导图社区 病毒学4.2 病毒的繁殖周期
病毒学相关思维导图，概括性介绍了病毒的繁殖周期及相关名词，共有需要的学习者了解。希望对你有所帮助！
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实验记录与科研工作息息相关，本思维导图指出了实验记录本的重要性，简要介绍了实验记录的内容，介绍了实验记录的基本要求以及不同类型。
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病毒学4.2 病毒的繁殖周期
1.概念
复制（replication）
病毒感染细胞后，在病毒核酸的控制下合成子代病毒的核酸与蛋白质等成分，然后在宿主细胞的细胞质内或细胞核装配成病毒颗粒，再以各种方式释放到细胞外，感染其它细胞，这种增殖方式称复制
感染——合成——装配——释放
复制周期（replicative cycle）
整个复制过程叫做复制周期
自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从受染细胞释放出来为止的病毒复制全过程
潜伏期（latent period）
从病毒体吸附到宿主细胞(病毒体在培养基中消失) 到受染细胞释放出子代病毒体(培养基中重新出现病毒体)所需的最短时间
病毒体在培养基/细胞外的消失——出现
隐蔽期（eclipse period）
从感染性的病毒在细胞内消失到细胞内出现新的感染性的病毒之间的时间
感染性病毒在细胞内消失——出现
补充：不同病毒的隐蔽期长短不一，如痘病毒10h，脊髓灰质炎病毒2-4h
2.病毒的复制周期
病毒复制的五个主要阶段
某些病毒不存在这种清晰的五步，可能吸附与侵入同时进行，合成与装配同时进行等
吸附(Adsorption)
侵入(Penetration)
脱壳(Uncoating)
病毒成分的合成(Replication of viral genome and Translation of viral proteins)
装配与释放(Assembly and Release)
吸附(Adsorption/Attachment)
病毒与细胞表面特异性受体发生碰撞，病毒附着于细胞受体而引起的病毒感染的第一阶段
病毒和受体并非单纯的一一对应关系，可能一种病毒可与多种受体结合，也可能一种受体可结合多种病毒
吸附的两个阶段
某些病毒两个阶段并不分开，相当于只有吸附这一个阶段
举例：正黏病毒具有神经酰酸酶，可切断细胞受体多糖链上的神经酰酸，因此即使其与细胞表面的受体结合，仍然可以与细胞分离，并吸附另一细胞
若存在两个阶段，可逆阶段为吸附的第一阶段，不可逆吸附为第二阶段
非特异性吸附/可逆吸附
病毒与细胞以静电引力相结合
特点
非特异性吸附
与细胞和病毒的浓度成正比
与溶液中的Ca2+、Mg2+和Na+等离子有关
单纯的稀释或冲洗都可使病毒重新解脱 解脱的病毒具备感染性
特异性吸附/不可逆吸附
病毒蛋白(吸附蛋白)与细胞膜表面特定的附着因子或受体的特异性结合
细胞表面的对应物质多数为蛋白质，少数为膜脂质或多糖
特异性吸附
若通过外力作用使病毒解吸，病毒不再具备感染性
外力：稀释、冲洗、抗病毒血清、高浓度盐类、PH变化
细胞表面的特定受体决定了细胞对病毒的易感性不同，这与免疫学相关
病毒完成吸附所需时间不一样，但大多数病毒可以在1 h之内完成吸附过程
补充：通过吸附寻找特异病毒在细胞上对应受体的方法
将不感染的细胞（不具有对应受体）改造（转染基因）为可表达某种受体的细胞
判断病毒是否可与改造后细胞产生不可逆吸附，进而感染细胞
如果病毒可以感染了，则找到该病毒的对应受体
注意：实验设计原则 对照 重复 随机 单一变量
举例：通过该思路，可以验证ACE2是2020新冠病毒（SARS-CoV-2）的受体
补充：ACE2也是2003非典病毒的受体，不是中东呼吸综合征的受体
相关分子
病毒的吸附蛋白
病毒粒子表面能特异性识别细胞受体并与之结合的结构蛋白
分类
无包膜病毒的吸附蛋白
常为核衣壳的组成部分
有包膜病毒的吸附蛋白
常为包膜糖蛋白
细胞的吸附因子和受体
存在于细胞表面并能被病毒吸附蛋白特异性识别并结合的成分，包含多种蛋白质、脂质、糖类
吸附因子：帮助病毒在细胞表面富集
受体：介导病毒进入细胞
宿主细胞上病毒受体的类型
免疫球蛋白样超家族分子
膜相关受体
跨膜转录蛋白
需要不同类型受体的病毒
需要单一型受体的病毒
只需要特定受体，且该受体不需要借助其他分子的作用，自身足以介导病毒吸附
举例：流感病毒受体，鼻病毒受体，脊髓灰质炎病毒受体
需要共受体的病毒
需要特定受体和其他细胞表面分子，通过细胞表面分子协助，受体才能识别病毒介导吸附
举例：HIV-1受体需要CCR5和CX-CR4等趋化因子作为共受体完成感染
注意：并非完全一一对应
不同病毒可以连接同一受体
同一科的病毒可能连接不同受体
一种病毒可能与多种受体结合
病毒不可逆地吸附于细胞受体后，病毒以核酸或核衣壳或病毒颗粒等形式，通过不同方式进入细胞的过程
侵入方式
从上往下依次为
有囊膜-膜融合
有囊膜-细胞内吞
无囊膜-细胞内吞
无囊膜-直接侵入
注射式侵入(injection)
举例：有尾噬菌体
利用尾部的溶菌酶部分破坏细菌细胞壁
尾管刺入细胞，将病毒核酸注入细胞，衣壳留在细胞外
举例：T偶数噬菌体，T2、T4
膜融合(membrane fusion)
病毒特异性的吸附于细胞→病毒囊膜与胞膜的融合→囊膜除去→核衣壳导入到细胞内
仅有囊膜/包膜病毒可进行
举例：herpesviruses, vaccinia virus (痘苗病毒),myxoma virus (粘液瘤病毒)
细胞内吞(endocytosis)
许多有或无囊膜的动物病毒的入侵方式
A.巨胞饮作用，与腺病毒的入侵有关
B. 质膜上非网格蛋白介导的途径
C.网格蛋白介导的途径，病毒最常见的入侵途径
D.小窝蛋白途径，是几个密切相关的依赖胆固醇的途径之一
E.胆固醇依赖途径，无网格蛋白和小窝蛋白参与
F.其他途径，类似于D，但依赖动力蛋白-2
细胞膜先将病毒粒子包裹，再经膜内陷形成吞噬泡，吞噬泡与细胞器(溶酶体等)发生膜融合，在细胞内释放出病毒粒子
举例： 流感病毒influenzavirus, 痘病毒poxviruses, 多瘤病毒polyomavirus, 呼肠孤病毒reovirus
吞噬作用
一般发生在具有吞噬大颗粒物质能力的特殊哺乳动物细胞（专业吞噬细胞，如树突状细胞和巨噬细胞）中
通常会形成大的细胞外突出物，内化的病毒被带入吞噬体
需要动力蛋白和小分子G蛋白家族成员RhoA
胞饮
细胞吸收溶质和液体的过程
细胞通过伸出伪足或与物质接触处的膜内陷，将物质包入细胞内
网格蛋白介导的内吞
细胞将病毒内化在一个富含网格蛋白（clathrin）的瓶状内凹/腔（泡）中，称为网格蛋白包被小窝，然后病毒通过内体进入细胞质
动力蛋白和转铁蛋白通常参与小窝的形成
小窝/筏板内吞作用
内化的病毒被传递到洞穴状的结构——小窝体（caveosome）中，其内部pH为中性
需要小窝蛋白（caveolin）的参与
举例：SV40、柯萨奇B、小鼠多瘤病毒和Ⅰ型埃可病毒
其他途径
涉及既不含网格蛋白也不含小窝蛋白的囊泡
常需要动力蛋白、胆固醇、脂质
举例：淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒使用一种不依赖于动力蛋白、网格蛋白和小窝蛋白的途径，这种途径也不依赖于肌动蛋白、脂筏和pH
直接侵入(direct penetration)
许多无囊膜病毒通过病毒吸附蛋白(VAP)与细胞受体结合后，细胞膜的流动性可引起病毒衣壳蛋白的重排和构型变化，加之细胞膜上可能存在的水解酶的作用，从而导致病毒核酸进入细胞质中，侵入与脱壳同时完成
部分病毒粒子可直接侵入宿主细胞，如poliovirus. adenoviruses等， 其作用机理尚不清楚
植物病毒的侵入方式（目前尚未发现植物病毒的特异性细胞受体）
植物细胞壁上的天然孔或伤口(实验室常采用磨擦接种)
植物细胞的胞间连丝
昆虫介导
补充：细胞融合（cell fusion）
一些病毒在侵入细胞后，可诱导感染细胞表面的蛋白质表达，吸引未感染的细胞，使它们在低pH下与感染细胞融合，形成多核细胞，也就是合胞体,合胞体的形成并非一种侵入方式，而是一种侵入后产生的现象
举例：牛痘病毒、单纯疱疹病毒
补充：合胞体可绕过免疫系统监视，为病毒的核复制创造一个良好的复制场所，促进病毒在宿主内的传播
病毒侵入细胞后，病毒的包膜或壳体去除而病毒核酸释放出来的过程，包括脱囊膜和脱衣壳两个过程
补充
噬菌体的脱壳与侵入一起发生
植物病毒脱壳方式了解较少
举例
呼肠孤病毒(Reovirus)——化学介导的脱衣壳
并不发生完全的脱壳，以巨胞饮作用介导的内吞方式进入细胞后，吞噬泡与溶酶体结合形成次级溶酶体，病毒外壳中近50%的壳体被溶酶体中的蛋白酶水解，余下的壳体与病毒核心形成亚病毒颗粒，病毒的基因组的转录均在亚病毒颗粒内进行
部分细胞核内增殖的DNA病毒，如腺病毒和疱疹病毒——促进因子间接介导的脱衣壳
其核衣壳在未被完全脱壳的情况下就进入细胞浆
口蹄疫病毒——受体介导的脱衣壳
通过内吞体进入细胞质，在内吞体酸化后脱壳
痘病毒——酶介导的脱衣壳
外层囊膜在胞膜或吞饮泡膜上被融合,病毒核心进入胞浆内，核心借助自身衣壳上的依赖DNA的RNA聚合酶合成mRNA，进一步译制出一些早期蛋白质，这些蛋白质中有脱壳酶，该酶反过来帮助病毒核心进一步脱壳
病毒成分的合成
病毒核酸的复制和蛋白质的合成分成几个连续的阶段
mRNA的早期转录：病毒核酸复制以前的转录
最终结果：转录形成mRNA
病毒核酸转录的7种类型
dsDNA
转录出mRNA
ssDNA
合成双链DNA
dsRNA(+/-)
ssRNA(+) 逆转录病毒
逆转录出双链DNA中间体
with DNA intermediate
ssRNA(+) 非逆转录病毒
直接作为mRNA行使功能
ssRNA(-)
转录出正链RNA，作为mRNA行使功能
gapped (ds)DNA
将缺口补充成双链环形DNA
with RNA intermediate
（转录翻译完成后，由mRNA逆转录出子代DNA基因组）
mRNA的早期翻译（早期蛋白质的产生）
酶
在病毒的核酸复制、晚期转录和晚期翻译中发挥作用
其它功能蛋白质
参与改变或抑制宿主细胞大分子合成(影响细胞正常生物合成)
病毒基因组的复制
病毒的基因组携带病毒的全部遗传信息，它通过自我复制产生许多基本相同的子代病毒基因组
不同科的病毒所含的核酸类型、基因组结构和所利用的复制酶不同，因此具有不同的复制方式和特点
病毒基因组的复制都遵循原核和真核生物DNA复制的碱基互补配对原则
mRNA的再度转录（晚期转录）
发生在病毒基因组复制之后的病毒基因的转录
在新合成的RNA聚合酶的作用下，由母代病毒和子代病毒的DNA进一步转录出第二批mRNA
某些RNA病毒则仍由RNA直接转录
mRNA的再度翻译（晚期翻译）
晚期翻译产生的蛋白质为晚期蛋白质，包括病毒衣壳蛋白、囊膜蛋白以及病毒编码的其它蛋白（酶）
装配与释放(Assembly and Release）
装配
新合成的病毒核酸和病毒蛋白在感染细胞内组装成完整的病毒颗粒的过程
无囊膜病毒壳体与核酸结合形成的核衣壳即为成熟的病毒;囊膜病毒需要在核衣壳外加上包膜
病毒的装配效率很低，往往只有不到50%的子代病毒成分能组装成完整的病毒粒子
所有病毒都必须使用细胞生物合成机制，所有病毒都必须使用细胞能量
成熟(maturation):病毒粒子装配完成，具有感染性的时期。
脂筏(lipdraft) :质膜上由富含鞘磷脂、胆固醇及蛋白质的小区，位于细胞膜上
功能
蛋白质拣选、信号转导、病毒侵入、装配、出壳及释放的平台
释放（RELEASE）
病毒粒子在细胞内装配完毕后，从细胞内转移到细胞外的过程。
裂解释放（lysis）∶杀死宿主细胞，如毒性噬菌体virulent phages, 脊髓灰质炎病毒poliovirus,新城疫病毒NDV
出芽释放（budding）∶与细胞内吞过程相反。常见于有囊膜的病毒
空泡释放（vacuolating）∶病毒粒子在细胞质内的空泡中聚集，病毒空泡再向细胞膜移动，并通过接触胞膜而破裂，病毒粒子释放到胞外。见于无囊膜的病毒
突触传递（virological synapse）：感染细胞形成伪足，与未感染细胞形成突触连接
不同病毒生物合成和装配的场所不同
大多数DNA病毒:疱疹病毒、腺病毒、乳多空病毒在胞核内合成DNA，装配过程亦在胞核中进行
DNA病毒中的痘病毒和虹彩病毒在胞浆内合成病毒DNA，其装配也在胞浆内完成。
大多数RNA病毒在胞浆内增殖
