病毒──非細胞結構的生命體

河南省滑縣第六高級中學　李希明黑龍江省安達市田家炳高中　翟貴君病毒是一類比細菌更微小，能通過濾菌器，僅含一種類型的核酸（DNA或RNA），只能在某種特定的活細胞內生長繁殖的非細胞形態的微生物。尤其是近幾年肆虐的SARS病毒、禽流感病毒、HIV病毒、手足口病病毒等引起了人們對病毒的足夠重視。它作為微生物的特殊且重要組成部分之一，在高中生物學習中涉及到細胞、代謝、遺傳、變異、進化、免疫、生態等眾多知識點。故特將其基礎知識及其跨章節聯繫進行了歸納和梳理。一、關於病毒的基礎知識1 形態大小與結構各種病毒的形態和大小因種類不同而有區別，觀察病毒的形態和精確測定其大小，必須藉助電鏡。1． 1 形態⑴個體形態：單個病毒個體稱為病毒粒（子），在電鏡下，不同的病毒粒（子）呈現不同的形態，多數病毒呈球形（如腺病毒）或近似球形，少數為桿形（如煙草花葉病毒）、還有呈磚形或蝌蚪形（如噬菌體）。⑵群體形態：當病毒粒大量聚集並使宿主細胞發生病變時，就形成了具有一定形態構造且能用光學顯微鏡加以觀察和識別的特殊「群體」，例如病毒包涵體、噬噬菌斑、空斑、枯斑等。這類「群體形態」有助於對病毒的分離、純化、鑒別和計數等許多實際工作。1．2． 大小測量病毒大小的單位是納米（nm）。最大的病毒是直徑約為200nm的牛痘苗病毒，最小病毒之一是脊髓灰質炎病毒，其直徑僅為28nm。可粗略的記住病毒、細菌和真菌這3類微生物個體直徑比約為1：10：100。1．3 結構病毒結構組成位置功能舉例一般結構衣殼核心（RNA或DNA）位於病毒的中心核酸是遺傳物質的載體，其中貯存著病毒的全部遺傳信息，控制著病毒的一切性狀，如病毒的形態結構、致病性等煙草花葉病毒衣殼（蛋白質）包圍在核心周圍衣殼是病毒的主要支架結構，有保護核酸和決定著病毒抗原特異性等功能特殊結構刺突蛋白質、多糖、脂質有的包膜上長有刺突等附屬物刺突因病毒的種類而異，可以作為鑒定病毒的依據流感病毒囊膜多糖-蛋白質複合物有的病毒核衣殼外含有囊膜囊膜的有無及其性質與該病毒的宿主專一性和侵入等功能有關2 特性2．1 個體微小一般可以通過細菌濾器，故必須在電子顯微鏡下才能觀察。2．2 專性寄生2．2．1 無產能酶系和蛋白質合成系統，不能進行獨立的代謝活動，2．2．2 只有寄生在活細胞中才能生存。因此，培養病毒的培養基中必須有活細胞。2．2．3 離體條件下，能以無生命的大分子狀態存在，可形成結晶，不具有生命現象，並可長期保持侵染活力。2．3 非胞結構2．3．1 主要成分僅為核酸和蛋白質兩種，故又稱為「分子生物」。2．3．2 每種病毒只含一種類型的核酸：RNA或DNA。2．3．3 DNA病毒的遺傳物質是DNA，一般是雙鏈結構。RNA病毒的遺傳物質是RNA，一般是單鏈結構，不如DNA雙鏈穩定，容易發生基因突變。2．4 敏感性對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。2．5 感染性有些病毒的核酸能整合到宿主基因組中，誘發感染。3 分類按宿主的不同或遺傳物質的不同，可將病毒具體分為：分類依據病毒分類舉例按照病毒寄生的宿主細胞動物病毒流感病毒、艾滋病病毒、SARS病毒植物病毒煙草花葉病毒、車前草病毒等細菌病毒噬菌體（如痢疾桿菌噬菌體）按照病毒內的遺傳物質DNA病毒乙肝病毒、噬菌體等RNA病毒禽流感病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰質炎病毒、4 增殖病毒不存在個體的生長和二分裂等細胞繁殖方式，只能在活的寄主體細胞內以複製的方式進行繁殖。各類病毒的增殖過程基本相似。病毒進入細胞，一般包括吸附→注入→複製合成→組裝→釋放等大致五環節。4．1 吸附具高度專一性地吸附於敏感細胞表面的接受部位。4．2 侵入「注入」的只是病毒的DNA或RNA，蛋白質外殼殘留在細胞的外面；4．3 複製合成以病毒的核酸（DNA或RNA）為模板在細胞內藉助於宿主細胞的蛋白質合成系統(核糖體)和酶系統不斷的複製自己的各種組成成分。其增殖所需原料、能量和生物合成的場所均來自宿主細胞。4．4 裝配病毒把分別合成的核酸和蛋白質組裝成完整的、新的病毒粒子。4．5 釋放病毒成熟，引起寄主細胞的裂解，釋放出病毒粒子。具囊膜的病毒，其囊膜在核衣殼通過核膜或細胞膜的同時獲得，然後病毒顆粒以出芽方式釋放。釋放出的新的病毒粒子又可去感染新的宿主細胞。二、關於病毒的知識鏈接1 病毒起源與生物進化對於病毒與細胞在起源和進化上的關係，目前存在3種主要觀點：觀點一：生物大分子→病毒→細胞觀點二：

觀點三：生物大分子→細胞→病毒這些推測各有一定的依據，但尚無定論。因此病毒在生物進化中的地位是未定的。但是，不論其原始起源如何，病毒一旦產生以後，同其他生物一樣，能通過變異和自然選擇而演化。2 病毒研究與人類實踐2．1 病毒與中心法則在某些病毒中，RNA也可以自我複製，並且在一些病毒蛋白質的合成過程中，RNA可以在逆轉錄酶的作用下合成DNA。可以說某些病毒逆轉錄過程以及 RNA 自我複製過程的發現，補充和發展了中心法則，使之更加完善。

2．1．1 DNA病毒，如噬菌體，遺傳信息的傳遞方向是：2．1．2 RNA病毒，遺傳信息的傳遞有兩種情況：2．1．2．1 如流感病毒、煙草花葉病毒（無逆轉錄酶）：

2．1．2．2 如HIV病毒等（有逆轉錄酶），在宿主細胞內，病毒的RNA在逆轉錄酶的作用下合成DNA，與宿主細胞的DNA整合到一起，形成重組DNA分子，再通過複製進行擴增、通過轉錄和翻譯進行表達。2．2 病毒與遺傳學在噬菌體侵染大腸桿菌的實驗中，可通過標記噬菌體的蛋白質和核酸來證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質。即先用含有放射性同位素32P、35S的培養基分別培養細菌，然後，分別用上述細菌培養噬菌體，從而製備出DNA中含有32P或蛋白質中含有335S的噬菌體。同理也可用煙草花葉病毒來侵染煙草葉片來證明RNA病毒中RNA是遺傳物質。2．3 病毒與疾病2．3．1 生物致癌因子──病毒能引起細胞癌變的病毒叫腫瘤病毒或致癌病毒，現在已經發現有150多種病毒可以引起動物或植物產生腫瘤。2．3．2 與病毒相關的常見疾病艾滋病（AIDS）──艾滋病病毒（HIV）；嚴重急性呼吸系統綜合症（SARS）──冠狀病毒；乙肝──乙肝病毒；禽流感──流感病毒。2．4 病毒與免疫2．4．1 免疫過程病毒作為抗原往往是先通過體液免疫的作用，誘導機體產生相應的抗體來阻止病毒通過血液循環而播散，再通過細胞免疫的作用來予以徹底消滅。（具有囊膜的病毒侵入機體時，需要通過吞噬細胞處理，暴露其抗原決定簇。）2．4．2 病毒對人體細胞的攻擊往往具有專一性如艾滋病病毒攻擊人體的T細胞，使患者喪失一切免疫功能；乙肝病毒攻擊人體的肝細胞；SARS病毒攻擊人體的肺部細胞等等。2．4．3 免疫製劑生產──製成疫苗2．5 病毒與生物工程2．5．1 病毒與細胞工程2．5．1．1 與動物細胞工程──作為誘導劑誘用滅活的病毒（病毒經過滅活處理後失去了浸染特性和致病性，但保留了誘導細胞融合的能力）可以作為誘導劑誘導動物細胞的融合。（誘導的原理：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能夠與細胞膜上的糖蛋白髮生作用，使細胞相互凝聚，細胞膜上的蛋白質分子和脂質分子重新排布，細胞膜打開而使細胞發生融合。）2．5．1．2 與植物細胞工程──獲得無病毒植株長期進行無性繁殖的植物，體內往往會積累大量的病毒，從而影響植物的產量或觀賞價值。經研究發現，這些植物的根尖和莖尖中不含病毒，所以用根尖和莖尖進行植物組織培養可以獲得無病毒植株（如馬鈴薯、草莓、菊花等）。2．5．2 病毒與基因工程2．5．2．1 提供工具酶禽腫瘤病毒的逆轉錄酶，T4噬菌體產生的T4DNA連接酶、T4RNA連接酶、T4DNA聚合酶等是基因工程進行遺傳操作的重要工具酶。2．5．2 ．2 作為運載體借鑒病毒浸染細胞的途徑，運用DNA的體外操縱技術把病毒改造成不同外源基因的優良運載體（經常使用的病毒如噬菌體、動、植物病毒等），可以將任何動物、植物或微生物的目的基因導入到合適的受體系統中，從而獲得具有新性狀的「工程細胞」或「工程菌」。2．5．2．3 病毒的檢測用放射性同位素標記DNA分子作探針可以檢測引用水中病毒的DNA含量，具體的方法是使用一個特定的片段製成探針，與被檢測的病毒DNA雜交，從而把病毒檢測出來。2．5．3 病毒與發酵工程噬菌體可以造成發酵液的嚴重污染，對發酵工業危害很大，所以要在發酵工業中，嚴格保持衛生加強發酵罐和管道的滅菌，不斷篩選抗噬菌體菌種，採取經常輪換菌種等措施，保障發酵工業的高產、穩產。3 病毒在生態系統中的地位及生物防治3．．1 生態系統中的地位──消費者特定活細胞被病毒感染涉及病毒（寄生物）和活細胞生物（寄主）是兩個物種間的交互作用，因而是個生態學問題。而病毒作為一種嚴格的胞內寄生生物，只有寄生在活細胞中才能生存，故屬於消費者。3．2 生物防治──病毒治蟲人類在與害蟲作鬥爭的過程中，曾創造過物理治蟲、化學治蟲、性激素引誘治蟲等手段。但是由於受資源和環境污染的限制，局限性較大。生物治蟲（包括病毒治蟲、動物治蟲、以蟲治蟲、細菌治蟲和真菌治蟲）其中利用病毒可制高效的生物農藥（病毒製劑）來防治害蟲，具有資源豐富、致病力強和專一性強等優點，故發展勢頭很旺，前景誘人。1、病毒的種類：DNA雙鏈病毒、DNA單鏈病毒、RNA雙鏈病毒、RNA單鏈病毒、類病毒（RNA）以及只含蛋白質的病毒--朊病毒2、病毒的物質組成：核酸（DNA或RNA）和蛋白質3、病毒的元素組成：C、H、O、N、P4、中學教材中涉及到病毒的知識點：（1）生命活動離不開細胞（病毒也必須寄生在活細胞中）（2）細胞的癌變（生物致癌因子---病毒）（3）DNA是遺傳物質（噬菌體侵染細菌實驗）[此處也提到RNA病毒（煙草花葉病毒）]（4）免疫（抗原可以是病毒）（5）艾滋病AIDS（HIV）（6）中心法則（RNA的複製和逆轉錄）（7）基因工程（載體）（8）細胞工程（滅活病毒做融合誘導劑）（9）生物安全性（生物武器）只有教師投入地研究教材，學生在複習中才能夠感到輕鬆！參考文獻1、周德慶．2002．微生物學教程（第二版）．北京:高等教育出版社,63～67；78～802、翟中和,王喜忠,等．2000．細胞生物學．北京:高等教育出版社,20～263、人民教育出版社生物室編著,全日制普通高級中學教科書（選修）生物全一冊．北京：人民教育出版社, 76～772010-10-19人教網
推薦閱讀：