炎病毒 蝌蚪状:噬菌 二、病毒的结构: 1、核衣壳 病毒是非细胞生物:个体:病毒粒子 核酸:核心 组成 核衣壳 蛋白质:外壳(衣壳) 核酸:遗传物质 外壳蛋白:保护，与易感细胞受体结合，引起感染搞原成分，引起免疫应答。 组成:由许多蛋白亚基组成，亚基称为衣壳粒 据衣壳粒数目和排列方式不同，病毒呈现出不同的对称方式 (1) 螺旋对称:外型为杆状或细丝状，中空(烟草花叶病毒) 核酸控制着壳粒的排列 (2) 12面体对称:外形球状,(核酸不影响壳粒)(腺病毒,12角,20个面,30个核) (3) 复合对称 (T偶数噬菌体) 头:十二面体 颈环连接 壳体 尾:螺旋对称 尾丝、尾鞘、尾管、基板、刺突 1、 包膜: 成分:脂质、蛋白质、糖类 是在病毒成熟过程中以出芽发式通过宿主细胞膜时获得的。故具有宿主细胞膜脂质的特 性。向外突起形成刺突。包膜的有无及其性质与该病毒的宿主专一性和侵入等功能有关。 三、病毒的化学组成 基本成分:核酸、蛋白质 有些种类:脂类和多糖，少含:聚胺类，无机阳离子 1、 核酸:遗传物质，感染宿主的物质基础。DNA、RNA分为ds/ss 动物病毒:DNA，RNA病毒兼有 细菌病毒:少数为RNA，其它原微生物病毒均为DNA 植物、真菌:为RNA病毒 逆转录的RNA病毒为双倍体，其它的均为单倍体 功能:遗传物质基础，遗传信息的载体，控制遗传性状。 2、 蛋白质:存在包膜衣壳，占总重70% 结构蛋白 功能:构成结构，侵染体，抗原性，增殖过程发挥作用 酶类蛋白 3、脂质:存在包膜内 磷脂:脂双层为胞膜骨架(主要成分)，脂肪酸，甘油三酯，胆固醇 4、糖类:多为具包膜病毒含有，以糖脂，糖蛋白存在 功能:影响病毒的吸附侵入，与病毒感染有关。保护 5、其它成分: 胺类:阳离子化合物 第二节 病毒的繁殖方式 病毒:无细胞结构。缺乏代谢必需的酶系统，专性活细胞内寄生。 复制:借助宿主细胞合成机构，合成病毒的核酸与蛋白质等成分，然后在宿主细胞的细胞质 或细胞核内装配为成熟的，具感染性的病毒粒子，再以各种方式释放至细胞外，感染 其它的细胞。 一、 病毒的复制过程 1、 吸附:是指病毒以其特殊结构与宿主表面的特异受体发生特异结合的过程。具高度专一 性。 敏感细胞表面、特性化学组分——受体 互补 病毒具有特异性化学组分——有附部位 具有高度专一性 不同病毒具有不同的吸附位点:如大肠杆菌:T3、T4、T7吸附于多糖，T2、T6吸附于P2 不同的宿主细胞也具有不同的病毒吸附体。 2、 侵入与脱壳 侵入指病毒或其一部分进入宿主细胞的过程。 侵入方式，取决于宿主细胞的性质，尤其是它的表结构。 噬菌体:以尾部吸附，将核酸注入寄主细胞。 动物病毒:吞噬或吞饮。整个病毒粒子进入寄主细胞膜融合。核衣壳——通过细胞膜整体进入。 植物病毒无特定机制:通过伤口或刺吸式。 脱壳:病毒进入后，脱去包膜和衣壳而释放出病毒核酸的过程。 3、 生物合成:核酸复制、蛋白质合成 转录早期基因——合成早期的RNA与宿主多聚核糖体，结合翻译成早期蛋白抑制Pr:抑制寄主细胞合成复制酶。晚期基因转录产生晚期的RNA——结构Pr，非结构Pr 4、 装配与释放 将分别合成的核酸与蛋白质组成完整的，新的病毒粒子的过程称为装配。 成熟的病毒粒子从被感染的细胞内转移到外界过程。 二、噬菌体: 是侵染细胸，放线菌，真菌等细胞微生物的病毒。 根据噬菌体与宿主细胞的关系可将噬菌体分为烈性噬菌体和温和噬菌两类。 烈性噬菌:凡能在宿主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。繁殖过程——裂解性周期 温和噬菌:反之则为。经历的过程称为——溶源性周期。 溶源现象(溶源性)温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解的现象称为溶源现象。 原噬菌体:整合到染色体上的噬菌体DNA叫原噬菌体。 溶源性细菌:含原噬菌体的细菌称为溶源性细菌。 溶源菌特性:1、稳定性2、免疫性3、裂解4、溶源转变 温和噬菌体的存在形式:1、游离态2、整合态3、营养态 应用:1、利用高度专一性进行医学诊断，预防，治疗。 2、溶源性用于生物学和遗传学工具。 第三节 病毒感染 一、 病毒感染的途径与类型: 1、 途径:(1)呼吸道感染:流感病毒，麻疹病毒，腮腺炎病毒 (2)消化道感染:肠道病毒，甲肝，脊髓灰质炎病毒 (3)媒介昆虫叮咬感染:流脑，森林脑炎，登某热病毒 (4)动物咬伤:狂吠。 (5)接触:软疣病，艾滋病 (6)经胎盘、产道:风疹，乙型肝炎 水平感染:不同个体间传播，导致的感染。 垂直感染:亲代传给子代，导致子代感染。 有些病毒多种途径。 2、 病毒感染的类型 3、 隐性感染:病毒侵入机体后，不能大量增殖。机体无临床症状，病毒可刺激机 体产生特异性抗体，对机体保护。 、 显性感染:病毒在宿主细胞内大量增殖引起细胞破坏死亡，组织损伤，机体出4 现明显症状，即为:急性感染、持续性感染 持续感染表现:?潜伏感染:病毒感侵入机体，潜伏于组织内，与机体保持相对平衡 状态。 ?慢性感染:慢性进行性 ?慢发病毒感染:潜伏期长，可达数月，数年 二、病毒的干扰现象与干扰素 1、干扰现象: 两种病毒同时或短时间内先后感染同一细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象。即可发生于异种病毒之间，也可发生于同种异型之间。原因:是宿主细胞感染病毒后诱生了干扰素。 2、干扰素 (1)概念与种类: 干扰素:是脊椎动物细胞受病毒或其他因子诱导产生的低分子蛋白质。根据抗原性 不同，人细胞诱生的干扰素分为αβ,三种类型。目前这三种干扰素基因重组于大肠杆 菌染色体中，使大肠杆菌表达产生干扰素，称为重组干扰素。 (2)干扰素的性质:糖P,,不含核酸，抗原性较弱。对蛋白分解酶敏感，对脂酶和核 酸酶不敏感。 干扰素的性质:?无病毒特异性?干扰素有种属特异性?干扰素与抗体不同，不 直接作用于病毒本身。?干扰素有抑制细胞分裂，分化及成熟的作用，故可用于肿瘤治 疗?干扰素有活化巨噬细胞及抑制细胞内寄生生物的作用 (3)干扰素的诱生与抗病毒机理: 正常情况下，编码干扰素的基因处于抑制状态，这种状态是受一种抑制蛋白来实 现的。当病毒或其他干扰素诱生剂作用于细胞后，与抑制蛋白结合而使之失去活性，干 扰素基因得以活化，生产干扰素。 作用机理:不直接杀死或中和病毒，而是干扰素与细胞相互作用的结果。 ? 与邻近细胞表面的抗扰素受体结合 ? 激活细胞的抗病毒蛋基因 合成抗病毒P, ? ? 抗病毒P,，阻碍病毒P,的翻译过程，从而抑制病毒的增殖，使细胞处于抗病毒 状态。 三、机体的病毒免疫 1、非特异性免疫 (1)巨噬细胞的杀病毒作用:吞饮及灭活;产生影响病毒增殖的产物;产抗扰素，补体等参与抗病毒免疫。 (2)自然杀伤细胞，可直接杀伤感染病毒的细胞 (3)干扰素 2、特异性免疫 (1)体液免疫 ?中和抗体，由病毒的表面抗刺激机体产生的。 作用:与相应的病毒结合，阻止病毒吸附与穿入易感受细胞，使其丧失感染性。 ?补体结合性抗体，由病毒内部的可溶性抗原物质刺激机体产生的抗体。 作用:增强吞噬细胞对病毒的吞噬作用。 (2)细胞免疫 病毒感染细胞后，细胞表面抗原可发生变化，成为带有病毒特异性抗原的细胞。由病毒抗原致敏的T细胞。遇同型病毒抗原时，可直接杀伤或通过释放淋巴毒素，破坏病毒感染的细胞，阻止病毒增殖。产生多种淋巴因子，作用于其它淋巴细胞。 第四节 亚病毒 亚病毒:是目前所知道的最简单的生命形式，为一类生物分子。 凡是在核酸和蛋白质两种成分中，只含基中之一的分子病原体 类病毒:RNA(1970年)SS不NA，末端为封闭的dsRNA 拟病毒(1981年)包裹在真病毒中,寄生在真病毒——辅助病毒 朊病毒:蛋白分子(1982) 正常形式的细胞朊P,发生，折叠错误后变成了致病朊蛋白而引起的，转译后朊P,受体致病朊P,的作用而发生相应构象变 第三节 病毒与实践 由于它们引起的宿主病害即可使人类健康和对畜牧业，栽培业和发酵工业带来不利影响，又可利用它们进行生物防治，基因载体。 一、噬菌体与发酵工业 二、昆虫病毒作用于生物防治 三、病毒在基因工程中的应用 一步生长曲线:定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线(一级生长曲线) 反应:3个重要参数(潜伏期，裂解期，裂解量) 实验步骤:用噬菌体的稀释液去感染高浓度的宿主细胞，以保证每个细胞所吸附的噬体至多只有一个。经数分钟吸附后，在混合液中加入适量的相应抗血清，借以中和尚未吸附的噬菌体，然后用保温的培养液稀释此混合液，同时终止抗血清的作用，随即置于适宜的温度下培养，其间每隔数分钟取样，连续测定其效价。 编者按:大地涵藏万物，孕育生命，被誉为人类的母亲。但是，近年来，伴随我国工业化的快速发展，大地不断遭到各种污染的伤害。仅仅因土壤污染防治不足、环境监管乏力，导致的食品药品安全事件就频频发生，2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故。目前我国大地污染现状严峻，成因十分复杂，形成令人扼腕的“大地之殇”。《经济参考报》以此为主题，探寻大地污染背后所触及的我国农业、工业、城市化进程中关于生存与发展的一系列深层矛盾与两难抉择，并以“大地之殇”系列报道的形式在“深度”版推出，敬请关注。 大地之殇一?黑土地之悲 占全国粮食总产五分之一的东北黑土区是我国最重要的商品粮基地，但一个并不为多数人了解的严峻事实是，支撑粮食产量的黑土层却在过去半个多世纪里减少了50%，并在继续变薄，几百年才形成一厘米的黑土层正以每年近一厘米的速度消失。照此速度，部分黑土层或将在几十年后消失殆尽，东北这一中国最大粮仓的产能也将遭受无法挽回的损失。 ?记者 孙彬 管建涛 连振祥 吉哲鹏 娄辰 李松 南京 哈尔滨 兰州 昆明 济南 重庆报道 毒土:GDP至上的恶果 当前，我国土壤污染出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。 日益加剧的污染趋势可能还要持续30年 “目前，我国土壤污染呈日趋加剧的态势，防治形势十分严峻。”多年来，中国土壤学会副理事长、中国农业科学院研究员张维理教授一直关注我国土壤污染问题“我国土壤污染呈现一种十分复杂的特点，呈现新老污染物并存、无机有机污染混合的局面。” “现在我国土壤污染比各国都要严重，日益加剧的污染趋势可能还要持续30年。”中国土壤学专家，南京农业大学教授潘根兴告诉《经济参考报》记者，这些污染包括随经济发展日益普遍的重金属污染、以点状为主的化工污染、塑料电子废弃物污染及农业污染等。 国土资源部统计表明，目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。环保部南京环科所研究员单艳红说，华南部分城市约有一半的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油 类有机物污染;长三角有的城市连片的农田受多种重金属污染，致使10%的土壤基本丧失生产力，成为“毒土”。 农药化肥污染同样严重。张维理说，我国农药使用量达130万吨，是世界平均水平的2.5倍。黑龙江农业监测站杜桂德站长说:“目前，农药和化肥的实际利用率不到30%，其余70%以上都污染环境了。”云南农业大学测算，每年大量使用的农药仅有0.1%左右可以作用于目标病虫，99.9%的农药则进入生态系统，造成大量土壤重金属、激素的有机污染。 “不仅污染加重，而且还在转移扩散。”潘根兴说，当前，我国土壤污染还出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。 2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起。其中浏阳镉污染事件不仅污染了厂区周边的农田和林地，还造成2人死亡，500余人镉超标。 频繁爆发的污染事故损失惨重，不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而土壤污染修复所需的费用更是天价。常州农药厂土壤修复需2亿元，无锡胡埭电镀厂重金属铬污染修复费用890万元，苏州化工厂需数亿至数十亿元。 每年因土壤污染致粮食减产100亿公斤 污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。 潘根兴教授说“许多土壤污染地区已超过土壤的自净能力，没有外来的治理干预，千百年后土壤也无法自净，有的地块永远都无法自净，甚至出现环境报复。” 一是生态关系失衡，引起生态环境恶化。 中国科学院地理科学与资源研究所在长江三角洲等地调查的主要农产品，农药残留超标率高达16%以上，致使稻田生物多样性不断减少，系统稳定性不断降低。 “吃土吐土，净化土壤，作为土壤的„义工?，蚯蚓的存在是土壤重要的环境指标，对土壤具有重大意义。”令潘根兴教授忧心的是，现在，土壤中的蚯蚓、土鳖及各种有益菌等大量消失，农作物害虫的天敌青蛙的数量大减，自然生态面临危机。 云南农业大学副教授周江鸿等人在湖北、安徽等地的农田里发现，杀虫剂的使用对稻田节肢动物物种有损害作用，使得稻田天敌和害虫的平衡关系被打破。 二是土壤质量下降，使农作物减产降质。 重金属污染的增加，农药、化肥的大量使用，造成土壤有机质含量下降，土壤板结，导致农产品产量与品质下降。农业部全国农技推广中心高级农艺师陈志群认为，由于农药、化 肥和工业导致的土壤污染，我国粮食每年因此减产100亿公斤。 环保部门估算，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。 三是重金属病开始出现，人们身体健康和农业可持续发展构成严重威胁。 汞、镉、铅、铬、砷五种重金属被称为重金属的“五毒”，对人有致命的危害。苏州环境科学研究所所长杨积德说“这些污染严重影响儿童发育，使人致病、致癌，危及人体生命健康。”上世纪70年代，日本曾出现“痛痛病”，是镉对人类生活环境的污染而引起的，影响面很广，受害者众多，所以被公认为是“公害病”。 潘根兴教授在全国各地市场上进行的调查也显示，约有10%的大米存在重金属镉超标。他说:“这些镉米对自产自食的农民来说无疑是致命的风险。”令人担忧的是，一些“痛痛病”初期症状已开始在我国南方部分地区出现“土壤污染导致的疾病将严重威胁人类健康和农业可持续发展，最终危害中华民族的子孙未来。” “宁愿毒死也要GDP”,产业模式亟待反思 土壤污染如隐形“杀手”，难以察觉却可能直接危害人体健康，特别是重金属在蔬菜、粮食中的累积，将处于食物链顶端的人类置于危险境地，甚至产生环境报复。“土壤污染的加剧原因有天灾，但更多是人祸，不科学的发展是环境恶化的主要原因。”南京农业大学教授潘根兴认为，土壤污染主要一来自矿山采冶、工业“三废”、污灌、固废堆放等，基本上都属于人为因素，表明近年来的产业发展模式亟待反思。 当前，令人忧心的是各地以追求G D P为核心的政绩观，不科学的产业发展模式和大量违法排污、超量排污。记者在调研中发现，一些地方发展心切，抱着“宁愿毒死也要G D P”的心态，有意无意地忽视环境保护，导致“引进企业就是引进污染，发展经济就是破坏环境”的恶果。 面对企业违法排污，一些地方政府成为企业的保护伞，通过变通政策打擦边球，甚至开绿灯，最终大事化小，小事化了。保护环境不被污染，是各级政府的法定 职责 岗位职责下载项目部各岗位职责下载项目部各岗位职责下载建筑公司岗位职责下载社工督导职责.docx 。污染事件暴露了各地环保意识薄弱，政府监督缺失，是整个社会的耻辱。 “不断发生的污染事件告诉人们，缺乏对自然环境的敬畏与呵护，对公共利益和公众生命漠不关心，暴露出企业环境意识薄弱和地方政府责任缺失。”江苏省小康发展研究中心主任、江苏省委党校教授冯治指出，必须反思高歌猛进的产业发展模式，真正落实转变发展方式的政策，实现社会经济可持续发展。 黑土层流失 危及中国最大粮仓 黑土层变薄，是指黑土地的有效耕层变薄，直接导致支撑粮食产能的有机质含量降低，土壤肥力下降。然而，农业科技进步和高产作物增加作用下的粮食增产，在一定程度上“掩盖”了黑土层日渐变薄、耕地质量下降的严峻现实，导致农民和相关部门放松对耕地质量的 保护。有关专家建议，应尽早完善耕地质量建设法规，扩大保护性耕作技术应用，用最小代价守住我国最大“粮仓”的产粮之本。 “一两黑土换二两油”的日子再不会有了 “以前挖两锹深还是黑土，现在一锹后就基本看不到了。”黑龙江省依兰县三道岗镇三道岗村农民程先粟从自己地里抓起一把黑土，“你瞅瞅，黑土都不太„黑?了，„一两黑土换二两油?的日子再也不会有了。” 作为世界三大黑土区之一，东北黑土区总面积约3523.3万公顷，分布在黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古自治区境内，粮食年产量约占全国五分之一，是我国重要的玉米、粳稻等商品粮供应地，粮食商品量、调出量均居全国首位。 由中国科学院、东北农业大学、吉林省农业科学院等院所专家联合调研形成的“东北黑土资源利用现状及发展战略研究”指出，东北黑土地初垦时黑土厚度一般在60至80厘米，开垦20年的黑土层则减至60至70厘米，开垦70至80年的黑土层只剩下20至30厘米。 “建国初期，黑龙江省黑土层大都一米多厚，现在找半米深的都难了，水土流失严重地区只剩下表皮薄薄一层，颜色也由黑变黄。”黑龙江省土肥管理站站长胡瑞轩有些感慨，形成1厘米的熟化黑土层大约需要50年，半米就得上千年，而现在东北黑土区平均每年流失0.3至1厘米的黑土层。有专家担心，“如果不及早治理，部分黑土层或将在几十年后消失殆尽。” “黑土层变薄，就是指黑土地的有效耕层变薄，直接导致支撑粮食产能的有机质含量降低，土壤肥力下降。”中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员韩晓增断言，这势必影响我国粮食安全。 黑龙江省土肥管理站对肇东、讷河等县市区的耕地检测显示，从1982年第二次土壤普查到2007年的25年间，耕地土壤有机质已相对下降两成，严重地区下降六成。 地越来越没劲儿，想增产就得大量用化肥。最近几年，45岁的张艳峰感觉自家水稻田患上了“化肥依赖症”。老张是吉林省前郭县平凤乡黑岗子村农民，“10年前一亩水稻就用60多斤肥，如今已经翻番到120斤了，不施肥就得减产一半”。老张还有些担心，现在能靠化肥增产，这地要是越来越没劲儿，以后可能化肥也无能为力了。 据了解，吉林省位于东北黑土区中部“十一五”期间完成小流域综合治理840条，治理水土流失面积5600多平方公里，但黑土地水土流失还没有得到有效控制，全省仍有3.15万平方公里的水土流失面积亟须治理。 “几年后就不是自己的地了，谁还愿意投入保护,” 《经济参考报》记者在辽宁、吉林、黑龙江三省粮食主产区了解到，当地一些土地已连续十几年种玉米、水稻等同一种作物，吸收养分单一，加上盲目施肥普遍，土壤养分失衡加剧。由于土地分散，不少农民常年使用小型农机具耕作，耕层越来越浅板结严重“晴天硬邦邦，雨天不渗汤”就是真实写照。 由于高产作物面积增加、农田水利设施不断完善，特别是化肥使用量大增等因素支撑，在黑土层日渐变薄的同时，东北黑土区粮食产量仍然稳中有升。但专家指出，恰恰是粮食增产在一定程度上“掩盖”了黑土层变薄、耕地质量下降的严峻现实，这反倒容易导致农民和有关部门放松对耕地质量的保护。东北部分黑土区在发展粮食生产过程中已透支耕地产出能力，黑土层变薄的风险性被粮食增产淡化，严重性正在人为和自然因素的“合谋”影响下加剧。 “最重要的是耕地质量保护法规不完善，作为耕地使用主体的农民缺乏保护耕地质量的主动性。”中国农科院土壤肥料研究所副所长、中国土壤学会副理事长张维理一语道破黑土质量下降的玄机，我国自20世纪80年代开始农村耕地转化为一家一户的经营方式，耕地管理单元变小，使用权变更频繁，农民保护耕地积极性不足“种几年后就不是自己的地了，谁还愿意投入保护,” “技术层面上也落后，没有有效的监测体系就无法及时发现耕地质量变化的最新情况，不能制定准确的修复方案。”张维理认为，耕地质量测试指标和方法陈旧，比如我国对地力的评价通常采用土壤有机质含量，但实际测定的却是有机物质全量，而不是活性有机质，这样的测试结果根本无法准确反映耕地地力和土壤演变。 此外，地方在建设桥梁、道路时会占用优质的黑土农田，补回来的却多是相对贫瘠的土地，“这就不仅是黑土层流失问题，占一亩就少一亩。”即便新增土地具备改造成黑土地的条件，还需要大量人力、物力。黑龙江省国土资源厅土地开法整理处处长任百会说，耕地占补平衡中对新增土地的整理费用每亩在10万元左右。