病毒簡介

Posted By Mr. Thursday

電腦有電腦病毒,在生物體也有病毒。病毒和寄生蟲有類似的地方,就是他們都無法自行完成繁殖後代的過程,必須要找到宿主,才能產生下一代。病毒簡單地說,就是由 DNA 或 RNA組成一個病毒的中心,外面在包上幾層醣蛋白 (glycoprotein) ,就是一個病毒了,因為只有 DNA 或 RNA ,所以病毒容易突變,所以感冒疫苗比較少見,因為突變速度太快了。然而也因為病毒只有 DNA 或 RNA,因此他沒有一般生物體細胞裡面維持生命所需的胞器,像是之前介紹過的粒線體來提供能量,以及各式各樣的酵素來維持各種循環,以及最重要的,複製自己產生下一代

因此,病毒組成非常簡單,就是DNA、RNA,外面包一層蛋白質就是了。

圖1 SARS病毒

現在剩下的問題,大概就是:DNA、RNA是什麼東西呢?之前DNA到蛋白質的過程這篇文章裡面,有簡單地介紹一下DNA、RNA、以及蛋白質之間的關係。在這邊我也簡短地複習一下,讓各位可以知道DNA,進一步知道病毒是什麼東西了!

當我們要學習一件新東西的時候,有個方法是讓新東西和過去學過的東西產生連結,譬如說視覺上,可以把以前學過可以辨識的特徵拿出來,變成現在新東西的面貌。譬如說我們可以把新東西切割,分析是由哪些我們已經知道的東西組成的。假如今天您從來沒聽過DNA、RNA,字面上我說DNA是deoxynucleic acid的縮寫,中文稱為去氧核糖核酸,可能你還是不知道這些字的意義。因此,先讓各位視覺上有個印象,分別看一下DNA和RNA的圖片:

圖2 DNA雙螺旋結構

DNA是一種遺傳物質。生物怎樣子把自己的特徵傳給下一代,就是藉著細胞核裡面的DNA。DNA一個個組合起來,就變成上面看到的雙螺旋的樣子。依照DNA上面一個組成份子,也就是鹼基,的不同,可以分成ATCG四種DNA,而這四種ATCG的組合,就變成了遺傳的編碼方式了,譬如說ATTTCCGG是一種,AGCCGGCG又是另外一種。

RNA則是依照功能,分為mRNA、tRNA、rRNA三種。為什麼有分這三種了,這就必須談到DNA的編碼,怎樣子在生物細胞的特徵上面表現出來的一連串過程。在敘述這個過程之前,我們先有個視覺上的印象,分別看一下三種RNA的外觀:

圖3 RNA示意圖

mRNA的m是messenger的意思,也就是攜帶訊息的意思。mRNA在細胞核裡面,會透過酵素的作用產生出來。mRNA上面的編碼,是和DNA互補的編碼。所謂互補,是因為化學結構上,DNA裡面的A和T可以產生氫鍵 (一種化學連結)、C和G可以產生氫鍵,因此A和T是互補的編碼,C和G是互補的編碼。假設有一段DNA是AATTCCGGGG產生出來的mRNA就是UUAAGGCCCC。這邊原來DNA上面的A互補的編碼是T,但是RNA比較特別,用U來代替T。因此這個過程就好像要做一個蠟像或石膏像之前的步驟,要先做一個模子,和原來的東西互補。這一步在生物裡面,稱作轉錄 (transcription)。

有了模子之後,接下來就要灌蠟、灌石膏。這一步在生物上稱為轉譯 (translation)。轉譯的過程就發生在rRNA組成的ribosome (核糖體) 裡面。上面那張圖裡面,有一條長長的、上面有AUCG四種組成成份的那一條,就是mRNA,一整個透明綠色像是果凍的東西,就是ribosome,由rRNA組成。那剩下一個tRNA在哪邊呢?就是果凍裡面哪兩個直立有彎曲的東西。

讓我們回想一下剛才提到的故事,我們把一件東西作一個模子,然後在模子裡面灌石膏,可以得到和原來東西一樣形狀的石膏像。那麼DNA經過酵素作用複製出一個模子mRNA,接著在ribosome裡面要灌石膏,會產生什麼呢?答案就是蛋白質蛋白質是什麼呢?我們的身體每一個部分,每一個細胞,幾乎都是由蛋白質組成的。調節體溫和體內各種物質濃度所需要的酵素,也都是蛋白質所組成的。蛋白質組成身體的基本單位,也是生物表現外在特徵的方式。黑人的DNA表現出來的蛋白質,會讓皮膚細胞呈現黑色,白人的DNA表現出來的蛋白質,會讓皮膚呈現白色。

但是DNA怎樣子灌出蛋白質呢?首先,我們依照學習過程中分析組成成份的方法,對蛋白質分析一下,發現蛋白質這麼多種,但是卻是由20種胺基酸 (amino acid) 組成的。現在剩下胺基酸不懂得,我們就先有個視覺印象,發現就是一個化學物質,有胺基,然後是一種。下圖左邊是胺基,右邊是酸基。

圖4 胺基酸

所以,胺基酸平常在細胞裡面遊走,但是要把胺基酸組合起來,才能變成蛋白質。其實胺基酸串聯成一串,還不能形成蛋白質,還要透過其他像是氫鍵的連結,變成更高級的立體結構,才是一個有功能的蛋白質,才能夠表現出一個生物的特徵。下面由左到右,分別就是蛋白質一級、二級、三級、和四級結構。

圖5 蛋白質結構

所以DNA作出mRNA的模子,在ribosome裡面「轉譯」成胺基酸的序列,胺基酸序列在形成立體結構,就變成組成身體基本單位的蛋白質 (protein) 了!那麼這一步是怎樣子發生呢?因為胺基酸有20種,DNA或RNA只有ATCG四種,那麼最自然的方式,就是三個RNA單位代表一個胺基酸,因為依照排列組合,如果有三張椅子,每一張椅子可以塗上四種顏色,那麼三張椅子就會有4*4*4 = 64種顏色的組合,對於20種胺基酸來說,就有足夠的編碼變化來編碼了。

因此,tRNA在這邊,就發揮了功用。tRNA上面抓著一個胺基酸下面和mRNA三個單位作配對,因此可以很忠實地把RNA的訊息,轉換成胺基酸的序列。下面就是tRNA的放大圖,讓各位有視覺印象,tRNA有髮夾 (hair-pin) 結構:

圖6 tRNA放大圖

所以,我們終於複習完了!讓我們倒過來講一次,生物的特徵 (phenotype),像是黑人白人,是由身體的細胞和細胞裡面的酵素作用產生出來,細胞和酵素組成的基本單位,就是蛋白質 (protein),蛋白質有各式各樣形狀和立體結構,但是切開後,是由20種胺基酸裡面幾種所組成的。胺基酸序列是由tRNA在ribosome核糖體果凍裡面,上面抓著一個單位的胺基酸下面配對三個單位的mRNA所連結起來的一個序列。和tRNA配對三個單位的mRNA序列,則是在細胞核裡面製造出來,編碼和DNA互補的mRNA。所以,現在各位可以倒背如流了!耶!

病毒是DNA或RNA

所以現在我們知道,包著醣蛋白外衣的病毒,裡面會包著DNA或著是RNA。因為包的東西不一樣,所以可以進行不同的分類。下面引述維基百科對病毒分類的敘述:

根據病毒的基因組組成及複製方式,病毒分為如下幾類:

也可以根據病毒的細胞生物宿主,分為「細菌病毒」、「真菌病毒」、「植物病毒」、「無脊椎動物病毒」、及「脊椎動物病毒」。

其中我們注意一種病毒,是第六組RNA反轉錄病毒。造成愛滋病 (AIDS) 的人類免疫不全病毒 (HIV),就是一種反轉錄病毒。愛滋病是一種病,有各種病狀,造成愛滋病則是HIV病毒,因此AIDS是一種,而HIV是一種病毒

那麼什麼是反轉錄病毒呢?有時候我們可能在報紙上讀到,比爾蓋茲(Bill Gates)和克林頓 (Bill Clinton) 要一起支持研發HIV反轉錄病毒的疫苗。讀到「反轉錄」(reverse transcription) 的時候,是否會有一些不了解呢?剛才有介紹到,「轉錄」就如同灌石膏一般,把mRNA的訊息,翻譯成胺基酸序列,才能變成有功能的蛋白質。HIV病毒裡面裝的是兩條RNA和一些酵素。但是蛋白質是一路從DNA到mRNA到tRNA到胺基酸序列才能形成,HIV病毒裡面的RNA,要怎麼形成有功能的蛋白質呢?就是藉著病毒裡面的酵素,把RNA先「反轉錄」成DNA。

之後,RNA病毒就和DNA病毒一樣,把反轉錄後的DNA,鑲嵌到宿主細胞的DNA裡面,和原來細胞的DNA成為一體。此後病毒和寄生蟲的路徑一樣,新陳代謝需要的東西,用宿主的,酵素,用宿主的,繁衍下一代的病毒的RNA,用宿主的繁衍機制。細胞裡面的粒線體也有自己的RNA,但是是替細胞產生能量,和細胞和平共存。病毒卻是讓細胞日漸消瘦,資源用盡之後,複製出來的病毒繼續尋找下一個宿主細胞。下面這張圖表示病毒在細胞中的兩種循環,一個是和細胞共存的循環(lysogenic cycle),另一個是當細胞資源耗盡之後,病毒大量複製另尋他方的循環 (lytic cycle):

圖7 病毒在細胞中的兩個循環

病毒是否為生物,也有不少爭議。因為病毒本身沒有細胞新陳代謝所需要的一切東西,細胞核也沒有,就只有DNA或RNA包起來,在沒有進入宿主細胞的時候,就只是一堆DNA,沒有辦法自我複製。但是一旦進到了宿主細胞,又像是借屍還魂一樣,活了起來,因此是否算是生物,還在爭議當中。

最後,附上一些病毒進入細胞過程的影片,包括HIV、SARS、H5N1等病毒,有基本生物知識又想練習英文聽力的讀者,不妨參考一下!

 

影片1 HIV病毒進入細胞過程 

影片2 各式病毒一瞥

 影片3 H5N1動畫

 延伸閱讀

 

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  • “…三個RNA單位,代表一個胺基酸,因為依照排列組合,如果有三張椅子,每一張椅子可以塗上四種顏色,那麼三張椅子就會有4*4*4 = 64種顏色的組合….”

    這句有點問題,如果ATC跟CTA的組合是算同一種,那ATCG任選三個的組合應該是有 4 + 12 + 12 + 12 = 40 種(如果我沒算錯的話)

  • “…三個RNA單位,代表一個胺基酸,因為依照排列組合,如果有三張椅子,每一張椅子可以塗上四種顏色,那麼三張椅子就會有4*4*4 = 64種顏色的組合….”

    這句有點問題,如果ATC跟CTA的組合是算同一種,那ATCG任選三個的組合應該是有 4 + 12 + 12 + 12 = 40 種(如果我沒算錯的話)

  • 哦,現在好少有人在網志上寫這個了,在沒看內容之前我還以為是寫電腦病毒~~~

    另外,你文章上面那個什麼“轉換為簡體”,好像是不能點的?

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    另外,你文章上面那個什麼“轉換為簡體”,好像是不能點的?

  • 沒看內容的話,還以為是寫電腦病毒,很少有人在網志上寫這些內容了~~~

    另外,你做了簡體的轉換?好像沒看到的~~~

  • 沒看內容的話,還以為是寫電腦病毒,很少有人在網志上寫這些內容了~~~

    另外,你做了簡體的轉換?好像沒看到的~~~

  • 好像有些病毒怕酸,會破壞他們的分子結構!

  • 好像有些病毒怕酸,會破壞他們的分子結構!

  • Joe

    FW: 所有使用繁體中文的人都該關心的一件事‏

    不是聯合國決定廢掉繁體中文這種狗屁新聞,而是我們長期使用的微軟作業系統XP,居然在繁體中文裡出現了「錯字」。
    甚至Office Word 2007以前版本的簡轉繁功能,居然在轉換時出現多達110個錯誤……為什麼我們要忍受這一切……
    直到Vista 出現,Word 2007才偷偷的改正了這些功能……而廣大的使用XP與Word 2007 以前版本的使用者,還在使用著未獲得改正的版本……而這樣的時間已經長達十幾年……
    如果你覺得這一切都是應該的……那你就放任他….如果你不覺得他是應該的,你覺得這不符合正義原則,你覺得這是微軟對使用繁體中文的使用者的漠視……吃定你了……
    那麼請把以下的連結或者文章傳遞出去……直到微軟給個說法為止……或者開始拒用微軟相關產品直到他們改正錯誤發表道歉聲明為止……或者他們一直不想理你,那就大家一起改用Linux吧…

    http://www.cnblogs.com/ethanyen/
    如果你也關心繁體中文,也覺得受到了微軟不公平的待遇,請把他傳給你所有的朋友……
    所有使用繁體中文以及XP、Office Word的朋友

  • Joe

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    甚至Office Word 2007以前版本的簡轉繁功能,居然在轉換時出現多達110個錯誤……為什麼我們要忍受這一切……
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    如果你覺得這一切都是應該的……那你就放任他….如果你不覺得他是應該的,你覺得這不符合正義原則,你覺得這是微軟對使用繁體中文的使用者的漠視……吃定你了……
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  • 有關64種組合…是因為ATC和CTA會算成不一樣的編碼
    也就是前後對稱的編碼還是算不一樣的編碼
    所以總共有64種了
    AAA,AAT,AAC,AAG,ATA,ATT,ATC,ATG,ACA,ACT,ACC,ACG,….以此類推
    每個位置都有A,T,C,G四種可能….總共三個位子
    所以組合的總數就是4*4*4 = 64了
    ———————————-
    簡體字轉換的部分
    我試了一下…好像是IE7會出現問題…FireFox不會
    可能是轉換程式無法在新的IE7上面使用囉?
    ———————————–
    病毒是否怕酸我就不大曉得了
    還沒有閱讀相關資料
    不過我想只要是可以把病毒外面的蛋白或DNA分解的東西
    應該都是可以消滅病毒的
    像是牙科診所使用的紫外線消毒器等等?
    ———————————–
    也謝謝有關繁體中文的blog連結!

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    也就是前後對稱的編碼還是算不一樣的編碼
    所以總共有64種了
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    每個位置都有A,T,C,G四種可能….總共三個位子
    所以組合的總數就是4*4*4 = 64了
    ———————————-
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    可能是轉換程式無法在新的IE7上面使用囉?
    ———————————–
    病毒是否怕酸我就不大曉得了
    還沒有閱讀相關資料
    不過我想只要是可以把病毒外面的蛋白或DNA分解的東西
    應該都是可以消滅病毒的
    像是牙科診所使用的紫外線消毒器等等?
    ———————————–
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  • Rimbaud

    phenotype叫特徵太容易混淆了 應該叫”表現型” 對應genotype基因型

    另外 標題騙人 XD

    能讓protein denature變性的東西 就可以解決virus了 UV應該是能抑制複製 殺菌效果我不是很確定 有限吧

  • Rimbaud

    phenotype叫特徵太容易混淆了 應該叫”表現型” 對應genotype基因型

    另外 標題騙人 XD

    能讓protein denature變性的東西 就可以解決virus了 UV應該是能抑制複製 殺菌效果我不是很確定 有限吧

  • 多謝補充!
    不知道UV和X光是否都有辦法讓DNA突變
    不過可能無法消除病毒denature就是了?
    ———————
    另外如果有時間…我研究好genotype,phenotype,haplotype的時候
    有機會再和各位一起分享一下囉:)
    也謝謝名詞解釋的補充!

  • 多謝補充!
    不知道UV和X光是否都有辦法讓DNA突變
    不過可能無法消除病毒denature就是了?
    ———————
    另外如果有時間…我研究好genotype,phenotype,haplotype的時候
    有機會再和各位一起分享一下囉:)
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