第6章外源化学物致突变作用

1、1第七章第七章 外源性化学物致突变作用外源性化学物致突变作用（Mutagenesis of Xenobiotics )2n一般毒性作用一般毒性作用n特殊毒性作用特殊毒性作用 （致畸、致畸、致突变、致突变、致癌）致癌）“三致三致”作作用用 3致突变作用-造就了“蜘蛛侠”？4567891011现实生活中现实生活中自然界中的自发突变自然界中的自发突变转基因的动、植物（红薯，蓝色玫瑰）转基因的动、植物（红薯，蓝色玫瑰）各种有害因素引起的突变（物理，生物，各种有害因素引起的突变（物理，生物，化学）化学）外源性化学物外源性化学物致突变作用致突变作用1213基本概念：突变、遗传毒理学、致突变作基本概念：突变

2、、遗传毒理学、致突变作 用、致突变物用、致突变物致突变的类型：基因突变、染色体结构异致突变的类型：基因突变、染色体结构异 常、染色体数目异常常、染色体数目异常【内容】【内容】14致突变作用机制致突变作用机制突变的后果：生殖细胞突变，体细胞突变突变的后果：生殖细胞突变，体细胞突变机体对致突变作用的影响机体对致突变作用的影响致突变试验致突变试验15第一节第一节 概概 述述16遗传与变异遗传与变异遗传遗传： 生物物种以各种繁殖繁殖方式来保证世代间生命的持续生命的持续。 种瓜得瓜 种豆得豆变异变异： 亲子之间或子代之间出现不同程度的差异差异。 一、基本概念一、基本概念 17突变（突变（mutation

3、)：遗传结构本身遗传结构本身的变化及其的变化及其引起的变引起的变异异-生物体的遗传物质发生了突然的、根本的变化，因为这生物体的遗传物质发生了突然的、根本的变化，因为这种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异.突变突变”这个词的来源：这个词的来源：“突变突变”是由荷兰是由荷兰De Vries（19011903）提出。他当时在栽培月见草，发现其中有多种可变遗传的变异，提出。他当时在栽培月见草，发现其中有多种可变遗传的变异，因这些变异是不连续的好象突然发生，故叫因这些变异是不连续的好象突然发生，故叫“突变突变” 孟德尔的豌豆杂交实验为现代遗传学孟德

4、尔的豌豆杂交实验为现代遗传学 奠定了基础奠定了基础(基因分离、自由重组基因分离、自由重组)18n19091909年摩尔根年摩尔根(Morgan)(Morgan)发现发现在红眼果蝇中有白眼果蝇在红眼果蝇中有白眼果蝇n因发现了果蝇白眼突变的性因发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁互色体上直线排列以及连锁互换定律，摩根于换定律，摩根于19331933年被授年被授予诺贝尔奖。予诺贝尔奖。n19461946年，摩根的学生，被誉年，摩根的学生，被誉为为“果蝇的突变大师果蝇的突变大师”的的米米勒勒，证明射线能使果蝇的，证明射线能使果蝇的突变率提高突变率

5、提高150150倍，因而成倍，因而成为诺贝尔奖获得者为诺贝尔奖获得者. .19基因与染色体基因与染色体n生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了生物生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了生物的遗传。但是，的遗传。但是，基因究竟在细胞内的什么地方？基因究竟在细胞内的什么地方？n摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，基因基因在染色体上在染色体上。 202122摩尔根和他的学生利用果蝇作了摩尔根和他的学生利用果蝇作了大量的研究。大量的研究。19261926年出版年出版基因基因论论，建立了著名的，建立了著名的基因学说。基因学说。 Thomas Hunt Morgan

6、 （18661945）23n摩尔根在摩尔根在基因论基因论中绘制了果蝇基因位置图，中绘制了果蝇基因位置图，首次完成了当时最新的基因概念的描述：首次完成了当时最新的基因概念的描述： 基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不仅是决定性状的功能单位，也是一个仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位突变单位和和交换单位交换单位。 n至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。 24摩尔根果蝇遗传实验具有划时代意义摩尔根果蝇遗传实验具有划时代意义人类第一次把基因与染色体联系起来，认为基因人类第一次把基因与染色体联系起来

7、，认为基因是一种物质，是染色体上的一个特定的区段。是一种物质，是染色体上的一个特定的区段。 确立并发展了染色体的遗传理论。确立并发展了染色体的遗传理论。 25突变研究简史突变研究简史年份年份事事 件件作者作者1904发现发现X射线可以改变生殖细射线可以改变生殖细胞的遗传物质胞的遗传物质De Vries1927用用X射线照射发现可以引起射线照射发现可以引起基因突变基因突变Muller1943发现芥子气可诱发基因和染发现芥子气可诱发基因和染色体畸变色体畸变Averbach & Robson1951用用X射线可诱发小鼠突变射线可诱发小鼠突变1966化学物可诱发小鼠突变化学物可诱发小鼠突变Ru

8、ssed1969成立国际环境诱变剂学会成立国际环境诱变剂学会Guttanach26自发突变自发突变(spontaneous mutation):是由是由于普遍存在的未知因素作用下，在自于普遍存在的未知因素作用下，在自然条件下发生的突变然条件下发生的突变v特点：特点：发生过程长、频率很低，与物发生过程长、频率很低，与物种进化有关种进化有关从发生原因上，可分为：从发生原因上，可分为：27诱发突变诱发突变(induced mutation)：是指人是指人为地造成突变为地造成突变v特点：特点：发生过程短、频率高，既可被发生过程短、频率高，既可被人类利用，也可能对人类产生危害人类利用，也可能对人类产生危

9、害v遗传毒理学遗传毒理学(genetic toxicology)：研究化研究化学性和放射性物质的学性和放射性物质的致突变作用致突变作用以及人以及人类接触致突变物可能引起的类接触致突变物可能引起的健康效应健康效应的的科学。科学。v致突变作用（致突变作用（mutagenesis)：是指外来因是指外来因 素特别是化学因子引起细胞核中的素特别是化学因子引起细胞核中的遗传遗传 物质发生改变的能力物质发生改变的能力，而且此种改变可，而且此种改变可 随同细胞分裂过程而传递。随同细胞分裂过程而传递。29v致突变物致突变物(mutagen)：凡能凡能引起生物体引起生物体遗传物质发生改变的化学物质或任何环遗传物质

10、发生改变的化学物质或任何环境因子境因子，又称诱变剂，也称为遗传毒物。，又称诱变剂，也称为遗传毒物。30直接致突变物（直接致突变物（direct-acting mutagen)： 具有很高的化学活性，其原型就可引起生具有很高的化学活性，其原型就可引起生物体突变的物质。物体突变的物质。间接致突变物（间接致突变物（indirect-acting mutagen)：本身不能引起突变，必须在体内经过本身不能引起突变，必须在体内经过代谢代谢活化活化，才具有致突变性的物质。，才具有致突变性的物质。31环境中的致突变因素环境中的致突变因素1. 化学物质化学物质l天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚硝酸盐等l人

11、工合成的致突变物 抗癌药物抗癌药物：如环磷酰胺等 烷化剂烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等 有毒金属有毒金属：如六价铬、有机汞等 农药农药：如乐果、敌百虫等 食品添加剂食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝1号和2号等 其他其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等32 物理因素：物理因素：电离辐射、温度剧烈变化等33 1986年4月26日，原苏联在乌克兰境内修建的切尔诺贝利核电站发生爆炸并引起大火。该事故导致约吨的强辐射物严重泄露，造成了史无前例的放射性污染，其危害至今也未能完全消除。 切尔诺贝利事故增加儿童体内DNA变异。在医院接受治疗的受辐射的孩子 343. 生物因素：生物因素：病毒、基因工程等转基因鲑

12、鱼转基因鲑鱼( (上上) )比同年龄的比同年龄的野生鲑鱼野生鲑鱼( (下下) )重重 11 倍倍 35第二节第二节 化学毒物致突变的类型化学毒物致突变的类型从遗传学角度或突变角度分为：从遗传学角度或突变角度分为：基因突变基因突变染色体结构改变染色体结构改变染色体数目改变染色体数目改变36从机理角度分为：从机理角度分为：对对DNA为靶的损伤（包括基因突变和染为靶的损伤（包括基因突变和染色体畸变）色体畸变）不以不以DNA为靶的损伤为靶的损伤(染色体数目异常）染色体数目异常）37v基因突变（基因突变（genetic mutation)：是指基是指基因在结构上发生了碱基对组成和排列因在结构上发生了碱基

13、对组成和排列序列的改变（序列的改变（point mutation)。 不能应用光学显微镜直接进行观察，须采用理化或生物学方法才能检出。 光学显微镜可分辨的物质最小为光学显微镜可分辨的物质最小为0.2m 相当于相当于4.7106个核苷酸对的长度个核苷酸对的长度一、基因突变一、基因突变38基因突变：可分为基因突变：可分为碱基置换和移码突变碱基置换和移码突变两种类型。两种类型。 突变基因：突变基因：基因内存在的突变的基因基因内存在的突变的基因野生型基因：野生型基因：没有发生突变的基因没有发生突变的基因39(一一) 碱基置换（碱基置换（base subsititution)转换转换(transitio

14、n)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到即嘌呤到嘌呤或嘧啶到 嘧啶的变化嘧啶的变化颠换颠换(transversion):即嘌呤到嘧啶或嘧啶即嘌呤到嘧啶或嘧啶 到嘌呤的变化到嘌呤的变化碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱落而引起的突变。落而引起的突变。40A G T C腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 41Transitions are more common than transversions 4243后果后果同义突变同义突变(synonymous mutation)：指没有指没有改变基因产物氨基酸序列的突变。改变基因产物氨基酸序列的突变。GGG

15、和和GGA 均编码均编码 (glycine, Gly,甘氨酸甘氨酸) 44n错义突变错义突变(missense mutation)(missense mutation)：指碱基序指碱基序列的改变引起了列的改变引起了产物氨基酸序列产物氨基酸序列的改变的改变单核苷酸替代单核苷酸替代45n无义突变无义突变(nonsense mutation)(nonsense mutation)：指某个碱指某个碱基的改变使代表基的改变使代表某个氨基酸的密码子某个氨基酸的密码子变为变为蛋白质合成的蛋白质合成的终止密码子终止密码子，导致多肽链在，导致多肽链在成熟之前终止合成的改变。成熟之前终止合成的改变。终止密码子：终

16、止密码子：UAA UAG UGA46终止密码的突变终止密码的突变v链终止突变：链终止突变：指无义突变使肽链过指无义突变使肽链过早终止。早终止。v延长突变：延长突变：指如果终止密码子因突指如果终止密码子因突变而为氨基酸编码，结果产生过长变而为氨基酸编码，结果产生过长的肽链的现象。的肽链的现象。47指发生一对或几对指发生一对或几对不等于不等于3的倍数的倍数的碱基减少的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译为不正常的氨变，形成错误的密码，并转译为不正常的氨基酸。基酸。由于碱基序列所形成的一系列由于碱基序列所形成的一系列三联体密码

17、子三联体密码子相互间并无标点符号，于是从受损位点开始相互间并无标点符号，于是从受损位点开始密码子的密码子的阅读框架阅读框架完全改变。完全改变。（二）移码突变（二）移码突变（frameshift mutation)4849结果结果是从是从原始损伤的密码子原始损伤的密码子开始一直到信息开始一直到信息末端末端的氨基酸序列的氨基酸序列完全改变完全改变。使读码框架使读码框架改变其中某一点形成无义密改变其中某一点形成无义密码码，于是产生一个，于是产生一个无功能的肽链片段无功能的肽链片段。移码突变较易成为移码突变较易成为致死性致死性突变。突变。 50单碱基置换单碱基置换单碱基缺失单碱基缺失51基因突变的案例

18、基因突变的案例白化病白化病n突变突变-黑色素生成缺陷黑色素生成缺陷 -眼、毛发色素缺乏眼、毛发色素缺乏n发病率，发病率，2/1000n常染色体隐性遗传常染色体隐性遗传52n全色盲，双色盲，色弱（红绿蓝三原色）全色盲，双色盲，色弱（红绿蓝三原色）n发病率，男性发病率，男性7%，女性，女性0.49%nX染色体隐性遗传（交叉遗传）染色体隐性遗传（交叉遗传）n尚无有效的治疗方法尚无有效的治疗方法（色盲（色盲矫正隐形眼镜矫正隐形眼镜，改善色觉改善色觉,提高色调分辨能力）提高色调分辨能力）基因突变的案例基因突变的案例色盲症色盲症5354基因突变的案例多毛症23岁的墨西哥男子丹尼岁的墨西哥男子丹尼出生后出生

19、后就患有一种罕见的多毛症，全就患有一种罕见的多毛症，全身都被浓厚的黑色毛发覆盖，身都被浓厚的黑色毛发覆盖，看起来就像传说中的恐怖看起来就像传说中的恐怖“狼狼人人”。据悉，据悉，丹尼一家五代人都患有这丹尼一家五代人都患有这种种“狼人综合征狼人综合征”，他和他和26岁的哥哥拉里从小便被当成岁的哥哥拉里从小便被当成“怪物怪物”，被关进笼子中四处，被关进笼子中四处展出。展出。 祖母祖母携带这种变异基因，将它传携带这种变异基因，将它传给了后代。哥哥拉里、堂姐妹给了后代。哥哥拉里、堂姐妹莉莉和卡拉、亲妹妹贾米、莉莉和卡拉、亲妹妹贾米、6岁侄女丹尼拉等岁侄女丹尼拉等55n狼人综合征狼人综合征和月亮以及狼没有

20、任何联系，而是与和月亮以及狼没有任何联系，而是与基因有关。基因有关。n多毛症基因曾是人类身上的一种多毛症基因曾是人类身上的一种“失传基因失传基因”。当当远古时代的人类还是长满毛发的远古时代的人类还是长满毛发的灵长类动物灵长类动物时，身时，身上就存在着这种基因，但当人类渐渐进化后，这种上就存在着这种基因，但当人类渐渐进化后，这种基因变得不再需要，就开始发生突变而基因变得不再需要，就开始发生突变而“关闭关闭”。然而丹尼的家族不知何故，他们体内被然而丹尼的家族不知何故，他们体内被“关闭关闭”的的多毛症基因现在又被多毛症基因现在又被“打开来了打开来了”。n“狼人综合征狼人综合征”非常罕见，非常罕见，患

21、病概率只有患病概率只有100亿分亿分之一，且没有根治办法之一，且没有根治办法。 56二、染色体畸变二、染色体畸变(chromosome aberration)(chromosome aberration)57染色体结构异常（畸变染色体结构异常（畸变）（）（structural chromosome aberration)：是指由于染色是指由于染色体或染色单体体或染色单体断裂断裂，造成染色体或染色，造成染色体或染色单体单体缺失或引起各种重排缺失或引起各种重排，从而出现染，从而出现染色体结构异常。色体结构异常。q断裂剂：断裂剂：凡能引起凡能引起染色体断裂染色体断裂的物质。的物质。58染色体畸变又可

22、分为染色体畸变又可分为染色体畸变（染色体畸变（chromosome-type aberrations)：指染色体中指染色体中两条染色单两条染色单体同一位点受损体同一位点受损后所产生的结构异常后所产生的结构异常染色单体畸变（染色单体畸变（chromatid-type aberrations)：指畸变涉及复制染色体指畸变涉及复制染色体中两条染色单体中的中两条染色单体中的一条一条59染色体结构异常的类型染色体结构异常的类型类型：类型：缺失缺失重复重复倒位倒位易位易位60(1) 缺失（缺失（deletion)：染色体上丢失了一个片段。一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，就会出现一个或一个染色体发生一

23、次或多次断裂而不重接，就会出现一个或多个多个无着丝粒断片无着丝粒断片和和一个缺失了部分染色质并带有着丝粒一个缺失了部分染色质并带有着丝粒的异常染色体。的异常染色体。61(2) 重复：重复：在一套染色体里，一个染色体片段出现不止一次。62(3) 倒位倒位(inversion)：一个染色体片段被颠倒了。倒转倒转180 再重接再重接臂间倒位：如果颠倒的片段包括着丝点，称为臂间倒位；臂内倒位：如不包括着丝点，称为臂内倒位。 染色体的臂间倒位染色体的臂间倒位 63(4) 易位易位(translocation)：从某个染色体断下的节从某个染色体断下的节段接到另一染色体上称为易位。段接到另一染色体上称为易位

24、。相互易位相互易位64n染色体结构异常是染色体或染色单染色体结构异常是染色体或染色单体体断裂断裂所致。所致。n当断端不发生重接或虽重接而不在当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现原处，即可出现染色体结构异常染色体结构异常。65三、染色体数目异常三、染色体数目异常Normal human Karyotype: 46,XY66动物正常体细胞染色体数目动物正常体细胞染色体数目2n为标准，为标准，为为二倍体。染色体数目二倍体。染色体数目异常可表现为异常可表现为整整倍性畸变倍性畸变和和非整倍性畸变非整倍性畸变。整倍性畸变可能出现整倍性畸变可能出现单倍体、三倍体或单倍体、三倍体或四倍体四倍体。超过二

25、倍体的整倍性畸变也统。超过二倍体的整倍性畸变也统称为多倍体。非整倍性畸变系指比二倍称为多倍体。非整倍性畸变系指比二倍体多或少一条或多条染色体体多或少一条或多条染色体(2n+1, 2n-1)。67整倍性畸变68非整倍性畸变69缺体缺体是指缺少一对同源染色体；是指缺少一对同源染色体；单体或三体单体或三体系指某一对同源染色体相应系指某一对同源染色体相应地少或多一个地少或多一个四体则指其比同源染色体多一对。四体则指其比同源染色体多一对。人类中常见有三种三体：人类中常见有三种三体： （1 1）21-21-三体，即三体，即DownDown氏综合征；氏综合征； （2 2）18-18-三体，即三体，即Edwa

26、rdEdward综合征综合征 （3 3）13-13-三体，即三体，即PatauPatau综合征。综合征。 70患儿具明显的特殊面容体征：患儿具明显的特殊面容体征：眼距宽，鼻根低平，眼裂小，眼距宽，鼻根低平，眼裂小，眼外侧上斜，有内眦赘皮，外眼外侧上斜，有内眦赘皮，外耳小，舌胖，常伸出口外，流耳小，舌胖，常伸出口外，流涎多。涎多。 3.男性唐氏婴儿长大至青春期，也不会有生育能力。4. 易患各种感染，如存活至成人期，则常在30岁以后即出现老年性痴呆症状。71n突出的面部特征包括枕突出的面部特征包括枕骨突出，外耳旋转有畸骨突出，外耳旋转有畸形，眼裂短，嘴巴小形，眼裂短，嘴巴小 n桡骨发育不全，半椎骨

27、，桡骨发育不全，半椎骨，手握拳呈手指交错，并手握拳呈手指交错，并指指(趾趾) 72突变的类型突变的类型突突 变变基因突变基因突变染色体数目变化染色体数目变化碱基置换碱基置换移码突变移码突变密码子插入或丢失密码子插入或丢失转转 换换颠颠 换换碱基插入碱基插入碱基丢失碱基丢失非整倍体非整倍体多倍性多倍性染色体畸变染色体畸变缺失缺失、断片断片重重 复复倒倒 位位易易 位位73第三节第三节 化学毒物致突变作用的化学毒物致突变作用的机制及后果机制及后果74（一）碱基损伤（一）碱基损伤1.碱基错配碱基错配烷化剂烷化剂(alkylating agent):是指对是指对DNA和和蛋白质具有强烈烷化作用的物质蛋

28、白质具有强烈烷化作用的物质一般情况下甲基化乙基化高碳烷基化一般情况下甲基化乙基化高碳烷基化烷化剂所致甲基化易产生碱基错配烷化剂所致甲基化易产生碱基错配一、引起突变的一、引起突变的DNA变化变化75目前认为最常受到烷化的是目前认为最常受到烷化的是鸟嘌呤的鸟嘌呤的N7位，其次是位，其次是O6位位腺嘌呤的腺嘌呤的N1、N3和和N7也易烷化也易烷化腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 7677AP位点（位点（apurinic or apyrimidinic site)：是指丢失碱基的是指丢失碱基的DNA留下了一个无嘌呤留下了一个无嘌呤或无嘧啶的位点或无嘧啶的位点78嵌入剂（嵌入剂

29、（intercalating agent)：指能以指能以静电吸附形式静电吸附形式嵌入嵌入DNA单链的碱基之间或单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间的物质链之间的物质常见的嵌入物常见的嵌入物：多环芳烃的环氧化物多环芳烃的环氧化物，吖啶（吖啶（dng）类类化化合物，合物，联苯胺联苯胺等。其共同的结构特征为：平面多环状结构，等。其共同的结构特征为：平面多环状结构，一般是三个环，长度极为相似约一般是三个环，长度极为相似约 6.8。2.平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNA链链3.479AGGATCCT解解 链链AGGAAGGAAGGATCACT插入一个插入一个碱基碱

30、基嵌 入嵌嵌 入入AGGA模板链模板链嵌 入嵌嵌 入入AGGATCT缺失一个缺失一个碱基碱基编码链编码链80有些化学物的结构与碱基非常相似，称有些化学物的结构与碱基非常相似，称碱基类似物碱基类似物它们能在它们能在S期中可与天然碱基竞争，并期中可与天然碱基竞争，并取代其位置取代其位置例如例如5-溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；2-氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤）能取代鸟嘌呤3.碱基类似物取代碱基类似物取代 AT A5BU81化学物可对碱基产生化学物可对碱基产生氧化作用氧化作用，从而破坏，从而破坏或改变碱基的结构，进而引起链断裂；或改变碱基的结构，进而引起

31、链断裂；有些化学物质可在体内形成有些化学物质可在体内形成有机过氧化物有机过氧化物或自由基或自由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡碱等，可咖啡碱等，可间接使嘌呤的化学结构破坏间接使嘌呤的化学结构破坏，容易出现容易出现DNA链断裂。链断裂。4.碱基的化学结构的改变或破坏碱基的化学结构的改变或破坏82（二）（二）DNA链受损链受损1.二聚体的形成：二聚体的形成：紫外线紫外线 环丁烷嘧环丁烷嘧啶和啶和 4-6光产物光产物 阻止阻止DNA复制复制 引起细胞死亡引起细胞死亡83活性化学物质与细胞活性化学物质与细胞 大分子之间通过大分子之间通过共价键形成的稳定复合物如生物毒素、共

32、价键形成的稳定复合物如生物毒素、多环芳烃和芳香胺类致癌物可使多环芳烃和芳香胺类致癌物可使DNA形形成成大加合物大加合物，使，使DNA的立体构象发生明的立体构象发生明显变化，阻断受损部位的半保留复制和显变化，阻断受损部位的半保留复制和转录转录2.DNA加合物形成加合物形成844.DNA-蛋白质交联（蛋白质交联（DNA-protein crosslinks，DPC） ：如亚硝酸、丝如亚硝酸、丝裂霉素裂霉素C、氮和硫的芥子气以及各种铂的、氮和硫的芥子气以及各种铂的衍生物衍生物3.DNA-DNA交联（交联（DNA-DNA crosslinks，DDC）：）：DNA分子上一条链的碱基与互补分子上一条链的

33、碱基与互补链上的相应碱基形成共价连接链上的相应碱基形成共价连接85二、引起突变的细胞分裂过程改变二、引起突变的细胞分裂过程改变a是中心粒，b是纺锤丝，c是染色体，d是着丝点。纺锤丝把着丝点（内部已经一分为二）拉开，复制过的染色体就一分为二了。 86一些化学物能作用于纺锤体，中心一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞器，粒或其他核内细胞器，从而干扰有从而干扰有丝分裂过程丝分裂过程诱发这种作用的物质称为有丝分裂诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称毒物，又称干扰剂干扰剂87秋水仙碱秋水仙碱是典型的引起细胞分裂是典型的引起细胞分裂完全完全抑制抑制的物质，因此这种效应又的物质，因此这种效应又

34、称秋水称秋水仙碱效应或细胞有丝分裂。仙碱效应或细胞有丝分裂。有些干扰剂仅使细胞群体的有些干扰剂仅使细胞群体的有丝分裂有丝分裂数减少数减少，被称之为抗有丝分裂剂。，被称之为抗有丝分裂剂。88引起非整倍性的原因引起非整倍性的原因不分离（不分离（nondisjunction)一种是同源染色体在第一次减数分裂中联一种是同源染色体在第一次减数分裂中联会复合中不分离（可能联会复合体受损）会复合中不分离（可能联会复合体受损）另一种是姊妹染色单体在有丝中或第二次另一种是姊妹染色单体在有丝中或第二次减数分裂中因着丝粒受损未纵裂而不分离减数分裂中因着丝粒受损未纵裂而不分离89不分裂的结果是纺锤体的一极接受了同源或

35、不分裂的结果是纺锤体的一极接受了同源或两个染色单体，而另一极则没有。两个染色单体，而另一极则没有。90只有一条染色体或一对染色体不分离，在子细胞中将多出一条只有一条染色体或一对染色体不分离，在子细胞中将多出一条或一对染色体，而在另一个子细胞中将少一条或一对梁色体。或一对染色体，而在另一个子细胞中将少一条或一对梁色体。91染色体丢失（染色体丢失（chromosome loss)纺缍纺缍体形成的不完全障碍或着丝粒受损使体形成的不完全障碍或着丝粒受损使细胞分裂过程中个别染色体行动滞后细胞分裂过程中个别染色体行动滞后没有进入子细胞核没有进入子细胞核联会复合体形成障碍和第一次减数分联会复合体形成障碍和第

36、一次减数分裂时着丝粒早熟分离而产生非整倍性裂时着丝粒早熟分离而产生非整倍性92引起整倍体的原因引起整倍体的原因核内复制（核内复制（endoreduplication)第一次有丝分裂染色体及其着丝粒虽已完第一次有丝分裂染色体及其着丝粒虽已完成正常复制，但纺缍体形成受到完全的障成正常复制，但纺缍体形成受到完全的障碍，全部姊妹染色单体不能分开，细胞也碍，全部姊妹染色单体不能分开，细胞也不能进行分裂，形成间期四倍体细胞核不能进行分裂，形成间期四倍体细胞核第二次有丝分裂：恢复正常的复制和分开，第二次有丝分裂：恢复正常的复制和分开，中期便可见每四条染色单体整齐排列的现象中期便可见每四条染色单体整齐排列的现

37、象931、在细胞增殖过程，细胞周期正常染色体复制，但在接下、在细胞增殖过程，细胞周期正常染色体复制，但在接下来的有丝分裂期，染色体分裂时，染色单体不能分离，产生来的有丝分裂期，染色体分裂时，染色单体不能分离，产生一个一个4倍体细胞。倍体细胞。942、由于接受分裂错误，配子为、由于接受分裂错误，配子为2倍体，而不是倍体，而不是单倍体，所以会产生一个多倍体的受精卵。单倍体，所以会产生一个多倍体的受精卵。95n非整倍体和多倍体是由于非整倍体和多倍体是由于染色体分离异常而产生的染色体分离异常而产生的96(二）不以二）不以DNA为靶的损伤机制为靶的损伤机制1.对对DNA合成和修复有关的酶系统的作用合成和

38、修复有关的酶系统的作用一些氨基酸类似物可使与一些氨基酸类似物可使与DNA合成有关的合成有关的酶系统遭受破坏从而诱发突变，脱氧核糖酶系统遭受破坏从而诱发突变，脱氧核糖核苷三磷酸在核苷三磷酸在DNA合成时的不平衡也可诱合成时的不平衡也可诱发突变发突变铍和锰除可直接与铍和锰除可直接与DNA相互作用外，还可相互作用外，还可与酶促防错修复系统相作用而产生突变与酶促防错修复系统相作用而产生突变 972.对纺缍体的毒作用对纺缍体的毒作用与微管蛋白二聚体结合与微管蛋白二聚体结合与微管上的巯基结合与微管上的巯基结合破坏已组装的微管破坏已组装的微管妨碍中心粒移动妨碍中心粒移动其他作用其他作用98四、突变的后果四、

39、突变的后果q突变的后果取决于化学毒物所作用的靶突变的后果取决于化学毒物所作用的靶细胞细胞体细胞：体细胞：其影响仅能在直接接触该物质其影响仅能在直接接触该物质的个体身体上表现出来，不可能遗传到的个体身体上表现出来，不可能遗传到下一代（肿瘤）下一代（肿瘤）生殖细胞：生殖细胞：其影响有可能遗传到下一代其影响有可能遗传到下一代 （遗传性疾病）（遗传性疾病）99DNA损伤损伤修复的效率修复的效率体细胞突变体细胞突变生殖细胞突变生殖细胞突变良性良性肿瘤肿瘤恶性恶性转化转化细胞细胞衰老衰老未分化未分化的胚胎的胚胎细胞细胞分化的分化的胚胎细胚胎细胞受损胞受损显性显性致死致死隐性隐性致死致死存活存活突变突变动脉

40、动脉硬化硬化未知未知疾病疾病癌癌变变老老化化出生缺出生缺陷（流陷（流产产/死胎）死胎）癌变癌变出生缺出生缺陷（功陷（功能或结能或结构畸形）构畸形）流产流产死产死产出生出生缺陷缺陷基因基因负荷负荷先天性疾病先天性疾病化学物和遗传危害示意图化学物和遗传危害示意图100（1）致死性突变：）致死性突变：显性致死：显性致死：精子不能受精，或精子不能受精，或 隐性致死：隐性致死：1.生殖细胞突变的后果生殖细胞突变的后果101（2）非致死性突变（可遗传的改变）非致死性突变（可遗传的改变）先天畸形等遗传性疾病先天畸形等遗传性疾病遗传易感性改变遗传易感性改变致死性突变将导致死胎，它影响后代的数量而非质量。致死性

41、突变将导致死胎，它影响后代的数量而非质量。非致死性突变主要影响后代的质量。非致死性突变主要影响后代的质量。102生物个体生殖细胞发生突变或染色体畸生物个体生殖细胞发生突变或染色体畸变后，有些可能会在世代传递、选择过变后，有些可能会在世代传递、选择过程中在人群中固定下来，增加人类的遗程中在人群中固定下来，增加人类的遗传负荷传负荷遗传负荷（遗传负荷（genetic load)：指人群中每个指人群中每个个体所携带有害基因或致死基因的平均个体所携带有害基因或致死基因的平均水平水平 103（1）癌变：）癌变：体细胞突变是细胞癌变体细胞突变是细胞癌变的重要基础，在许多肿瘤中，都可的重要基础，在许多肿瘤中，

42、都可观察到癌基因的活化和抑癌基因的观察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等失活，并存在缺失、易位、倒位等染色体畸变染色体畸变2.体细胞突变的后果体细胞突变的后果104105（2）致畸胎：）致畸胎：致突变物可透过胎盘致突变物可透过胎盘作用于胚胎体细胞引起畸胎，所以致作用于胚胎体细胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是亲代生殖细胞突变的畸作用不完全是亲代生殖细胞突变的后果后果（3）其他不良后果：）其他不良后果：动脉粥样硬化、动脉粥样硬化、衰老衰老 106第四节第四节 机体对致突变作用的影响机体对致突变作用的影响107DNA执行高保真的复制执行高保真的复制 修复修复DNA损伤损伤 v损

43、伤耐受机制损伤耐受机制:是指是指DNA遗传可绕过遗传可绕过那些阻止那些阻止DNA复制的复制的DNA损伤机制损伤机制v修复机制：直接修复和切除修复修复机制：直接修复和切除修复遗传信息代遗传信息代代相传，并代相传，并且高度保真且高度保真 108DNA损伤、修复及后果损伤、修复及后果109一、一、DNA损伤的修复损伤的修复(直接修复直接修复)1.光复活（光复活（photoreactivation)：修复紫外修复紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体，广泛存线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体，广泛存在原核和真核生物体内在原核和真核生物体内(光裂合酶光裂合酶)2.“适应性适应性”反应：反应：主要是主要是O6-甲基鸟嘌呤

44、甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（甲基转移酶（MGMT)修复鸟嘌修复鸟嘌呤呤O6位的烷基化损伤。位的烷基化损伤。110（1）识别：）识别：糖基化酶识别异常的碱基，随糖基化酶识别异常的碱基，随后使异常嘌呤的后使异常嘌呤的N-9位或异常嘧啶的位或异常嘧啶的N-3位与脱氧核糖之间的键发生水解，形成位与脱氧核糖之间的键发生水解，形成无嘌呤或嘧啶的位点（无嘌呤或嘧啶的位点（apurinic-apyrimidinic site, AP位点）。位点）。3.切除修复切除修复111（2）插入酶将正确碱基插入）插入酶将正确碱基插入AP位点位点（3）DNA聚合酶合成聚合酶合成DNA片段，填补片段，填补空缺空缺（4）DN

45、A连接酶将新合成的补片接上连接酶将新合成的补片接上112113切除修复分为：切除修复分为：碱基切除修复（碱基切除修复（BER)：核苷酸切除修复（核苷酸切除修复（NER)：总基因组修复总基因组修复（GGR)；转录偶联修复（；转录偶联修复（TCR)错配修复（错配修复（mismatch repair，MMR)：识别并切除错配的碱基对，如识别并切除错配的碱基对，如G:T和和A:C1141151161174.DNA双链断双链断裂修复裂修复同源重组修复同源重组修复（homology recombination，HR) 非同源末端连非同源末端连接接(non-homology end joining，NHEJ

46、)118易错修复（易错修复（error-prone repair)：是指突是指突变作为修复的结果或作为损伤旁路发变作为修复的结果或作为损伤旁路发生的生的DNA修复修复光复活、适应性修复和切除修复倾向光复活、适应性修复和切除修复倾向于无误修复于无误修复双链断裂修复就是易错修复双链断裂修复就是易错修复1191.DNA损伤不仅可因外源性因素所致，损伤不仅可因外源性因素所致，也可因内源性因素所致也可因内源性因素所致2.不同类型不同类型DNA损伤通过不同的损伤通过不同的DNA修复途径修复修复途径修复DNA损伤修复的一般特点损伤修复的一般特点1203.不同类型不同类型DNA损伤修复速度是不同的损伤修复速度

47、是不同的4.DNA损伤修复机制有些是基本的，有些损伤修复机制有些是基本的，有些是可诱导的是可诱导的5.DNA损伤修复功能存在物种和个体差异损伤修复功能存在物种和个体差异121突变模式：突变模式：DNA损伤损伤-修复修复-突变突变任何任何DNA损伤，只要修复无误，突变损伤，只要修复无误，突变就不会发生，如果修复错误或未经修就不会发生，如果修复错误或未经修复，损伤就固定下来，于是发生突变复，损伤就固定下来，于是发生突变122遗传毒物遗传毒物终致突变物终致突变物+DNA解毒解毒 加合物加合物DNA损伤损伤修复修复无错无错易错修复易错修复复制后修复复制后修复细胞死亡、细胞死亡、静止状态静止状态的细胞的

48、细胞DNA复制复制加合的碱加合的碱基错配基错配损伤正在复损伤正在复制的制的DNA 突突 变变细胞细胞存活存活细胞细胞存活存活123第五节第五节 观察化学毒物致突变作用观察化学毒物致突变作用 的基本方法的基本方法124致突变试验的应用致突变试验的应用n中国预防医学博士张学明中国预防医学博士张学明:煎炸鱼煎炸鱼中合有强致癌物中合有强致癌物杂环胺。杂环胺。n杂环胺的形成量主要受煎炸、烤的杂环胺的形成量主要受煎炸、烤的温度影响，其次是煎烤时间。煎炸温度影响，其次是煎烤时间。煎炸温度小于温度小于，杂环胺的形成，杂环胺的形成量就很少；如果煎炸温度超过量就很少；如果煎炸温度超过，煎炸时间少于分钟，杂环，煎炸

49、时间少于分钟，杂环胺的形成量也很少；在煎炸的鱼外胺的形成量也很少；在煎炸的鱼外面挂上一层淀粉糊再炸，也能预防面挂上一层淀粉糊再炸，也能预防杂环胺形成。杂环胺形成。n美国加州科研人员发现，高温烹调美国加州科研人员发现，高温烹调或油炸的肉食中合有突变源，对经或油炸的肉食中合有突变源，对经过高温烹调的牛肉、鸡、鱼等进行过高温烹调的牛肉、鸡、鱼等进行检验，结果测出种致癌化合物，检验，结果测出种致癌化合物，这次研究证实，突变源不是由于炭这次研究证实，突变源不是由于炭火等热源将肉烧糊所致，而是肉食火等热源将肉烧糊所致，而是肉食本身成分在加温本身成分在加温以上时的以上时的产物。产物。125（1）检测外源化学

50、物的致突变性，预）检测外源化学物的致突变性，预测其对哺乳动物和人的致癌性测其对哺乳动物和人的致癌性（2）检测外源化学物对哺乳动物生殖）检测外源化学物对哺乳动物生殖细胞的遗传毒性，预测其对人类的遗细胞的遗传毒性，预测其对人类的遗传危险性传危险性致突变试验的目的致突变试验的目的126一、观察项目的选择一、观察项目的选择1.观察效应终点的类型：观察效应终点的类型：（1）DNA完整性改变完整性改变（2）DNA重排或交换重排或交换（3）DNA碱基序列改变（基因突变）碱基序列改变（基因突变）（4）染色体完整性改变（染色体畸变）染色体完整性改变（染色体畸变）（5）染色体分离改变（非整倍体和多倍体）染色体分离

51、改变（非整倍体和多倍体）127试验组应包括每一类型的遗传学终点，试验组应包括每一类型的遗传学终点，如细胞回复突变试验、微核试验、细菌如细胞回复突变试验、微核试验、细菌DNA修复试验和体外姐妹染色单体交换修复试验和体外姐妹染色单体交换试验（试验（SCE)，这一组试验包括主要类型，这一组试验包括主要类型遗传学终点遗传学终点2.试验组合的原则试验组合的原则128试验组应包括体内试验与体外试验，体试验组应包括体内试验与体外试验，体外试验（外试验（+S9和和-S9)和体内试验细胞突变和体内试验细胞突变试验为阳性者有必要进行生殖细胞突变试验为阳性者有必要进行生殖细胞突变试验试验试验组中的指示生物应包括几个

52、进化阶试验组中的指示生物应包括几个进化阶段，至少要包括原核细胞与真核细胞两段，至少要包括原核细胞与真核细胞两个系统个系统129二、常用的致突变试验二、常用的致突变试验1.鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验）试验）v原理：原理：检测受试物诱发鼠伤寒沙门检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型突变株氏菌组氨酸营养缺陷型突变株(his-)回复突变成野生型回复突变成野生型(his+)的能力的能力130组氨酸突变菌组氨酸突变菌(his-) ：在不含组氨酸在不含组氨酸的最低营养平皿上不能生长的最低营养平皿上不能生长回复突变成野生型回复突变成野生型(his+)：可在不含可

53、在不含组氨酸的最低营养平皿上生长组氨酸的最低营养平皿上生长131132133标准试验菌株有四种：标准试验菌株有四种：TA97和和TA98检检测移码突变、测移码突变、TA100检测碱基置换突变、检测碱基置换突变、TA102对醛、过氧化物及对醛、过氧化物及DNA交联剂较交联剂较敏感敏感这四个试验菌株除了含有这四个试验菌株除了含有his-突变，突变，还有一些附加突变，以提高敏感性还有一些附加突变，以提高敏感性134只要在一种试验菌株得到阳性结果，即只要在一种试验菌株得到阳性结果，即认为受试物是致突变物认为受试物是致突变物仅当四种试验菌株均得到阴性结果，才仅当四种试验菌株均得到阴性结果，才认为受试物是

54、非致突变物认为受试物是非致突变物结果判断结果判断135v不加不加S9混合液得到阳性结果，说明受混合液得到阳性结果，说明受试物是直接致突变物试物是直接致突变物v加加S9混合液才得到阳性结果，说明该混合液才得到阳性结果，说明该受试物是间接致突变物受试物是间接致突变物1362.微核试验（微核试验（micronucleus test，MNT)v微核（微核（micronucleus):是指染色体是指染色体无着丝点断片或因纺锤体受损伤而无着丝点断片或因纺锤体受损伤而丢失的整个染色体在细胞分裂的后丢失的整个染色体在细胞分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，成为一期仍留在子细胞的胞质内，成为一个或几个规则的次核个或

55、几个规则的次核137138 正常细胞、微核细胞正常细胞、微核细胞 139 正常细胞、微核细胞和核异常细胞正常细胞、微核细胞和核异常细胞 指示正常细胞；指示正常细胞； 指示微核细胞；指示微核细胞； 指示核异常细胞指示核异常细胞 （2.5100） 140常用啮齿类动物常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞骨髓嗜多染红细胞(PCE)做微核试验做微核试验PCE是红细胞成熟的一个阶段，此时是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞的主核已排出，微核容易辩认，红细胞的主核已排出，微核容易辩认，PCE胞质含胞质含RNA染色与成熟红细胞易染色与成熟红细胞易于区别，故为骨髓微核试验的首选细于区别，故为骨髓微核试验的首选细胞群胞

56、群1413.单细胞凝胶电泳（单细胞凝胶电泳（single cell gel electrophoresis，SCGE)n在单细胞水平上定量检测在单细胞水平上定量检测DNA损伤损伤142n原理：原理：在电泳槽中，在电泳槽中，DNA断片在电场断片在电场的作用下，由细胞核中移出，并向阳的作用下，由细胞核中移出，并向阳极泳动，经荧光染色后见到细胞核和极泳动，经荧光染色后见到细胞核和移出的移出的DNA断片，形成有如彗星一样断片，形成有如彗星一样的彗星头和彗星尾，故又称的彗星头和彗星尾，故又称彗星试验彗星试验（comet test)143NaAsO2染毒染毒SCGE观观察细胞察细胞DNA损伤彗星图损伤彗星

57、图 0.0 mol/L 1.0 mol/L 2.5 mol/L 5.0 mol/L 10.0 mol/L 1444、染色体畸变分析染色体畸变分析chromosome aberration assayn观察染色体形态结构和数目改变，又称细胞遗传观察染色体形态结构和数目改变，又称细胞遗传学试验。学试验。n将观察细胞停留在细胞分裂中期相，用显微镜检将观察细胞停留在细胞分裂中期相，用显微镜检查染色体畸变和染色体分离异常。查染色体畸变和染色体分离异常。145人类染色体G显带示意图 口诀：一秃二蛇三蝶飘四像鞭炮五黑腰六号似小白脸七上八下九两条十号三深带好十一低来十二高十三四五一个样着色深带一二一十六深带连

58、着点十七深带跑得远十八人小肚子大十九中间一点腰二十头重脚轻二十一像葫芦瓢二十二两两一点Y黑脚，X一担挑146147常染色体异常常染色体异常148常染色体异常常染色体异常nDown syndromeDown syndrome (trisomy 21):(trisomy 21):先天愚型先天愚型或唐氏综合征唐氏综合征 149150nPatau syndrome (trisomy 13):serious eye, brain, circulatory defects as well as cleft palate. Children rarely live more than a few month

59、s. 151152nEdwards syndrome (trisomy 18):almost every organ system affected. Children with full Trisomy 18 generally do not live more than a few months. 153染色体结构改变染色体结构改变154染色体结构改变染色体结构改变nDeletion:cry of the cat A specific deletion of a small portion of chromosome 5; these children have severe mental

60、 retardation, a small head with unusual facial features, and a cry that sounds like a distressed cat. 155n一条染色体的两条单体一条染色体的两条单体在同一位置发生同源片在同一位置发生同源片段的变换，称为姐妹染段的变换，称为姐妹染色单体交换。由于交换色单体交换。由于交换是对等的，所以染色体是对等的，所以染色体的形成没有改变，但用的形成没有改变，但用特殊的培养液和处理方特殊的培养液和处理方法可以显示出来法可以显示出来 5、姐妹染色单体交换、姐妹染色单体交换Sister-chromatid exchang