河南 李進(jìn)京 王明軍

例談病毒增殖方式

河南 李進(jìn)京 王明軍

有關(guān)病毒增殖方式的知識在高中生物教材中涉及很少，但是在近年各地高考試題中卻多次考查，考點(diǎn)涉及中心法則和免疫等知識，試題多以新信息的形式呈現(xiàn)，往往具有較大的難度?，F(xiàn)對常見病毒的增殖方式相關(guān)知識進(jìn)行歸納總結(jié)。并結(jié)合部分例題進(jìn)行分析，從而探究如何更好地高效備考。

一、DNA病毒的增殖過程

DNA病毒的遺傳物質(zhì)絕大多數(shù)為雙鏈DNA，此外還有少數(shù)單鏈DNA病毒。如T2噬菌體的遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA，在其增殖過程中，以DNA為模板按照半保留方式進(jìn)行DNA的復(fù)制從而產(chǎn)生新的子代DNA，并通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成成熟病毒所需要的蛋白質(zhì)，然后將DNA和蛋白質(zhì)再組裝成新的子代噬菌體，從而完成病毒的增殖。

乙肝病毒也屬于雙鏈DNA病毒，與噬菌體不同，其DNA是帶有部分單鏈區(qū)的環(huán)狀雙鏈DNA分子，兩條單鏈長度不同。當(dāng)乙肝病毒感染宿主細(xì)胞后，首先脫掉蛋白質(zhì)外殼，其DNA進(jìn)入宿主細(xì)胞的細(xì)胞核中，經(jīng)DNA聚合酶修復(fù)后成為完整的閉環(huán)狀雙鏈DNA，然后在宿主細(xì)胞的RNA聚合酶作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)錄形成各種mRNA，部分mRNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA，部分 RNA 通過翻譯產(chǎn)生病毒的蛋白質(zhì)外殼。最后通過組裝形成新的子代乙肝病毒。

單鏈DNA病毒則在宿主細(xì)胞的DNA聚合酶作用下，形成病毒的雙鏈DNA，然后雙鏈 DNA通過復(fù)制產(chǎn)生更多的雙鏈DNA，并以新形成的-DNA單鏈為模板形成新的單鏈DNA，此外形成的雙鏈DNA通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成病毒所需要的蛋白質(zhì)，并組成新的病毒 。

【例1】鹽酸嗎啉胍（又名病毒靈，英文縮寫ABOB）能抑制病毒的DNA和RNA聚合酶的活性，從而抑制病毒增殖。下列敘述正確的是 （ ）

A. DNA病毒增殖時(shí)，DNA中的堿基對之間的氫鍵會(huì)發(fā)生斷裂

B. 在RNA聚合酶的作用下，脫氧核糖核苷酸依次連接形成RNA

C. 可通過向普通培養(yǎng)基中添加適量的ABOB試劑培養(yǎng)病毒，進(jìn)而研究ABOB對病毒增殖的抑制作用

D. ABOB作用于基因表達(dá)的翻譯階段，從而抑制病毒的增殖

【解析】雙鏈DNA在復(fù)制過程需要先解螺旋，此時(shí)氫鍵會(huì)發(fā)生斷裂，A正確；在RNA聚合酶作用下，基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，此時(shí)所需要原料為核糖核苷酸，B錯(cuò)誤；病毒只能在相應(yīng)的宿主細(xì)胞中增殖，不能在普通培養(yǎng)基中增殖，C錯(cuò)誤；RNA聚合酶在基因的轉(zhuǎn)錄過程起作用，D錯(cuò)誤。

【答案】A

【例2】乙肝病毒是一種大約由3 200個(gè)脫氧核苷酸組成的雙鏈DNA病毒，這種病毒的復(fù)制方式較為特殊，簡要過程如下圖所示。

（1）圖中①③表示的生理過程在遺傳學(xué)上分別稱為________，所需要的酶分別是________。圖中②③過程所需的原料來自于_______。

（2）人感染乙肝病毒后，由于在患者的血清中存在________，所以可通過檢測該物質(zhì)的存在來判斷是否感染了該病毒，也可用DNA分子探針，利用__________原理進(jìn)行檢測。

（3）乙肝病毒的衣殼外面具有囊膜包被，因此，當(dāng)這些病毒侵入人體后，需要_______細(xì)胞的處理，將其特有的抗原暴露出來，呈遞給________細(xì)胞，該細(xì)胞釋放________，刺激B淋巴細(xì)胞增殖、分化為________，通過接種乙肝疫苗可刺激人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，當(dāng)乙肝病毒再次入侵時(shí)，機(jī)體能產(chǎn)生更強(qiáng)的特異性免疫反應(yīng)，包括_______。

【解析】（1）從圖中信息知，過程①表示從DNA到RNA的過程，屬于轉(zhuǎn)錄，該過程需要 RNA聚合酶的作用，過程③表示從RNA到DNA的過程，屬于逆轉(zhuǎn)錄過程，此過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶的作用。圖中②③過程在宿主細(xì)胞中進(jìn)行，需要宿主細(xì)胞提供原料、能量等。（2）病毒入侵后，通過體液免疫產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，所以通過檢測血清中該抗體是否存在來確定某人是否感染了該病毒，另外通過DNA分子雜交技術(shù)也可進(jìn)行檢測。（3）感染病毒后，在特異性免疫過程中，首先在吞噬細(xì)胞作用下，將病原體特有抗原暴露出來，并呈遞給T細(xì)胞，T細(xì)胞能釋放淋巴因子，刺激B細(xì)胞增殖分化成漿細(xì)胞和記憶細(xì)胞。疫苗作為抗原刺激機(jī)體發(fā)生體液免疫過程能產(chǎn)生抗體。另外病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后還進(jìn)行細(xì)胞免疫。

【答案】（1）轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶肝細(xì)胞（宿主細(xì)胞）

（2）乙肝病毒抗體 分子雜交

（3）吞噬 T 淋巴因子 漿細(xì)胞和記憶細(xì)胞 體液免疫和細(xì)胞免疫

二、普通RNA病毒增殖過程

1.侵染性單鏈RNA病毒——單正鏈RNA（+ssRNA）病毒增殖方式

單正鏈RNA本身具有mRNA功能，其RNA可直接附著于宿主細(xì)胞的核糖體上翻譯一些早期的蛋白。

其過程是，首先基因組翻譯出大分子多聚蛋白，在細(xì)胞或病毒編碼的蛋白酶作用下切割成為功能蛋白及結(jié)構(gòu)蛋白，如RNA聚合酶等。

+ssRNA在該酶作用下，轉(zhuǎn)錄出與親代互補(bǔ)的負(fù)鏈RNA，形成雙股RNA（±RNA），即復(fù)制中間型，其中以正鏈RNA為 mRNA翻譯形成病毒晚期蛋白，即衣殼蛋白及其他結(jié)構(gòu)蛋白；以負(fù)鏈RNA為模板復(fù)制子代病毒RNA，進(jìn)而再裝配與釋放病毒。

2.非侵染性單鏈RNA病毒——單負(fù)鏈（-ssRNA）RNA病毒增殖方式

-ssRNA不能直接作為模板翻譯病毒蛋白質(zhì)。當(dāng)病毒粒子攜帶轉(zhuǎn)錄酶時(shí)，-ssRNA可作為轉(zhuǎn)錄+RNA的模板。

在生物合成過程中，-ssRNA首先轉(zhuǎn)錄出互補(bǔ)正鏈RNA（即+RNA）形成復(fù)制中間體（±RNA），產(chǎn)生更多的正鏈RNA，以其中的部分正鏈RNA為模板復(fù)制出子代負(fù)鏈RNA，部分正鏈RNA起mRNA的作用，翻譯出病毒的結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白。然后負(fù)鏈RNA與病毒蛋白組裝成新的病毒。

3.雙鏈RNA病毒增殖方式

雙鏈RNA病毒侵染宿主后，病毒基因組在RNA聚合酶的作用下，轉(zhuǎn)錄形成正鏈RNA，它們既能作為mRNA，又能作為病毒基因組的模板用于合成子代RNA。mRNA翻譯出結(jié)構(gòu)蛋白，裝配內(nèi)層衣殼后，正鏈RNA進(jìn)入，并形成雙鏈RNA。然后組裝成新的雙鏈RNA病毒。

【例3】腸道病毒EV71為單股正鏈（+RNA）病毒，是引起手足口病的主要病原體之一。下面為該病毒在宿主細(xì)胞腸道內(nèi)增殖的示意圖。下列說法不正確的是 （ ）

A. 病毒合成蛋白質(zhì)的場所是宿主細(xì)胞的核糖體

B. 由+RNA合成新的+RNA需要先合成-RNA

C. +RNA即是病毒的遺傳物質(zhì)，又具有信使RNA的作用

D. 病毒進(jìn)入人體通過體液免疫將其清除，因此不需要細(xì)胞免疫參與

【解析】病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)入宿主細(xì)胞后，它僅能提供核酸模板，合成蛋白質(zhì)的場所在宿主細(xì)胞，原料、能量都來自宿主細(xì)胞，A正確；由圖可知，在RNA合成新的+RNA過程中先經(jīng)過了合成-RNA這一過程，B正確；由圖可知，+RNA是該病毒的遺傳物質(zhì)，又可以作為翻譯的模板，C正確；病毒感染機(jī)體后進(jìn)入內(nèi)環(huán)境中首先會(huì)引發(fā)體液免疫產(chǎn)生抗體；病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，會(huì)引發(fā)細(xì)胞免疫，D錯(cuò)誤。

【答案】D

【例4】埃博拉病毒（EBV）是引起人類和靈長類動(dòng)物發(fā)生埃博拉出血熱的烈性病毒。該病毒基因組為單股負(fù)鏈RNA（與mRNA互補(bǔ)），有18 959個(gè)堿基。吞噬細(xì)胞是首先被病毒攻擊的靶細(xì)胞，病毒在感染細(xì)胞的胞質(zhì)中復(fù)制、裝配，以出芽方式釋放，其增殖過程如下圖所示。關(guān)于該病毒的敘述，正確的是 （ ）

A. 科學(xué)家為研究埃博拉病毒，用富含碳源、氮源、無機(jī)鹽等的培養(yǎng)基培養(yǎng)病毒

B. 一個(gè)病毒RNA分子復(fù)制形成一個(gè)新的病毒RNA至少需要37 918個(gè)核苷酸

C. 病毒侵入人體后會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)體的體液免疫，但對細(xì)胞免疫影響較小

D. 病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、裝配后，以出芽方式釋放，體現(xiàn)了細(xì)胞膜的功能特點(diǎn)

【解析】病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不能獨(dú)立生存，因此不能用普通培養(yǎng)基直接培養(yǎng)病毒，應(yīng)用相應(yīng)的宿主活細(xì)胞培養(yǎng)病毒，A錯(cuò)誤；根據(jù)圖示，埃博拉病毒的一個(gè)單股負(fù)RNA的復(fù)制時(shí)，需先合成一個(gè)mRNA（正鏈RNA），要消耗18 959個(gè)核苷酸，然后以合成的正鏈RNA為模板再合成一個(gè)（-）RNA，又要消耗18 959個(gè)核苷酸，B正確；吞噬細(xì)胞既參與細(xì)胞免疫，又參與體液免疫，吞噬細(xì)胞被攻擊，既影響體液免疫，又影響細(xì)胞免疫，C錯(cuò)誤；子代病毒從宿主細(xì)胞內(nèi)以出芽形式釋放出來，依賴的是細(xì)胞膜的流動(dòng)性，屬細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而非功能特點(diǎn)，D錯(cuò)誤。

【答案】B

三、逆轉(zhuǎn)錄病毒增殖過程

逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA在其復(fù)制過程中，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下會(huì)形成RNA-DNA中間體，然后以單鏈DNA為模板，再形成雙鏈DNA。雙鏈DNA具有侵染性，并可整合到宿主細(xì)胞的DNA上，成為前病毒，該雙鏈DNA可隨宿主細(xì)胞的分裂而存在于子代細(xì)胞內(nèi)。前病毒在宿主細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄出子代病毒RNA和mRNA。mRNA在核糖體上翻譯出子代病毒的結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白。然后子代RNA與翻譯出的蛋白質(zhì)組裝成新的病毒。

艾滋病病毒屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒，HIV的基因組由兩條單鏈正鏈RNA組成，在其鏈上附著有逆轉(zhuǎn)錄酶。它主要侵染人的T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，當(dāng)它侵染宿主細(xì)胞后，通過在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下先形成一條單鏈DNA，然后在宿主細(xì)胞DNA聚合酶作用下進(jìn)一步形成雙鏈DNA。然后利用宿主細(xì)胞相關(guān)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的RNA和有關(guān)蛋白質(zhì)。

此外，肉瘤病毒等也屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒。

【例5】（2016·海南卷）某種RNA病毒在增殖過程中，其遺傳物質(zhì)需要經(jīng)過某種轉(zhuǎn)變后整合到真核宿主的基因組中。物質(zhì)Y與脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)相似，可抑制該病毒的增殖，但不抑制宿主細(xì)胞的增殖，那么Y抑制該病毒增殖的機(jī)制是（ ）

A. 抑制該病毒RNA的轉(zhuǎn)錄過程

B. 抑制該病毒蛋白質(zhì)的翻譯過程

C. 抑制該RNA病毒的反轉(zhuǎn)錄過程

D. 抑制該病毒RNA的自我復(fù)制過程

【解析】RNA病毒的真核宿主細(xì)胞的遺傳物質(zhì)為DNA，RNA病毒需要先通過逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA片段，然后才能整合到宿主的基因組中，在逆轉(zhuǎn)錄過程中所用原料是脫氧核苷酸，物質(zhì)Y與脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)相似，能“抑制該病毒的增殖，但不抑制宿主細(xì)胞的增殖”，只能是抑制了病毒的逆轉(zhuǎn)錄過程。

【答案】C

【例6】艾滋病病毒（HIV）是一種球形的RNA病毒，HIV基因組由兩條正鏈單鏈RNA組成，并附著有逆轉(zhuǎn)錄酶。HIV侵染T淋巴細(xì)胞并繁殖新一代病毒的過程示意圖如下。請回答：

（1）圖中①表示病毒正在侵染T淋巴細(xì)胞，進(jìn)入寄主細(xì)胞的是病毒的________。遺傳學(xué)上將過程③和④稱為_______。

（2）②過程所需要的酶來自________。所需要的原料來自________?？茖W(xué)家通過研發(fā)特異性抑制逆轉(zhuǎn)錄酶的藥物_______（填“能”或“不能”）來治療艾滋病。

（3）目前流行的甲型流感病毒的遺傳物質(zhì)也是RNA，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)來證明其遺傳信息的傳遞方向，請補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟并預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①將提取到的病毒RNA均分為兩份，放入試管A、B；

②向試管A中加入一定量的核糖核苷酸和與RNA復(fù)制有關(guān)的酶，向B試管中加入等量的________和________酶，在適宜條件下培養(yǎng)；

③一段時(shí)間后，提取A、B兩試管中產(chǎn)物利用甲基綠、吡羅紅試劑分別判斷結(jié)果。

預(yù)期結(jié)果結(jié)論：

若A試管中產(chǎn)物呈現(xiàn)紅色，B試管中產(chǎn)物不呈現(xiàn)紅色，則試管中進(jìn)行的是________過程；若________，則試管中進(jìn)行的是逆轉(zhuǎn)錄過程。

【解析】（1）從圖示信息知進(jìn)入宿主細(xì)胞的是病毒的RNA部分。過程②表示從RNA到DNA的過程，屬于逆轉(zhuǎn)錄，過程③和④分別表示基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。（2）根據(jù)題中信息HIV的遺傳物質(zhì)上附著有逆轉(zhuǎn)錄酶知，過程②所需要的酶來自病毒，但整個(gè)過程需要宿主細(xì)胞提供原料，根據(jù)圖示信息，如果抑制了RNA的逆轉(zhuǎn)錄過程，就抑制了病毒遺傳物質(zhì)的信息傳遞過程，間接地抑制了病毒增殖過程。（3）本題探究的是甲型流感病毒遺傳物質(zhì)增殖方式是不是逆轉(zhuǎn)錄過程，A試管中加入了與RNA復(fù)制有關(guān)的酶，B試管中應(yīng)加入逆轉(zhuǎn)錄酶，同時(shí)還應(yīng)加入合成DNA所需要的原料，即四種脫氧核苷酸。甲基綠使DNA呈現(xiàn)綠色，吡羅紅使RNA呈紅色。如果A試管中加甲基綠、吡羅紅試劑呈紅色，說明產(chǎn)物為RNA，即其中進(jìn)行的是RNA的復(fù)制過程，如果B試管中加甲基綠、吡羅紅試劑呈綠色，說明有DNA產(chǎn)生，即在B試管中進(jìn)行了逆轉(zhuǎn)錄過程。

【答案】（1）RNA 轉(zhuǎn)錄和翻譯

（2）病毒 宿主細(xì)胞 能

（3）實(shí)驗(yàn)步驟② 脫氧核苷酸 逆轉(zhuǎn)錄酶

預(yù)期結(jié)果結(jié)論 RNA復(fù)制 B試管中產(chǎn)物呈現(xiàn)綠色，A試管中產(chǎn)物不呈現(xiàn)綠色

四、特殊病毒——朊病毒的增殖方式

朊病毒，又稱朊粒，朊病素等，是一種不含核酸，只有蛋白質(zhì)組成的，具有傳染性和致病性的亞病毒因子。朊病毒剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)，人們認(rèn)為它對中心法則提出了挑戰(zhàn)，并認(rèn)為蛋白質(zhì)也可作遺傳物質(zhì)。其實(shí)，朊病毒的增殖過程仍遵循中心法則。

在人或動(dòng)物體內(nèi)存在著編碼朊病毒蛋白質(zhì)的基因，當(dāng)基因表達(dá)后形成朊病毒蛋白質(zhì)（PrPc），此蛋白質(zhì)對動(dòng)物或人無害。若由于某種原因該蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，形成了具有使人或動(dòng)物致病的蛋白質(zhì)（PrPsc），此即朊病毒。

當(dāng)一個(gè)正常的動(dòng)物或人感染朊病毒后，朊病毒可以使正常的朊病毒蛋白質(zhì)（PrPc）構(gòu)象發(fā)生改變，也變成致病性的蛋白質(zhì)（PrPsc）。這樣就產(chǎn)生了更多的朊病毒。

因此說朊病毒并未突破中心法則。它從另一方面說明了蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

【例7】（2015·新課標(biāo)Ⅰ卷）人或動(dòng)物PrP基因編碼一種蛋白（PrPc），該蛋白無致病性。PrPc的空間結(jié)構(gòu)改變后成為PrPsc（朊粒），就具有了致病性。PrPsc可以誘導(dǎo)更多的PrPc轉(zhuǎn)變?yōu)镻rPsc，實(shí)現(xiàn)朊粒的增殖，可以引起瘋牛病。據(jù)此判斷，下列敘述正確的是 （ ）

A. 朊粒侵入機(jī)體后可整合到宿主的基因組中

B. 朊粒的增殖方式與肺炎雙球菌的增殖方式相同

C. 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變可以使其功能發(fā)生變化

D. PrPc轉(zhuǎn)變?yōu)镻rPSc的過程屬于遺傳信息的翻譯過程

【解析】由題中信息可知朊粒是由PrP基因編碼的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象變化的產(chǎn)物，因此還屬于蛋白質(zhì)類。不可能整合到宿主細(xì)胞基因組中，A錯(cuò)誤；細(xì)菌增殖方式為二分裂，與病毒不相同，B錯(cuò)誤；由題中信息知，PrP基因編碼的蛋白質(zhì)與朊粒僅是空間結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致了功能的差別，C正確；PrPc轉(zhuǎn)化為PrPsc只是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變，D錯(cuò)誤。

【答案】C

五、備考策略

通過前面分析可知，高考對病毒增殖方式的考查有從題干中獲取有效信息、遷移利用有效信息，并解決問題的能力的考查，也有對最基本的生物學(xué)知識的考查。因此把教材中的基礎(chǔ)知識掌握扎實(shí)是有效備考的前提，再通過適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行材料信息試題訓(xùn)練，就能達(dá)到高效的備考目的。

河南省汝陽縣第一高級中學(xué)）