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病毒的增殖過程(2)



錄入時間:2011-8-19 9:45:00 來源:動物微生物學

 

(三)、生物合成

病毒的生物合成(biosynthesis)發生在隱蔽期,包括mRNA的轉錄、蛋白質及DNARNA的合成等。此期是病毒增殖的最主要階段,病毒的遺傳信息向細胞傳達,細胞在病毒遺傳信息的控製下合成病毒各種組成成分及其所需的酶類,包括病毒核酸轉錄或複製時所需的聚合酶。

病毒基因組的轉錄和複製方式(遺傳機製):病毒基因組的轉錄和複製是增殖過程的關鍵步驟。DNA病毒特別是雙股DNA病毒的增殖機製與真核細胞有相似之處,但RNA病毒則差別較大。正單股RNA病毒,其基因組本身即可作為mRNA,負單股或雙股RNA病毒則必須攜帶依賴於RNARNA聚合酶,以供轉錄mRNA

病毒的增殖過程雖千差萬別,但其基因組的轉錄和複製途徑有一定的相似性。1978Baltimore建議以mRNA(正股)為中心,將病毒的遺傳機製分為6個基本類型,此後發展為7(見圖30-6)

1. 雙股DNA病毒:除痘病毒外,其它雙股DNA病毒轉錄是在細胞核內進行,利用宿主細胞的轉錄酶(依賴於DNARNA聚合酶);痘病毒由於本身攜帶轉錄酶,可在細胞漿內進行mRNA的轉錄。其DNA的複製呈半保留型,每條單鏈各以堿基互補方式形成一條新鏈,成為子代雙鏈DNA,其中一條為母代的原鏈。

2. 單股DNA病毒:細小病毒、圓環病毒等單股DNA病毒,以單鏈DNA為模板合成一條相應的新鏈,雙鏈DNA中間體再按半保留方式複製出又一對雙鏈DNA,以不含母代DNA鏈的雙鏈DNA為模板轉錄mRNA,以含母代DNA鏈的雙鏈DNA的負鏈為膜板半保留型複製新的單鏈子代核酸。

3. 雙股RNA病毒:雙鏈RNA病毒的RNA是多片段。雙鏈RNA在依賴RNARNA聚合酶作用下,不對稱地轉錄出單鏈RNA。新合成的單鏈RNA,可直接作為mRNA,也可作為模板合成子代雙鏈RNA

4. 正單股RNA病毒:母代RNA可直接呈現mRNA作用,同時又是合成互補負鏈的模板,負鏈又反過來複製子代RNA。某些負鏈RNA產生既有單鏈RNA又有雙鏈RNA的中間體,由中間體複製子代單鏈RNA,子代單鏈RNA又呈現mRNA的作用。

5. 負股RNA病毒:母代RNA不能直接呈現mRNA的作用,在病毒攜帶的依賴RNARNA聚合酶作用下先產生正鏈RNA,正鏈RNA可呈現mRNA的作用,或作為模板複製負鏈子代RNA。期間也可能形成雙鏈中間體。

6. 反錄病毒:基因組為正鏈RNA,以其為模板在依賴RNADNA聚合酶(反轉錄酶)作用下,反轉錄生成雙鏈DNA中間體,雙鏈DNA中間體整合於細胞基因組DNA中,再由整合的病毒DNA轉錄子代RNA。母代和子代RNA都可呈現mRNA的作用。

7. 嗜肝病毒:其基因組部分為雙鏈,部分為單鏈,短鏈為正鏈。複製時,首先經補鏈作用形成一個完整的共價閉環的雙鏈DNA。在胞內RNA聚合酶II催化下,轉錄全長正鏈RNA並翻譯病毒轉錄酶,以此為模板轉錄負鏈DNA再合成雙鏈DNA,以雙鏈DNA轉錄mRNA

病毒基因組的轉錄與翻譯: 病毒的mRNA是多順反子mRNA(polycistronic mRNA),通過各種方式翻譯產生各種蛋白質。DNA病毒將其多順反子mRNA轉錄產物裂解或剪接為單順反子mRNA分子。RNA病毒大多在胞漿內複製,沒有RNA加工通道及剪接酶,因此隻能通過其他途徑,或者是基因組分節段,一般每個節段分子即為一個基因;或者是其多順反子基因組通過轉錄的終止及再起始,產生單順反子RNA轉錄物;或者采用重疊的套式係列(nested set)RNA,每個轉錄分子再翻譯成單個蛋白分子;或者是多順反子病毒RNA翻譯為多聚蛋白,然後裂解為所需要的多個蛋白分子。

轉錄:大多數正股RNA病毒的RNA分子直接與核糖體結合,進行全長或部分翻譯,無需任何事先的轉錄步驟。但其他病毒基因組均需轉錄為mRNA,然後再進行蛋白表達。在細胞核內增殖的DNA病毒通過細胞的依賴於DNARNA聚合酶II執行轉錄功能,其他病毒則需由病毒編碼的獨特轉錄酶,作為病毒的中間產物。在胞漿內增殖的雙股DNA病毒(如痘病毒)攜帶依賴於DNARNA聚合酶,而雙股RNA病毒具有依賴於雙股RNARNA聚合酶,負單股RNA病毒則有依賴於單股RNARNA聚合酶。

翻譯:

1. 翻譯:經加工的病毒單順反子mRNA與細胞核糖體結合,然後采用與細胞mRNA同樣的方式翻譯蛋白質。如呼腸孤病毒,首先是每個單順反子mRNA分子通過加帽(5´ 端連接7個甲基鳥苷)的5′端與40 S核糖體亞單位結合,後者沿mRNA分子讀碼直至起始碼,再與60 S核糖體亞單位結合完成翻譯過程。

多數哺乳動物病毒的mRNA分子是單順反子,僅能編碼一種蛋白,並且在5´ 端起始碼開始翻譯。但某些病毒如反錄病毒,其多順反子能翻譯多種蛋白,在中間的AUG密碼能夠起始或再起始。

一般而言,病毒早期轉錄翻譯病毒增殖需要的蛋白,包括聚合酶等。晚期轉錄翻譯的病毒蛋白為子代病毒的結構蛋白。除此以外,還有某些病毒蛋白作為調控蛋白,調控細胞基因或早期病毒基因的轉錄和翻譯,如痘病毒編碼的一種名為病毒因子的大蛋白可抑製宿主細胞對感染的應答。

2. 翻譯後加工:大多數病毒蛋白需要各種翻譯後加工,如磷酸化(以便與核酸結合)、脂肪酸酰化(以便膜插入)、糖基化、十四烷基化或溶蛋白裂解。剛合成的病毒蛋白必須轉運到細胞相應的部位,轉運信號是一些有多肽鏈的蛋白(分子伴侶),它們調控蛋白的折疊、轉運以及組裝。

1)囊膜蛋白的糖基化  蛋白從粗麵內質網向高爾基體複合物及空泡轉運,最後運出胞漿膜,在此過程中發生糖基化。

2)蛋白的翻譯後裂解  RNA病毒等的多順反子RNA可直接翻譯獲得一個多聚蛋白,首先將其從核糖體轉運出來,然後通過蛋白酶識別特定的位點,將其裂解為若幹小蛋白分子。某些病毒本身可編碼若幹種類的蛋白酶。

在高爾基體或轉運泡等細胞器中的細胞蛋白酶,對某些病毒的成熟與組裝至關重要。像正黏病毒血凝素糖蛋白及副黏病毒的融合蛋白,隻有經細胞蛋白酶加工,病毒才具有傳染性。

()、組裝與釋放

組裝:新合成的病毒核酸和病毒蛋白質在感染細胞內組合成病毒顆粒的過程,叫組裝。組裝是一個逐步完成的過程,首先是核酸進一步分化,病毒蛋白亞單位組成前衣殼,隨核酸進入前衣殼而形成核衣殼。對於無囊膜的病毒,組裝成核衣殼即形成完整病毒顆粒;而對有囊膜的病毒,則需從核膜、胞質內膜或細胞膜上出芽而獲得囊膜,才組裝成完整病毒顆粒。囊膜是細胞膜或核膜接受病毒改造,混入病毒特有的蛋白亞單位而形成。

病毒顆粒的組裝率很低,一般為50%,經常形成無核酸缺乏感染性、有免疫反應性的空病毒顆粒(空衣殼),或形成有核酸但不完整的病毒顆粒;有時還錯誤組裝,衣殼裏裝入宿主的DNA,缺乏病毒核酸及功能。這些結構和功能不完整的病毒顆粒稱為假病毒子。

大多數DNA病毒組裝是在細胞核內進行,合成的結構蛋白遷移到胞核內,與核內已複製病毒DNA組裝成核衣殼。而痘病毒和虹彩病毒則在細胞漿內組裝。RNA病毒都在細胞漿內組裝。

釋放: 病毒顆粒逸到宿主細胞外的過程叫釋放。病毒不同其釋放形式各異,可歸納為以下4種釋放方式。

1. 爆破式:細胞在感染病毒後,病毒在胞漿或核內蓄積,由於代謝障礙,細胞發生變性及死亡,細胞部分或全部破裂,釋出病毒顆粒。無囊膜的DNA病毒和RNA病毒才用這種方式釋放。

2. 出芽式:某些有囊膜的病毒在胞漿膜上獲得囊膜,其以出芽方式釋放,其過程跟吞飲作用相反,當病毒顆粒脫離細胞膜則完成出芽過程,使宿主細胞膜無明顯損害。

3. 排泄式:黃病毒、冠狀病毒等穿越高爾基體複合物或粗麵內質網的膜出芽,病毒顆粒進入空泡,再移入胞漿膜,與之融合,以胞吐(exocytosis)方式釋放。皰疹病毒在核膜的內薄層出芽,經內質網的儲泡(cisternae)排出細胞外。

4. 轉移式:某些病毒,如皰疹病毒,很少釋放於細胞外,而是通過細胞間橋或融合細胞而傳播,使病毒子在細胞間轉移。

痘病毒的組裝是在胞漿內進行,首先在病毒核酸外形成多層膜構成未成熟病毒子,再進一步分化,DNA與蛋白質結合形成亞鈴狀的芯髓,由內膜衍化形成側體,再由管形的脂蛋白亞單位構成排列不規則的外膜,而形成成熟的病毒顆粒,通過細胞表麵微絨毛慢的釋放轉移到其它細胞。

 

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