【非细胞生物全系列—05】病毒—双链DNA病毒（上）

病毒—双链DNA病毒（上）

非细胞生物

病毒

双链DNA病毒

双链DNA病毒（dsDNAvirus），这类病毒通常只有在进入宿主细胞核之后才能进行自我复制。除此之外，这类病毒还需要宿主细胞核内的DNA聚合酶才能完成自我复制，因此它们很大程度上受宿主细胞的细胞周期影响。有效的感染与子代的产生都需要在宿主细胞进行复制时才能进行，因为病毒所利用的核内DNA聚合酶在此时是活跃的。此类病毒有可能诱发细胞快速裂解，导致细胞转变和癌变，如疱疹病毒、腺病毒和乳头多瘤空泡病毒。

1.DNA病毒

脱氧核糖核酸病毒（英语：DNA virus）又称DNA病毒，其遗传物质为DNA，分为双链DNA病毒、单链DNA病毒两大类。

（1）特征

DNA病毒，又名脱氧核苷酸病毒，即病毒核酸是DNA的一种生物病毒，属于一级病毒。

DNA病毒广泛存在于人、脊椎动物、昆虫体内以及多种传代细胞系中，每种病毒只能感染一种动物（个别例外），仅少数致病。

DNA由脱氧核苷酸组成的大分子聚合物。脱氧核苷酸由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。其中碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。

DNA 分子结构中，两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕，构成双螺旋结构。脱氧核糖-磷酸链在螺旋结构的外面，碱基朝向里面。两条多脱氧核苷酸链反向互补，通过碱基间的氢键形成的碱基配对相连，形成相当稳定的组合。

脱氧核糖核酸（DNA）是生物细胞内携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息的一种核酸，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。

DNA中的核苷酸中碱基的排列顺序构成了遗传信息。该遗传信息可以通过转录过程形成RNA，然后其中的mRNA通过翻译产生多肽，形成蛋白质。

在细胞分裂之前，DNA复制过程复制了遗传信息，这避免了在不同细胞世代之间的转变中遗传信息的丢失。在真核生物中，DNA存在于细胞核内称为染色体的结构中。在没有细胞核的其它生物中，DNA要么存在于染色体中要么存在于其它组织（细菌有单环双链DNA分子，而病毒有DNA或RNA基因组）。在染色体中，染色质蛋白如组蛋白、共存蛋白和凝聚蛋白将DNA在一个有序的结构中。这些结构指导遗传密码和负责转录的蛋白质之间的相互作用，有助于控制基因的转录。

（2）组成

DNA是由重复的核苷酸单元组成的长聚合物，链宽2.2到2.6纳米，每个核苷酸单体长度为0.33纳米。尽管每个单体占据相当小的空间，但DNA聚合物的长度可以非常长，因为每个链可以有数百万个核苷酸。例如，最大的人类染色体（1号染色体）含有近2.5亿个碱基对。

生物体中的DNA几乎从不作为单链存在，而是作为一对彼此紧密相关的双链，彼此交织在一起形成一个叫做双螺旋的结构。每个核苷酸由可与相邻核苷酸共价键结合的侧链骨架和含氮碱基组成，两条链上的含氮碱基通过碱基互补以氢键相连。糖与含氮碱基形成核苷，核苷与一个或多个磷酸基团结合成为核苷酸。

DNA骨架结构是由磷酸与糖类基团交互排列而成。组成脱氧核糖核酸的糖类分子为环状的2-脱氧核糖，属于五碳糖的一种。磷酸基团上的两个氧原子分别接在五碳糖的3号及5号碳原子上，形成磷酸双酯键。这种两侧不对称的共价键位置，使每一条脱氧核糖核酸长链皆具方向性。双螺旋中的两股核苷酸互以相反方向排列，这种排列方式称为反平行。脱氧核糖核酸链上互不对称的两末端一边叫做5'端，另一边则称3'端。脱氧核糖核酸与RNA最主要的差异之一，在于组成糖分子的不同，DNA为2-脱氧核糖，RNA则为核糖。

DNA的双螺旋通过在两条链上存在的含氮碱基之间建立的氢键来稳定。组成DNA的四种碱基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。所有四种碱基都具有杂环结构，但结构上腺嘌呤和鸟嘌呤是嘌呤的衍生物，称为嘌呤碱基，而胞嘧啶和胸腺嘧啶与嘧啶有关，称为嘧啶碱基。

两条核苷酸链沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起，很像一座螺旋形的楼梯，两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架，而踏板就是碱基。DAN双螺旋是右旋螺旋。不同磷酸盐基团之间的凹槽仍然暴露在外。主沟宽2.2纳米，而小沟宽1.2纳米。两个凹槽的不同宽度决定了蛋白质对不同碱基的可接触性，这取决于碱基是在主沟还是小沟中。与DNA的蛋白质，如转录因子，通常与处在大沟中的碱基接触。

2.双链DNA病毒形态特征

这类病毒通常只有在进入宿主细胞核之后才能进行自我复制。除此之外，这类病毒还需要宿主细胞核内的DNA聚合酶才能完成自我复制，因此它们很大程度上受宿主细胞的细胞周期影响。有效的感染与子代的产生都需要在宿主细胞进行复制时才能进行，因为病毒所利用的核内DNA聚合酶在此时是活跃的。此类病毒有可能诱发细胞快速裂解，导致细胞转变和癌变，如疱疹病毒、腺病毒和乳头多瘤空泡病毒。

唯一一类已充分研究且不在核内进行复制的例子是痘病毒科（一种有脊椎动物高发病率的病原体，包括天花病毒）。

此类病毒使用普遍的mRNA转录方式——使用宿主相关的转录酶——合成两种mRNA：

早期信使RNA(?) earlymRNA,事先转录用于合成DNA。

后期信使RNA(?) late mRNA,随后由子代DNA转录而成。

利用宿主细胞RNA聚合酶转录（产生早期mRNA）并翻译出用于自身DNA复制的DNA聚合酶（此为早期蛋白质）。

亲代dsDNA进行半保留复制，大量复制自带病毒DNA，即子代dsDNA。

从其中负链DNA转录出mRNA（此为晚期mRNA），翻译出病毒蛋白质（此为晚期蛋白质，多为结构蛋白，如衣壳蛋白）。

子代dsDNA与结构蛋白质组装成为子代病毒。

3.分类

有尾噬菌体目（Caudovirales）

疱疹病毒目（Herpesvirales）

线状病毒目（Ligamenvirales）

核质巨DNA病毒（NCLDV）

尚未归入任何病毒目

复层噬菌体科（Tectiviridae）

覆盖噬菌体科（Corticoviridae）

芽生噬菌体科（Plasmaviridae）

微小纺锤形噬菌体科（Fuselloviridae）

滴状病毒科（Guttaviridae）

多脱氧核糖核酸病毒科（Polydnaviridae）

多瘤病毒科（Polyomaviridae）

乳头瘤病毒科（Papillomaviridae）

乳头瘤状病毒科（Papovaviridae）

腺病毒科（Adenoviridae）

线极病毒科（Nimaviridae）

4.线状病毒目

下属科：

脂毛噬菌体科（Lipothrixviridae）

古噬菌体科（Rudiviridae）

（1）脂毛噬菌体科

脂毛噬菌体科（学名：Lipothrixviridae）是一种噬菌体病毒的科。一般宿主为古细菌。本科学名源于古希腊语字根lipo（脂肪）+thrix（毛发）。

脂毛噬菌体科病毒形态为长杆状颗粒，长约410nm，直径约38nm。无囊膜，含有螺旋核心。粒子两端均有突起，突起可能与病毒的吸附有关。粒子含有3%的DNA（W/W），75%的蛋白质和22%异丙基乙醚脂。病毒核酸为单分子线状双链DNA，分子量10×106d（15.9kb）。粒子至少含有4种蛋白，分别为TP1 12.9kDa、TP2 16.3kDa、TP3 18.1kDa、TP4 24.5kDa，TP1和TP2与DNA相关，TP3是囊膜蛋白，TP4在粒子中的位置未知。只有TP1是基本蛋白，TP3高度疏水，TP4为亲水蛋白。第五种蛋白是PTX，它在感染细胞中以很高的量出现，它携带一个C端重复。

脂毛噬菌体科主要成员有嗜热变形杆菌噬菌体TTV1等，寄主一般为Thermoproteustenax细菌。它们仅在冰岛硫磺温泉的样品中发现。

①乙型脂毛噬菌体属

乙型脂毛噬菌体属病毒粒子大小1950×24nm，具囊膜，粒子末端锥形，有拖把样尾。病毒核心由两个不同DNA结合蛋白的多拷贝和线形双链DNA组成。

乙型脂毛噬菌体属病毒基因组为线形双链DNA，分子大小约41kb，具有抗酶修饰的末端，病毒粒子含有2个主要结构蛋白和4个次要结构蛋白，2个主要结构蛋白相对分子质量为17kDa和25kDa，次要结构蛋白的相对分子质量为40-50kDa。病毒基因组有74个ORF，90%基因组序列编码蛋白质。病毒基因组不能整合到宿主基因组，从冰岛、美国黄石公园和意大利地热环境中分离样品经富集培养，获得的病毒和病毒粒子都非常相似。

②丙型脂毛噬菌体属

丙型脂毛噬菌体属病毒粒子末端有嗉囊样结构，病毒粒子比乙型脂毛噬菌体小，大小为900×24nm，具囊膜，病毒末端嗉囊样结构直径为20nm，它与宿主菌毛密切接触。病毒主体和嗉囊样结构间有一个长60nm的附器和一个12×8nm的颈。

丙型脂毛噬菌体属病毒基因组为线形双链DNA，分子大小20,869bp，基因组末端含有TTGTT序列短直接重复串，或者是与其相近的变异体，它们是线形真核染色体端粒末端的残留痕迹。病毒基因组含40个ORF，它们以潜在的转录单位成串。

（2）古噬菌体科

古噬菌体科，Rudiviridae，rudi由拉丁文rudis而来，有小的杆状物之意，其病毒颗粒的形态为杆形，不含脂质，遗传物质为线形双股DNA。主要的宿主为古细菌。