病毒是地球上最微小的生物。高中生物学教材中有关病毒的知识分布于很多章节,如:免疫、细胞工程、基因工程、噬菌体侵染细菌实验、细胞癌变等。病毒性肝炎,艾滋病以及最近几年爆发的SARS、甲型H1N1流感、禽流感和猪流感等人类健康问题已成为高考考查的热点。本文主要从病毒的类型、成分、大小、结构、新陈代谢、繁殖、遗传变异、传播与防治、应用等方面进行总结。
病毒是一类没有细胞结构专营活细胞内寄生生活但有遗传、繁殖等生命特征,主要由核酸和蛋白质组成的微生物。病毒是地球上最微小的生物。
一、病毒的形态大小
病毒的形态有球形、丝形、弹形、砖形、蝌蚪形等。病毒个体很小,可以通过细菌过滤器,所以必须用电镜才能观察,以纳米为记数单位,各种病毒的大小差别很大。
二、病毒的结构
病毒主要由核酸和衣壳两部分构成。衣壳与核酸二者组成核衣壳。有些较为复杂的病毒在核衣壳外面还有一层外套称为囊膜。有的囊膜上还有刺突。特例:朊病毒只有蛋白质。类病毒缺乏蛋白质,只有裸露的侵染性核酸(RNA)。
病毒的衣壳是包围在病毒核酸外面的一层蛋白质结构,由数目众多的衣壳粒组成。每一个衣壳粒,可由一个或几个多肽组成。衣壳的功能除能保护核心内的病毒核酸免受外界环境中理化不良因素的破坏外,又具有决定病毒抗原特异性等功能。
病毒的核酸类型只有一种,大多数病毒的核酸为DNA,少数为RNA。DNA或RNA构成病毒的基因组,包含着该病毒编码的全部遗传信息,能控制病毒增殖、遗传、变异和对宿主的感染性等。注意:病毒的核酸是谁,谁就是它的遗传物质。
囊膜的主要成分是蛋白质、多糖和脂类。其成分主要来自宿主细胞,是病毒在感染宿主细胞“出芽”时从细胞膜或核膜处获得的。
有些病毒囊膜表面具有呈放射排列的突起,称为刺突。刺突与病毒的致病力及病毒对细胞的亲和力有关。因此,一旦病毒失去囊膜上的刺突,也就丧失了对易感细胞的感染能力。
三、病毒的生活方式
病毒营寄生生活,所以不属于分解者。病毒没有自身的核糖体等细胞器,大部分病毒没有酶或酶系统极不完全,不能进行独立的代谢功能,不能在无生命的培养基上生长,必须在活细胞内寄生生活。所以在用病毒进行科学实验时,需要标记的话,应先用含放射性同位素的培养基培养宿主细胞,再用病毒去侵染已被标记的宿主细胞。
四、病毒的分类
1.根据寄主不同分为:(1)植物病毒:烟草花叶病毒等;(2)动物病毒:HIV病毒、SARS病毒、禽流感病毒等;(3)细菌病毒:噬菌体。
2.按遗传物质的不同病毒可分为:(1)DNA病毒:噬菌体、天花病毒等;(2)RNA病毒:HIV病毒、烟草花叶病毒、SARS病毒、流感病毒等。
其他:亚病毒,包括类病毒、朊病毒和拟病毒。
五、组成每种病毒的含氮碱基只有四种
即A、U、C、G4种,同时每种病毒对应有四种核苷酸。
六、病毒的增殖
因为病毒无细胞结构,不能分裂也不进行生长。病毒需侵入到寄主细胞内,借助于宿主细胞的合成代谢体系按照其核酸的遗传信息复制核酸和指导合成蛋白质,最后组装成结构完整的病毒,自宿主细胞中释放出来。如噬菌体在细菌中的增值过程可表示为:吸附→注入核酸(衣壳留在外面)→合成核酸和蛋白质(原料由细菌提供)→装配→释放。
七、病毒的遗传与变异
核酸是病毒遗传的物质基础,核酸复制的忠实性使病毒具有稳定的遗传表现。自然界的任何物种都存在变异,变异是生物适应环境和维持生存的一种重要方式,是生物进化的规律。但不同物种变异速率不一,病毒是变异率比较高的微生物。一方面病毒的复制频率很高,遗传物质很容易在复制过程中发生突变;另一方面病毒在宿主体细胞内复制繁殖,必然要遭到宿主免疫系统的攻击,因而变异则成为逃避免疫杀伤的最好方式。
过去感染过流感的人,虽然体内已经产生了抗体,但对新型病毒变异株却可能没有免疫力。流感大流行会经常反复的出现,而为了能够提供有效防御流感的疫苗,则必需频繁地制造出新的流感疫苗,这些都是因为流感病毒的抗原性会因为核酸的复制、装配等各种因素而发生变化,有了这些变化,流感病毒就可以有效地逃避宿主的免疫清除。
大多数RNA病毒的突变率要远远高于DNA病毒,因为RNA通常是单链,结构不稳定,容易发生变异。
八、传播方式及防治
1.病毒可以通过以下方式传播
(1)体液传播(唾液、精液、血液等),如HIV病毒;
(2)空气或接触传播,如SARS病毒、禽流感病毒;
(3)遗传,如癌病毒等。
2.预防病毒性传染病的方法
(1)接种相应疫苗,建立特异性免疫;
(2)通过控制传染源、切断传播途径、保护易感人群来预防。
病毒对抗生素具有明显的抵抗力,所以治疗病毒性感染不能使用抗生素类药物,应该使用干扰素、病毒灵等抗病毒药物。
九、病毒的好处
1.噬菌体可以作为防治某些疾病的特效药,例如烧伤病人在患处涂抹绿脓杆菌噬菌体稀释液。因为烧伤病人容易感染绿脓杆菌,引起化脓性感染,不易控制,所以利用绿脓杆菌噬菌体在绿脓杆菌的体内繁殖,使绿脓杆菌无法生活。
2.在细胞工程中,某些病毒可以作为动物细胞融合的诱导剂,例如灭活的仙台病毒。
3.在基因工程中,病毒可以作为目的基因的载体。
4.昆虫病毒作为农药可以杀死害虫不仅安全有效,而且减少了污染,有利于环境保护,因此利用病毒进行生物防治具有重要的发展前景。
5.在作物育种中,某些病毒可以诱发基因突变,从中选育作物新品种。
6.病毒疫苗对人类预防病毒有好处;
7.促进了人类的进化,人类的很多基因都是从病毒中得到的。
(作者单位 内蒙古自治区呼伦贝尔市扎兰屯市第一中学)
?誗编辑 陈鲜艳
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