【分子生物学】病毒及其基因组

病毒是最简单的生物，外壳蛋白包裹着里面遗传物质核酸，病毒进入活的易感宿主细胞后，借助于宿主细胞本身提供的原料、能量、酶等，以自我复制的方式进行繁殖。

1.病毒基因组的一般特点

1）与细菌比较，病毒基因组很小，因此所含的遗传信息量很少，只能编码少数的蛋白质，但不同病毒的基因组大小差异很大。

2）病毒基因组可以由DNA或RNA组成，但每种病毒只含有一个核酸。核酸的结构可以使单链或双链，闭合环状或线状分子。

3）病毒基因组通常有基因重叠，即同一个DNA序列可以编码2种或2种以上的蛋白质。折叠基因使用共同的核苷酸序列，但转录成mRNA有不同的可读框，有些重叠基因使用相同的可读框，但起始密码子或终止密码子不同。

4）病毒基因组的大部分序列用来编码蛋白质，基因之间间隔序列短。

5）病毒基因组中在功能上相关基因一般集中成簇，在特定部位构成一个相对的功能单元或转录单元。转录产物一般为多顺反子mRNA，之后加工成各蛋白质的m-RNA。

6）噬菌体的基因连续

2.病毒的核酸

病毒的DNA多数为双链结构，RNA病毒多数为单链结构。

病毒基因组的核酸有正、负链之分。如果病毒的单链RNA基因组直接作为m-RNA，则称为正链，这些病毒称为正链RNA病毒。如果病毒RNA不能直接作为m-RNA，而以互补的RNA链作为mRNA，则称基因组RNA为负链，这种病毒称为负链RNA病毒。正链RNA病毒可直接感染动物细胞，合成病毒的外壳和核酸，并组装成病毒体。负链RNA分子本身无感染性，需要转录成mRNA才具有感染性。负链RNA分子本身无感染性，需要转录mRNA才具有感染性。负链RNA病毒的基因组在转录为mRNA过程中，需依赖于RNA的RNA聚合酶催化。

3.噬菌体基因组

·λ噬菌体基因组

λ噬菌体是E.coli的一种温和性噬菌体。噬菌体的形状为二十面体，头部直径55nm，有一个颈部的连接结构，将头部和尾部相连，尾端再与尾丝相连。λ感染E.coli细胞有两种不同结果：细胞的溶菌性反应和溶源性反应。

λ噬菌体基因组4.85×10⁴ bp，包括46个基因。整个基因组分为5个区域：头部基因、尾部基因、调控（免疫）区、复制控制区。

·φ×147噬菌体基因组

φ×147噬菌体基因组是单链环状的DNA，含有5386个核苷酸，共11个碱基。11个碱基构成3个转录单元。从3个转录启动子pa、pb和pd分别开始转录基因A、B、b。

（1）重叠基因

在噬菌体φ×147单链环状DNA的序列组织上，基因组的基因个数小于所编码合成的蛋白质数目。φ×147DNA全部5386个核苷酸序列最多能编码1795个氨基酸，若每个氨基酸平均分子质量为110KDa，则可以编码总分子质量197kDa蛋白质总分子质量是262kDa。不同基因共用一段核苷酸序列，按不同的可读框进行转录的现象称为基因重叠。噬菌体φ×147单链环形DNA重叠基因，这些重叠在一起的基因表达时可使用了不同的可读框，因此，虽然DNA序列相同，但表达的蛋白质不同。一个可读框一般指某段DNA序列以三联密码子阅读，与某种多肽链的氨基酸序列相对立，有起始密码子和终止密码子的结构。重叠基因可定义为一般核苷酸序列能够编码一条以上的多肽链。

（2）基因之间的间隔区很小

4.几种病毒的基因组

（1）SV40病毒基因组

SV40基因组只有5个基因，要完全依靠哺乳动物的细胞内的系统进行它的DNA复制和基因表达。

SV40病毒的外壳是二十面对称体的球颗粒，中心包有全长5243bp的双链环状DNA。DNA组蛋白相连，形成24个核小体，称为微笑染色体，是真核细胞染色质最小的模型。

（2）腺病毒基因组

完整的腺病毒颗粒相对分子质量是1.7×10⁸～1.85×10⁸，沉降常数约为560S，在Cscl中的密度为1.32～1.35mg·㎝^-3。腺病毒对热和酸稳定，能在肠道中存活。腺病毒无包膜，外边是蛋白质外壳，中间为紧密的核心颗粒，内含单一拷贝的双链DNA。腺病毒感染细胞后可关闭宿主细胞某种细胞表达，大量合成病毒蛋白质，致使细胞的功能失常。腺病毒感染的重要特征是它的结构蛋白在细胞核内形成包含体。

（3）逆转录病毒基因组

HIV的基本形态与其他逆转录病毒相似，有核心部分，核衣壳和包膜等3种主要结构。核心部分含两个单股正链RNA基因组，两个单体在5’端由氢相连。每个RNA基因组长6.2kb。核心内含有病毒本身编码的逆转录酶，整合酶和蛋白酶。核衣壳由P17、P24、P9、P7等蛋白质组成。最外面的包膜由病毒编码的糖蛋白GP120和GP41及类脂组成。