備課素材：病毒問題釋疑 高一上學(xué)期生物人教版必修1

病毒問題釋疑2019版高中生物學(xué)必修一第一章就提到了“病毒”：但由于教材比較簡略，很多同學(xué)有疑惑。1.病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)，為什么說它屬于生物？對于病毒的定義圍繞著“病毒有否生命”“病毒是否生物”這些所謂的基本問題有很多爭論，而用通常的動植物那樣的概念來給病毒下定義是非常困難的。雖然病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)，但是病毒同所有生物一樣，具有遺傳、變異、進化的能力，是一種體積非常微小，結(jié)構(gòu)極其簡單的生命形式。病毒有高度的寄生性，完全依賴宿主細胞的能量和代謝系統(tǒng)，獲取生命活動所需的物質(zhì)和能量。離開宿主細胞，它只是一個大化學(xué)分子，停止活動，可制成蛋白質(zhì)結(jié)晶，為一個非生命體；遇到活的宿主細胞它會通過吸附、進入、復(fù)制、裝配、釋放子代病毒而顯示典型的生命體特征。2.病毒屬于生命系統(tǒng)嗎？不屬于。自然界的生命系統(tǒng)包括細胞、組織、器官、系統(tǒng)、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)。細胞是最基本的生命系統(tǒng)。在多細胞生物體內(nèi)，細胞又是構(gòu)成組織的成分，器官是構(gòu)成個體的組分。組織、器官、個體都是有生命活動的整體，是不同層次的生命系統(tǒng)。在自然界，生物個體都不是單獨存在的，而是與其他同種和不同種的個體以及無機環(huán)境相互依賴、相互影響的。在一定空間范圍內(nèi)，同種生物的所有個體形成種群，不同種群相互作用形成群落，群落與無機環(huán)境相互作用形成生態(tài)系統(tǒng)，地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)構(gòu)成更大的整體—生物圈。因此，生命系統(tǒng)的層次從細胞開始，一直到生物圈。病毒是非細胞形態(tài)的生命體，是迄今發(fā)現(xiàn)的最小、最簡單的有機體。病毒主要是由一個核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核酸—蛋白質(zhì)復(fù)合體。病毒雖然具備了生命活動的最基本特征（復(fù)制與遺傳），但不具備細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，是不“完全”的生命體。因為它們的主要生命活動必須在細胞內(nèi)才能表現(xiàn)，在宿主細胞內(nèi)復(fù)制增殖。病毒自身沒有獨立的代謝與能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，必須利用宿主細胞的結(jié)構(gòu)、“原料”、能量與酶系統(tǒng)進行增殖，因此，病毒是徹底的寄生物，也不屬于生命系統(tǒng)的范圍。3.病毒是否只由核酸和蛋白質(zhì)外殼組成？并非所有病毒只由核酸和蛋白質(zhì)外殼組成，很多動物病毒在衣殼（即蛋白質(zhì)外殼）之外還有一層由脂類雙分子層構(gòu)成的外衣，即囊膜。囊膜實際上來自寄主的細胞膜或核膜，其上有特異的糖蛋白分子，可和寄主細胞膜上的受體分子結(jié)合，使病毒顆粒進入細胞。4.病毒對宿主細胞的感染具有專一性，不同的病毒入侵同一種細胞的方式是否相同？不同。比如HV和人流感病毒都可以入侵人體的T細胞，但識別的是同一種細胞的不同受體。艾滋?。ˋIDS）是由人類免疫缺陷病毒（HIV）侵染表達CD4表面抗原（CD4+）的還需要趨化因子受體作為輔助復(fù)體的T淋巴細胞而引起的。HIV病毒進入CD4+T淋巴細胞首先是通過病毒與細胞膜的融合來完成。該融合過程涉及病毒表面膜蛋白（gP120和gP41）與細胞表面受體蛋白（CD4和CCR5等）之間的相互作用。流感病毒的表面有包膜糖蛋白HA（包膜糖蛋白血凝素），以三聚體的形式存在于包膜上，具有血凝活性、受體結(jié)合活性和膜融合活性，并且是流感病毒的主要抗原成分，可刺激機體產(chǎn)生中和抗體。NA（神經(jīng)氨酸酶）是流感病毒包膜上除HA之外的另一種重要糖蛋白，其既是病毒的重要抗原成分又具有酶活性，又可水解細胞膜上受體末端的N-乙酰神經(jīng)氨酸，從而促進病毒的釋放和擴散，因此是通過這種方式來進人宿主細胞，與HIV病卷進入方式不同。5.病毒的分類？（1）按宿主細胞的不同分為動物病毒（如天花病毒、腺病毒、流感病毒等）、植物病毒（如煙草花葉病毒、馬鈴薯X病毒、黃瓜花葉病毒等）和細菌病毒（如噬菌體）。（2）按所含的核酸種類，分為DNA病毒（包括雙鏈DNA病毒如腺病毒和單鏈DNA病毒如細小DNA病毒等）、RNA病毒（包括雙鏈RNA病毒如呼腸孤病毒、正鏈RNA病毒如脊髓灰質(zhì)炎病毒和冠狀病毒、負鏈RNA病毒如狂犬病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒如HV）。（3）按結(jié)構(gòu)分，分為病毒和亞病毒。亞病毒包括類病毒、擬病毒和阮病毒，它們與病毒相比，結(jié)構(gòu)不完整，僅由核酸或者是蛋白質(zhì)構(gòu)成生命體。如引起瘋牛病的阮病毒就是蛋白質(zhì)構(gòu)成的機體。6.RNA病毒在宿主細胞內(nèi)繁殖所需的酶是自帶的還是在宿主細胞內(nèi)合成的？RNA病毒包括雙鏈RNA、正鏈RNA,負鏈RNA、逆轉(zhuǎn)錄病毒。在病毒界的單鏈RNA病毒，若其基因組RNA本身就具有mRNA（信使核糖核酸）的功能，則該RNA病毒就是正鏈RNA病毒；若作為基因組的RNA進入細胞寄生后必須得通過該基因組RNA復(fù)制產(chǎn)生出與之互補的RNA才能作為mRNA，則這種RNA就稱為負鏈RNA病毒。RNA病毒中，雙鏈RNA病毒（如呼腸孤病毒）和負鏈RNA病毒（如狂犬病毒）本身就帶有RNA復(fù)制酶，亦稱RNA聚合酶，因而不難復(fù)制出病毒RNA。但是正鏈RNA病毒需要的RNA復(fù)制酶需在細胞中合成，如冠狀病毒。而逆轉(zhuǎn)錄病毒（如HV）逆轉(zhuǎn)錄過程所需的酶是自帶的，但是新的子代病毒中的逆轉(zhuǎn)錄酶是在宿主細胞里合成的。7.噬菌體侵入細菌后一定會引起細菌裂解死亡嗎？不一定。有一類病毒叫作原病毒，是指插入寄主細胞染色體并隨細胞分裂分配到子代細胞中，而不損傷細胞狀態(tài)的病毒。噬菌體DNA也能拼接到細菌DNA分子的一定部位上去，并且隨著寄主DNA的復(fù)制而一同復(fù)制，成了細菌的一部分。8.病毒是如何被發(fā)現(xiàn)的？地球上的人類、動物和植物遭受病毒的危害已有許多世紀。1884年，法國微生物學(xué)家查理斯·尚柏朗發(fā)明了一種細菌無法穿過的過濾器（其濾孔孔徑小于細菌的大?。?，利用這一過程可將液體中存在的細菌除去。1892年，一位年輕的俄國科學(xué)家伊萬諾夫斯基，將患病煙草植株的葉片汁液，通過細菌過濾器后，發(fā)現(xiàn)還能引發(fā)健康的煙草植株發(fā)生花葉病。這種現(xiàn)象起碼可以說明，致病的病原不是細菌。1898年，荷蘭細菌學(xué)家貝杰林克重復(fù)了伊萬諾夫斯基的實驗。他把煙草花葉病株的汁液置于瓊脂凝膠塊的表面，發(fā)現(xiàn)感染煙草花葉病的物質(zhì)在凝膠中以適度的速度擴散，而細菌仍滯留于瓊脂的表面。貝杰林克指出，引起煙草花葉病的致病因子的特點：

1.能通過細菌過濾器；

2.僅能在感染的細胞內(nèi)繁殖；

3.在體外非生命物質(zhì)中不能生長，等等。

他提出這種致病因子不是細菌，而是一種新的物質(zhì)，稱為“有感染性的活的流質(zhì)”，并取名為病毒。9.病毒的基本結(jié)構(gòu)是怎樣的？病毒基本成分是核酸和蛋白質(zhì)，核酸位于它的中心，稱為核心或基因組，蛋白質(zhì)包圍在核心周圍，形成了衣殼。衣殼是由許多亞單位，衣殼粒構(gòu)成，核心和衣殼合稱為核衣殼，許多動物病毒，其核衣殼外面還有一層或多層由糖蛋白、脂類所構(gòu)成的囊膜把它們包裹起來。有的病毒在囊膜的最外層還有突起物。例如：α皰疹病毒結(jié)構(gòu)。10.冠狀病毒SARS-CoV和新型冠狀病毒SARS-CoV-2是如何入侵人體細胞的？ACE-2是SARS-CoV和SARS-CoV-2入侵宿主細胞的主要受體，二者表面的刺突蛋白（S蛋白）能夠與宿主細胞上的ACE-2受體結(jié)合，通過胞吞作用進人宿主細胞。11.冠狀病毒在體內(nèi)是如何復(fù)制的？冠狀病毒侵入人體后，首先釋放其RNA（＋）鏈，然后以此鏈為模板，在宿主細胞內(nèi)核糖體上，以宿主細胞內(nèi)的氨基酸為原料，翻譯出關(guān)鍵蛋白—病毒RNA聚合酶。接著利用此酶合成出RNA（－鏈），再以RNA（－鏈）為模板復(fù)制出子代病毒的RNA（＋鏈）和各種病毒結(jié)構(gòu)蛋白的mRNA。病毒結(jié)構(gòu)蛋白的mRNA隨后會翻譯出子代病毒的各種結(jié)構(gòu)蛋白，這些結(jié)構(gòu)蛋白會插入到宿主細胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體膜上，并進一步與子代病毒RNA（＋鏈）組裝，通過形成小泡，以胞吐方式離開宿主細胞，去感染其他細胞。12.病毒與細胞在起源與進化中的關(guān)系如何？目前主要存在三種觀點：生物大分子→病毒→細胞；生物大分子→細胞，生物大分子→病毒；生物大分子→細胞→病毒。在半個多世紀前，第一種觀點占優(yōu)勢，過去長期認為病毒是生物與非生物之間的橋梁，病毒具有生物與非生物的兩重性，按此邏輯的推理，顯然是生物大分子先組裝成病毒，再由病毒進化為細胞。然而，由于病毒徹底的寄生性，所有病毒必須在細胞內(nèi)增殖，所以沒有細胞的存在，病毒很難生存。因此病毒的起源不可能先于細胞。目前第二種和第三種觀點比較容易接受。在生物起源過程中，由生物大分子分別演化出細胞和病毒這兩種不同類型的生命體。但由于尚不能發(fā)現(xiàn)病毒的化石，因此第三種觀點即病毒是由細胞或細胞組分演化來的假說，得到了更多的實驗結(jié)果的支持。例如：（1）在原核細胞中，環(huán)形DNA分子的附加體可以質(zhì)粒的形式在細胞中復(fù)制，也可以整合在細菌的染色體中。其行為與細菌病毒λ噬菌體類似。（2）真核生物中，尤其是脊椎動物中普遍存在的第二類反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的兩端具有長末端重復(fù)序列，其結(jié)構(gòu)與整合于細胞基因組上的反轉(zhuǎn)錄病毒十分相似。二者可能有相同的起源。（3）已有的證據(jù)表明，有些病毒（如腺病毒）的核酸與哺乳動物細胞的DNA某些片段的堿基序列十分相似。癌基因的發(fā)現(xiàn)及其研究的深入加強了這種觀點，因為細胞原癌基因與反轉(zhuǎn)錄病毒的病毒癌基因具有相似的序列，從而普遍認為病毒癌基因起源于細胞癌基因。由此推測：病毒可能是細胞在特定條件下“扔出”的一個“病毒基因組”，即具有復(fù)制與轉(zhuǎn)錄能力的DNA或RNA。而一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型病毒，如痘病毒很可能是細胞退化經(jīng)長期演化而來，不同種類的病毒可能有不同的起源途徑。13.為什么病毒感染很難治療？因為病毒的繁殖依賴宿主細胞，所以病毒感染引起的疾病很難治療。抗病毒因子在對抗病毒的同時也會殺死宿主細胞。目前的抗病毒藥物大多是用來破壞或阻斷病毒復(fù)制所需酶的活性的。另外，病毒的突變率很高，很容易產(chǎn)生抗藥性的突變，所以導(dǎo)致大多數(shù)抗病毒藥物作用很有限。14.朊病毒是如何進行自我復(fù)制的？研究表明朊病毒是一種常見的蛋白PrP的錯誤折疊形式，錯誤折疊的阮病毒進入健康哺乳動物體內(nèi)，就會誘導(dǎo)其他正常的PrP變成阮病毒，而這些阮病毒又誘導(dǎo)其他正常的PrP變成朊病毒，最終這個鏈?zhǔn)椒磻?yīng)導(dǎo)致阮病毒的濃度非常高，可以導(dǎo)致神經(jīng)細胞損傷和退化。15.為什么致命病毒總是來自于野生動物呢？“最好”的病毒，是既不引起太嚴重的癥狀（不然搞死了宿主自已也完蛋），但也不能太溫和（畢竟宿主身上往往同時寄生著別的病毒，搶資源的時候該下的狠手還是得下）。所以在漫長的演化中，這種博弈會促使病毒最終與宿主達成某種默契，比如說人類與可能會引起普通感冒的鼻病毒就屬于這種關(guān)系。但是，病毒會變異，有些變異會導(dǎo)致病毒的宿主改變。病毒與新的宿主沒有長期磨合的默契，就會出現(xiàn)“下手沒輕沒重”的問題，其中有些下手特別重的就會給宿主帶來致命疾病。在長期的演化中，人類已經(jīng)和那些從遠古祖先開始一路陪伴的病毒達成完美默契了，與從家畜那里來的病毒，比如麻疹、流感等，磨合得還不完美，但多少有點兒默契，所以極少引起很嚴重的疫情。唯獨來自于野生動物的病毒跟我們絲毫沒有一丁點兒磨合，因此引起大瘟疫的疾病幾乎全部來自野生動物。因此希望大家平時盡量遠離野生動物，不要去飼養(yǎng)、食用野生動物，不然這些野生動物身上的病毒可就保不準(zhǔn)拿你來“試刀子”啦。16.朊病毒與類病毒是生物嗎？如果是，它們的遺傳物質(zhì)是什么？朊病毒只有蛋白質(zhì)，類病毒的化學(xué)本質(zhì)是RNA。阮病毒的結(jié)構(gòu)有細胞型（正常型PrPc）和癢型（致病型PrPsc）。PrP和PrPsc都是由同一基因編碼的，二者氨基酸序列完全相同，并且沒有共價修飾的區(qū)別。兩者的主要區(qū)別在于其空間構(gòu)象上的差異。PrPc僅存在a螺旋，而PrPsc有多個β折疊存在。PrPsc可使PrPc轉(zhuǎn)化為PrPsc，實現(xiàn)自我復(fù)制并產(chǎn)生病理效應(yīng)。阮病毒侵入神經(jīng)細胞并復(fù)制，PrPsc富集于細胞內(nèi)的溶酶體中，溶酶體破裂并破壞腦細胞，細胞死亡后在大腦中留下空洞，阮病毒被釋放并且侵犯其他細胞。遺傳物質(zhì)的定義是親代與子代之間傳遞遺傳信息的物質(zhì)。所以，兩者的遺傳物質(zhì)不同，朊病毒的遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)，類病毒的是RNA。17.病毒入侵細胞的方式有哪些？由于物理作用，病毒能隨機吸附到細胞的表面。能不能入侵細胞，首先取決于病毒表面的識別蛋白能不能與細胞表面的受體特異性結(jié)合。進入細胞的方式主要有四種：第一種是以胞吞的方式進入細胞，有蛋白質(zhì)進入，如腺病毒；第二種是通過其囊膜與細胞膜融合的方式進