食品毒理学(致突变)

1、1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 )2掌握致突变作用的概念和突变掌握致突变作用的概念和突变的类型的类型熟悉致突变作用的后果熟悉致突变作用的后果熟悉致突变作用评价方法熟悉致突变作用评价方法了解致突变作用的遗传学基础了解致突变作用的遗传学基础【目的要求目的要求】3基本概念：突变、遗传毒理学、致突变作基本概念：突变、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、畸变、染色体致突变的类型：基因突变、畸变、染色体数目改变数目改变【内容内容】4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

2、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5第一节第一节 概概 述述6遗传和变异n遗传：亲代能产生与自己相似的后代的现象叫做遗传。即俗语所说的“种瓜得瓜，种豆得豆”。遗传是保持种族特性的根本，但遗传的稳定性是相对的。n变异：亲代与子代之间、子代的个体之间，是绝对不会完全相同的，总是或多或少地存在着差异，这样现象叫变异。即俗语所说的“一母生九子，九子各不同”。变异是生物体推陈出新的来源。 可遗传的变异（由遗传结构本身的变化引起的）突变突变 不可遗传的变异（由环境因素引起的变化）7孟德尔为现代遗传学奠定了基础孟德尔为现代遗传学奠定了基础8孟德尔通过

3、豌豆杂交实验，用抽象的孟德尔通过豌豆杂交实验，用抽象的遗传遗传因子因子来分析实验结果，揭示了单个性状遗来分析实验结果，揭示了单个性状遗传的法则：传的法则：和多个性状遗传的法和多个性状遗传的法则：则：。9基因与染色体基因与染色体 在孟德尔的成果获得承认后，生物界在孟德尔的成果获得承认后，生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了都知道是遗传因子（即基因）决定了生物性状的遗传。但是，生物性状的遗传。但是，基因究竟在基因究竟在细胞内的什么地方？细胞内的什么地方？摩尔根以果蝇为摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，试验对象回答了这一问题，基因在染基因在染色体上色体上。 n摩尔根摩尔根(Morgan)(Mo

4、rgan)以黑腹以黑腹果蝇为材料所进行的一果蝇为材料所进行的一系列实验，导致了遗传系列实验，导致了遗传学的许多重大发现。由学的许多重大发现。由于在染色体遗传理论上于在染色体遗传理论上的贡献，摩尔根于的贡献，摩尔根于19331933年获诺贝尔医学和生理年获诺贝尔医学和生理学奖，这是遗传学领域学奖，这是遗传学领域的第一个诺贝尔奖。的第一个诺贝尔奖。1011 摩尔根在摩尔根在基因论基因论中绘制了果蝇中绘制了果蝇基因位置图，首次完成了当时最新的基基因位置图，首次完成了当时最新的基因概念的描述：因概念的描述： 基因基因是在染色体上呈线性排列的遗传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单位，

5、它不仅是决定性状的功能单位功能单位，也是一个也是一个突变单位突变单位和和交换单位交换单位。 至此，人们对基因概念的理解更加至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。具体和丰富了。 12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人类第一次把基因与染色体联系起来，认为基因是一种物质，是染色体上来，认为基因是一种物质，是染色体上的一个特定的区段。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。 131415A 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 16DNA的半保留复制17转录转录

6、翻译翻译信使信使RNA 5端端编码链编码链 3端端氨基酸链氨基酸链DNA遗传信息的转录和翻译遗传信息的转录和翻译185端端3端端19突变（突变（mutation)：是指是指遗传物质遗传物质本身的本身的变化及其引起的变化及其引起的可遗传的可遗传的变异。变异。 因为这种变化起源于基因和染色体，因此，因为这种变化起源于基因和染色体，因此，是是可遗传的变异可遗传的变异1901年年De Vries 首次提出突变这一术语首次提出突变这一术语 一、基本概念一、基本概念 20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

7、条件下发生的突变。然条件下发生的突变。 如如1909年摩尔根发现在红眼果蝇中有年摩尔根发现在红眼果蝇中有白眼果蝇白眼果蝇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：21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。 如太空育种如太空育种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害22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

8、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突变发现芥子气可诱发基因突变和染色体畸变和染色体畸变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Russed1969成立国际环境诱变剂学会成立国际环境诱变剂学会Guttanach23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物遗传物质发生改变质发生改变的能力

9、，而且此种改变可随同的能力，而且此种改变可随同细胞分裂过程而细胞分裂过程而传递。传递。致突变物致突变物(mutagen)：凡能引起生物体遗凡能引起生物体遗传物质发生改变的传物质发生改变的化学物质化学物质或任何或任何环境因环境因子子，又称，又称诱变剂。诱变剂。遗传毒性遗传毒性(genotoxicity）：）：遗传毒性是指对基因组的遗传毒性是指对基因组的损害能力，包括对基因组毒作用引起的致突变性及损害能力，包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他各种不同效应。其他各种不同效应。遗传毒物（遗传毒物（genotoxic agent)：具有遗传毒性的化学具有遗传毒性的化学物质称为遗传毒物。物质称为遗传毒物

10、。遗传毒性和致突变性既有联系又有区别。遗传毒性遗传毒性和致突变性既有联系又有区别。遗传毒性包括但不限于致突变性，前者更偏重于对作用机制包括但不限于致突变性，前者更偏重于对作用机制的描述，包含的范围更宽泛；后者偏重于对作用后的描述，包含的范围更宽泛；后者偏重于对作用后果的描述，遗传毒性的效应可能转变（固定）为突果的描述，遗传毒性的效应可能转变（固定）为突变，也可能被修复或表现为其他后果。因此，在实变，也可能被修复或表现为其他后果。因此，在实际运用中两者经常被混淆。际运用中两者经常被混淆。致突变物能引起遗传物质的改变，具有遗传毒性，致突变物能引起遗传物质的改变，具有遗传毒性，属于遗传毒物。属于遗传

11、毒物。25 1927年，年，Muller推测体细胞突变可致癌，直推测体细胞突变可致癌，直到到60年代，人们才认识到致突变作用和其他遗年代，人们才认识到致突变作用和其他遗传毒性可能给生物体带来各种各样的健康危害，传毒性可能给生物体带来各种各样的健康危害，随之产生了一门新学科：随之产生了一门新学科：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致突变作用以及人学性和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可能引起的健康效应的类接触致突变物可能引起的健康效应的科学科学26直接致突变物（直接致突变物（direct-acting mutagen)： 具有

12、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，必须在体内经过代谢本身不能引起突变，必须在体内经过代谢活化，才具有致突变性的物质活化，才具有致突变性的物质27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畸变（染色体结构改变）染色体畸变（染色体结构改变）非整倍体和多倍体（染色体数目改变）非整倍体和多倍体（染色体数目改变）28也可以从机理角度分为：也可以从机理角度分为：

13、对对DNA为靶的损伤（包括基因突变、染为靶的损伤（包括基因突变、染色体畸变）色体畸变）不以不以DNA为靶的损伤为靶的损伤(染色体数目改变）染色体数目改变）29从损伤大小角度从损伤大小角度可可分为：分为：不可用光学显微镜观察的：基因突变不可用光学显微镜观察的：基因突变可用光学显微镜观察的：染色体畸变可用光学显微镜观察的：染色体畸变（染色体结构改变）、非整倍体和多倍（染色体结构改变）、非整倍体和多倍体（染色体数目改变）体（染色体数目改变）30v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对组成和排列序列的改变（序列的改变（

14、point mutation)可分为可分为碱基置换碱基置换和和移码突变移码突变两种类型两种类型 突变基因：突变基因：基因内存在突变的基因基因内存在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一、基因突变一、基因突变31(一一) 碱基置换（碱基置换（base subsititution)转换转换(transition)：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，简而言之

15、，就是不正落而引起的突变，简而言之，就是不正确的碱基取代了正确的碱基。确的碱基取代了正确的碱基。32Transitions are more common than transversions 3334碱基置换突变的后果碱基置换突变的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改变（无影响）改变基因产物氨基酸序列的改变（无影响）错义突变错义突变(missense mutation)：指碱基序列指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变（严的改变引起了产物氨基酸序列的改变（严重程度不等）重程度不等）无义突变无义突变(nonsense mut

16、ation)：指某个碱基指某个碱基的改变使代表某个氨基酸的密码子变为蛋的改变使代表某个氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子，导致多肽链在成白质合成的终止密码子，导致多肽链在成熟之前终止合成的改变（常比较严重）熟之前终止合成的改变（常比较严重）35致死突变：致死突变：发生在必需基因的重要氨基发生在必需基因的重要氨基酸位点上，将严重影响蛋白质功能酸位点上，将严重影响蛋白质功能渗漏突变：渗漏突变：突变的产物仍有部分活性，突变的产物仍有部分活性，表现型介于突变型与野生型之间表现型介于突变型与野生型之间中性突变：中性突变：突变不影响或基本不影响蛋突变不影响或基本不影响蛋白质的功能，性状改变不明显白质

17、的功能，性状改变不明显 错义突变错义突变36无义突变无义突变37“终止密码突变终止密码突变”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38指发生一对或几对指发生一对或几对不等于不等于3的倍数的倍数的碱的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转序列完全改变，形成错误的密码，并转译为不正常的氨基酸译为不正常的氨基酸由于碱基序列所形成的一系列三联体密由于碱基序列

18、所形成的一系列三联体密码子相互间并无标点符号，于是从受损码子相互间并无标点符号，于是从受损位点开始密码子的阅读框架完全改变位点开始密码子的阅读框架完全改变（二）移码突变（二）移码突变（frameshift mutation)3940移码突变的结果：严重移码突变的结果：严重使读码框架改变，从原始损伤的密码子使读码框架改变，从原始损伤的密码子开始一直到信息末端的氨基酸序列完全开始一直到信息末端的氨基酸序列完全改变改变若其中某一点形成无义密码，则产生一若其中某一点形成无义密码，则产生一个无功能的肽链片段个无功能的肽链片段移码产生严重的大范围的错义或无义密移码产生严重的大范围的错义或无义密码，较易成为

19、致死性突变码，较易成为致死性突变 41注意：注意：v如果减少或增加碱基对刚好是如果减少或增加碱基对刚好是3对，则对，则基因产物的肽链中仅减少或增加一个基因产物的肽链中仅减少或增加一个氨基酸，其后果与碱基置换相似，与氨基酸，其后果与碱基置换相似，与移码突变不一样，不包括在移码突变移码突变不一样，不包括在移码突变范畴，称为范畴，称为密码子的缺失或插入。密码子的缺失或插入。4243二、染色体畸变（染色体结构异常）二、染色体畸变（染色体结构异常）44染色体畸变（结构异常）（染色体畸变（结构异常）（structural structural chromosome aberrationchromosome

20、 aberration）：）：是指由于染是指由于染色体或染色单体色体或染色单体断裂断裂，造成染色体或染，造成染色体或染色单体缺失或引起各种重排，从而出现色单体缺失或引起各种重排，从而出现染色体结构异常染色体结构异常q断裂剂：断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质凡能引起染色体断裂的物质q断裂作用：断裂作用：染色体断裂的发生或过程染色体断裂的发生或过程45染色体畸变又可分为染色体畸变又可分为染色体型畸变（染色体型畸变（chromosome-type aberrations)：指染色体中两条染色单指染色体中两条染色单体同一位点受损后所产生的结构异常体同一位点受损后所产生的结构异常染色单体型畸变（染色单体

21、型畸变（chromatid-type aberrations)：指畸变涉及复制后的染指畸变涉及复制后的染色体中两条染色单体中的一条色体中两条染色单体中的一条 产生何种畸变取决于损伤发生在染色体复产生何种畸变取决于损伤发生在染色体复制前还是复制后。制前还是复制后。46(1) 裂隙和断裂：裂隙和断裂：都是指染色体上狭窄都是指染色体上狭窄的非染色带的非染色带 过去以带宽超过染色单体宽度为断过去以带宽超过染色单体宽度为断裂，不超过者为裂隙裂，不超过者为裂隙染色体畸变的类型染色体畸变的类型47(2) 无着丝粒断片和缺失（无着丝粒断片和缺失（deletion) 一个染色体发生一次或多次断裂而不一个染色体发

22、生一次或多次断裂而不重接，并且这些已断裂的节段重接，并且这些已断裂的节段远远分远远分开开，就会出现一个或多个无着丝粒断，就会出现一个或多个无着丝粒断片和一个缺失了部分染色质并带有着片和一个缺失了部分染色质并带有着丝粒的异常染色体，后者称为丝粒的异常染色体，后者称为带着丝带着丝粒断片粒断片 48常将无着丝粒断片简称为断片，在下一常将无着丝粒断片简称为断片，在下一次细胞分裂时断片因无着丝粒，故不能次细胞分裂时断片因无着丝粒，故不能进入分裂的核中而滞留在细胞质中，称进入分裂的核中而滞留在细胞质中，称为为微核微核如断片很小，小于染色单体宽度，则称如断片很小，小于染色单体宽度，则称为微小体为微小体49(

23、3) 环状染色体：环状染色体：染色体染色体两臂各发生一次断裂，两臂各发生一次断裂，其带有着丝粒的节段其带有着丝粒的节段的两断端连接形成一的两断端连接形成一个环时，称为环状染个环时，称为环状染色体色体(4)易位易位(translocation)：从某个染色体断下的从某个染色体断下的节段接到另一染色体节段接到另一染色体上称为易位上称为易位50(5) 插入和重复：插入和重复：当同一当同一对染色体中发生三处断对染色体中发生三处断裂，带有两断端的断片裂，带有两断端的断片插入到另一臂或另一染插入到另一臂或另一染色体的断裂处重接起来，色体的断裂处重接起来，称为插入称为插入缺失缺失插入和重复插入和重复倒位倒位

24、(6)(6)倒位倒位(inversion)(inversion)：当某一染色体发生两当某一染色体发生两次断裂后，其中间节段倒转次断裂后，其中间节段倒转180180 再重接，称为再重接，称为倒位倒位51n染色体畸变（结构异常）是染色体或染色染色体畸变（结构异常）是染色体或染色单体断裂所致。单体断裂所致。 当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现染色体畸变。可出现染色体畸变。52三、非整倍体和多倍体（染色体数目异常）三、非整倍体和多倍体（染色体数目异常）Normal human Karyotype:46,XY动物正常体细胞染色体数目动物正常体细胞染色体数目

25、2n为标准，为二倍体，又为标准，为二倍体，又称称双体双体（disomy）。）。53 染色体数目染色体数目异常可能表现为异常可能表现为：整倍性畸变：整倍性畸变：可能出现可能出现单倍体单倍体、三倍体三倍体或或四倍体四倍体。超过二倍体的整倍性畸变也。超过二倍体的整倍性畸变也统称为统称为多倍体多倍体。非整倍性畸变：非整倍性畸变：系指比二倍体多或少一系指比二倍体多或少一条或多条染色体条或多条染色体54整倍性畸变55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，单体单体或或三体三体系指某一对同源染色体相应地系指某一对同源染色体相应地少或多一个，少或多一个，四体四体则指其比同源染色则指其比同源染色

26、体多一对；于是在染色体数目上相应体多一对；于是在染色体数目上相应为为2n-2、2n-1，2n+1和和2n+2 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EdwardEdward综合征综合征 （3 3）13-13-三体，即三体，即PatauPatau综合征。综合征。 56类型类型公式公式染色体组染色体组整倍体整倍体单倍体单倍体n(ABCD)二倍体二倍体2n(ABCD) (ABCD)三倍体三倍体3n(ABCD) (ABCD) (ABCD) 四倍体四倍体4n(ABCD) (ABCD)

27、 (ABCD) (ABCD) 非整倍体非整倍体单体单体2n-1(ABCD) (ABC)三体三体2n+1(ABCD) (ABCD) (A)四体四体2n+2(ABCD) (ABCD) (AA) 双三体双三体2n+1+1(ABCD) (ABCD) (AB) 缺体缺体2n-2(ABC) (ABC)注：注：A、B、C、D代表非同源染色体代表非同源染色体染色体数目异常的基本类型染色体数目异常的基本类型57 染色体分裂过程异常是产生非整倍体和多染色体分裂过程异常是产生非整倍体和多倍体的原因！倍体的原因！58非整倍性畸变59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60（一）碱

28、基损伤（一）碱基损伤 1.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烷化剂所致甲基化易产生碱基错配，引起突变碱基错配，引起突变烷化碱基易脱落，烷化碱基易脱落，形成形成AP位点，引起突变位点，引起突变N位烷化可位烷化可引起染色体畸变引起染色体畸变一、引起突变的一、引起突变的DNA变化变化(以以DNA为靶为靶的损伤机制的损伤机制)61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

29、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 62AP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63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，取代后碱基类似物常造成取代其位置，取代后碱基类似物常造成错误配对，发生错误配对，发生碱基置换碱基置换例如例如5溴脱氧尿嘧啶核苷溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧能取代胸腺嘧啶；啶；

30、2氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤）能取代鸟嘌呤2.碱基类似物取代碱基类似物取代 64化学物可对化学物可对碱基产生氧化碱基产生氧化作用，从而破坏或改作用，从而破坏或改变碱基的结构，进而引起变碱基的结构，进而引起碱基置换，碱基置换，有时还引有时还引起起链断裂链断裂有些化学物质可在体内有些化学物质可在体内形成有机过氧化物或自形成有机过氧化物或自由基由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡碱等，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡碱等，可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易出现可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易出现DNA链断裂链断裂3.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65嵌入剂（嵌入剂（i

31、ntercalating agent)：指能以静电吸附形式嵌入指能以静电吸附形式嵌入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如如丫啶类丫啶类染料分子多数是多环的平面结构，特别是三环结染料分子多数是多环的平面结构，特别是三环结构，其长度为构，其长度为6.8 102nm，恰好是，恰好是DNA单链相邻碱基距离单链相邻碱基距离的两倍的两倍通常引起通常引起移码突变移码突变（二）平面大分子嵌入（二）平面大分子嵌入DNA链链66（三）（三）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 环丁烷环丁烷嘧啶和嘧啶和 4-

32、6光产物光产物 阻止阻止DNA复制复制 引起引起细胞死亡细胞死亡67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，难以解离。共价键形成的稳定复合物，难以解离。如如生物毒素生物毒素、多环芳烃多环芳烃和和芳香胺类芳香胺类致癌致癌物可使物可使DNA形成形成大加合物大加合物，使，使DNA的立的立体构象发生明显变化，阻断受损部位的体构象发生明显变化，阻断受损部位的半保留复制和转录，可引起半保留复制和转录，可引起基因突变基因突变，活化癌基因活化癌基因，影响抑癌基因等表达影响抑癌基因等表达2.DNA加合物形成加合物形成684.DNA-蛋白质交联（蛋白质交联（DNA

33、-protein crosslinks，DPC） ：对对DNA构象和功构象和功能产生严重影响能产生严重影响。如如亚硝酸亚硝酸、丝裂霉素丝裂霉素C、氮氮和硫的芥子气和硫的芥子气以及各种以及各种铂的衍生物铂的衍生物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碱基与互补链上的相应碱基形成链上的相应碱基形成共价共价连接连接69二、引起突变的细胞分裂过程改变（不二、引起突变的细胞分裂过程改变（不以以DNA为靶的损伤机制）是染色体数为靶的损伤机制）是染色体数目改变的原因目改变的原因a是中心粒，b是纺锤丝，c是染色体，d是着丝

34、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。 70一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，从而干扰有粒或其他核内细胞器，从而干扰有丝分裂过程，诱发这种作用的物质丝分裂过程，诱发这种作用的物质称为称为有丝分裂毒物有丝分裂毒物，又称，又称干扰剂。干扰剂。有些干扰剂仅使细胞群体的有丝分有些干扰剂仅使细胞群体的有丝分裂数减少，被称之为裂数减少，被称之为抗有丝分裂剂。抗有丝分裂剂。71 无论无论纺锤体纺锤体是是部分部分或或完全完全受抑制，都称受抑制，都称为为有丝分裂效应。有丝分裂效应。完全抑制时细胞分裂完全抑制，细胞停完全抑制时细胞分裂

35、完全抑制，细胞停滞于分裂中期。滞于分裂中期。秋水仙碱秋水仙碱是典型的引起是典型的引起细胞分裂完全抑制的物质，因此这种效细胞分裂完全抑制的物质，因此这种效应又应又称秋水仙碱效应。称秋水仙碱效应。72 致突变物对纺锤体功能的干扰可包括致突变物对纺锤体功能的干扰可包括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731.不分离（不分离（nondisjunction)一种是同源染色体在一种是同源染色体在减数分裂第一次分裂减数分裂第一次分裂中期联会复合中不分中期联会复合中不分离（可能联会复合体离（可

36、能联会复合体受损），不分离的结受损），不分离的结果是纺锤体的一极接果是纺锤体的一极接受了一对同源染色体，受了一对同源染色体，而另一极则没有。而另一极则没有。74另一种是姊妹染另一种是姊妹染色单体在有丝分裂色单体在有丝分裂中或减数分裂第二中或减数分裂第二次分裂中因着丝粒次分裂中因着丝粒受损未纵裂而不分受损未纵裂而不分离，两条姊妹染色离，两条姊妹染色单体进入同一个子单体进入同一个子细胞，而另一个子细胞，而另一个子细胞中则没有该染细胞中则没有该染色单体色单体752.染色体丢失（染色体丢失（chromosome loss)纺锤纺锤体体形成的不完全障碍或形成的不完全障碍或着丝粒着丝粒受损使受损使细胞分裂

37、过程中细胞分裂过程中个别个别染色体行动滞后染色体行动滞后没有进入子细胞核没有进入子细胞核3.联会复合体形成障碍联会复合体形成障碍和和减数分裂第减数分裂第一次分裂时着丝粒早熟分离一次分裂时着丝粒早熟分离而产生非而产生非整倍性整倍性764.核内复制和减数分裂失败引起整倍体核内复制和减数分裂失败引起整倍体（endoreduplication)核内复制核内复制是指在一次细胞分裂时，核膜不发生分是指在一次细胞分裂时，核膜不发生分裂，或者是染色体复制两次或多次，这是发生核裂，或者是染色体复制两次或多次，这是发生核内多倍化的原因。内多倍化的原因。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

38、，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，由于某些原因，染色单来的有丝分裂期，染色体分裂时，由于某些原因，染色单体不能分离，产生一个体不能分离，产生一个4倍体的细胞。倍体的细胞。在配子形成过程中，由于分裂错误，在配子形成过程中，由于分裂错误，减数分裂失减数分裂失败败，配子为，配子为2倍体，而不是单倍体，所以会产生一倍体，而不是单倍体，所以会产生一个多倍体的受精卵，随之产生一个多倍体的子代。个多倍体的受精卵，随之产生一个多倍体的子代。77三、其他的致突变途径三、其他的致突变途径对对DNA合成和修复有关的酶系统的作用合成和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

39、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 对组蛋白和非组蛋白功能的影响对组蛋白和非组蛋白功能的影响78四、突变的后果四、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

40、的个体身体上表现出来，不可能遗传到下一代（如肿瘤）下一代（如肿瘤）生殖细胞：生殖细胞：其影响有其影响有可能可能遗传到下一代遗传到下一代 （如遗传性疾病）（如遗传性疾病）79DNA损伤损伤修复障碍修复障碍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（功陷（功能或结能或结构畸形）构畸形）癌变癌变流产流产/死死胎胎, 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

41、死产死产出生缺陷出生缺陷基因负荷基因负荷先天性疾病先天性疾病化学物遗传危害示意图化学物遗传危害示意图80（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81（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。82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

42、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 83（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，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

43、细胞突变的后果8485（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 86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 87nPatau syndrome (trisomy 13)帕陶氏综合征帕陶氏综合征 :serious eye, brain, ci

44、rculatory defects as well as cleft palate. Children rarely live more than a few months. 88nEdwards syndrome (trisomy 18)爱德华氏综合征爱德华氏综合征 :almost every organ system affected. Children with full Trisomy 18 generally do not live more than a few months. 89性染色体不分离（性染色体不分离（X和和Y染色体）染色体）nKlinefelter syndrome:

45、 47, XXY 克兰费尔特综合征males. Male sex organs; unusually small testes, sterile. Breast enlargement and other feminine body characteristics. Normal intelligence. 90n47, XYY males: Individuals are somewhat taller than average and often have below normal intelligence. nTrisomy X: 47, XXX females. healthy and

46、 fertile - usually cannot be distinguished from normal female except by karyotype 91nMonosomy X (Turners syndrome)特纳氏综合症特纳氏综合症 : the only viable monosomy in humans - women with Turners have only 45 chromosomes! XO individuals are genetically female, however, they do not mature sexually during pubert

47、y and are sterile. Short stature and normal intelligence. (98% of these fetuses die before birth)92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 retardation, a small head with unusual facial features, and a cry that s

48、ounds like a distressed cat. 93nDuplication: Fragile X: the most common form of mental retardation. The X chromosome of some people is unusually fragile at one tip - seen hanging by a thread under a microscope. Most people have 29 repeats at this end of their X-chromosome, those with Fragile X have

49、over 700 repeats due to duplications. Affects 1:1500 males, 1:2500 females.94nTranslocation: cause difficulties in egg or sperm development and normal development of a zygote. Acute Myelogenous Leukemia is caused by this translocation:95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96DNA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

50、v损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 971.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983.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

51、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99一、一、DNA损伤的修复损伤的修复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2.“适应性适应性”反应：反应：主要是主要是O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-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1001013.切除修复切除修复 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

52、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:C102（1）识别：糖基化酶识别）识别：糖基化酶识别异常的碱基，随异常的碱基，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位与脱氧位与脱氧核糖之间的键发生水解，形成无嘌呤或嘧啶的位核糖之间的键发生水解，形成无嘌呤或嘧啶的位点（点（apurinic-apyrimidinic site, AP位点）位点）（2）AP内切酶将内切酶将DNA链切断链

53、切断（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）DNA连接酶将新合成的补片接上连接酶将新合成的补片接上103碱碱基基切切除除修修复复104核核苷苷酸酸切切除除修修复复1054.DNA双链断裂双链断裂修复修复同源重组修复同源重组修复（homology recombination，HR) 非同源末端连接非同源末端连接(non-homology end joining，NHEJ)(实质上是耐受过实质上是耐受过程，易错。程，易错。)106（1）诱导性修复）诱导性修复（2）修复过程有）修复过程有明显的错误明显的错误（3）SOS系统为多基因控制系统为多基因控制特点特点5.呼救性

54、修复（呼救性修复（SOS修复）修复） 一种能够引起误差修复的紧急呼救修复，是在无一种能够引起误差修复的紧急呼救修复，是在无模板模板DNA 情况下合成酶的诱导修复。正常情况下无活情况下合成酶的诱导修复。正常情况下无活性有关酶系，性有关酶系，DNA受损伤而复制又受到抑制情况下发受损伤而复制又受到抑制情况下发出信号，激活有关酶系，对出信号，激活有关酶系，对DNA损伤进行修复，其中损伤进行修复，其中DNA多聚酶起重要作用，在无模板情况下，进行多聚酶起重要作用，在无模板情况下，进行DNA修复再合成，并将修复再合成，并将DNA片段插入受损片段插入受损DNA空隙处，其空隙处，其原则是：原则是：丧失某些信息而

55、存活总比死亡好一些丧失某些信息而存活总比死亡好一些。 107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于无误光复活、适应性修复和切除修复倾向于无误修复修复SOS修复就是易错修复，是修复就是易错修复，是DNA受到受到严重严重损损伤、细胞处于伤、细胞处于危急危急状态时所诱导的一种状态时所诱导的一种DNA修复方式，修复结果只是能维持基因组的完修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生存率，但留下的错误较整性，提高细胞的生存率，但留下的错误较

56、多，故又称为错误倾向修复（多，故又称为错误倾向修复（error-prone repair），使细胞有较高的突变率。），使细胞有较高的突变率。 108109DNA损伤、修复及后果损伤、修复及后果110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111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

57、，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112第五节第五节 观察化学毒物致突变观察化学毒物致突变 作用作用 的基本方法的基本方法（致突变试验（致突变试验/遗传毒性试验）遗传毒性试验）113 检测外源化学物的致突变性检测外源化学物的致突变性(遗传遗传毒性毒性)，预测其对哺乳动物和人的潜在，预测其对哺乳动物和人的潜在致癌性，以及其他不良效应。致癌性，以及其他不良效应。致突变试验致突变试验/遗传毒性试验的目的遗传毒性试验的目的114一、观察项目的选择一、观察项目的选择1.观察效应终点（遗传学终

58、点）的类型：观察效应终点（遗传学终点）的类型：（1）DNA碱基序列改变（基因突变）碱基序列改变（基因突变）（2）染色体结构改变（染色体畸变）染色体结构改变（染色体畸变）（3）染色体数目改变（非整倍体和多倍体）染色体数目改变（非整倍体和多倍体）（4）DNA原始损伤、重组、交换等（致突变过程原始损伤、重组、交换等（致突变过程中发生的其他事件，间接反映致突变的可能性）中发生的其他事件，间接反映致突变的可能性）115在实际工作中，没有一项致突变试验能在实际工作中，没有一项致突变试验能涵盖所有的涵盖所有的遗传学终点遗传学终点，故需用一组试，故需用一组试验配套进行检测。最理想的试验组应包验配套进行检测。最

59、理想的试验组应包括每一类型的遗传学终点，如回复突变括每一类型的遗传学终点，如回复突变试验、微核试验、细菌试验、微核试验、细菌DNA修复试验和修复试验和体外姐妹染色单体交换试验（体外姐妹染色单体交换试验（SCE)，这，这一组试验包括主要类型遗传学终点。一组试验包括主要类型遗传学终点。2.试验组合的原则试验组合的原则116试验组应包括试验组应包括体内试验体内试验与与体外试验体外试验（+S9和和-S9），体细胞体细胞突变试验和突变试验和生殖生殖细胞细胞突变试验突变试验试验组中的试验组中的指示生物指示生物应包括几个进化阶应包括几个进化阶段，至少要包括段，至少要包括原核细胞原核细胞与与真核细胞真核细胞两

60、两个系统个系统117例如：食品安全性毒理学评价明确要求例如：食品安全性毒理学评价明确要求 “遗传毒性试验的组合必须考虑原核细胞和真核细胞、生遗传毒性试验的组合必须考虑原核细胞和真核细胞、生殖细胞和体细胞、体内和体外试验相结合的原则殖细胞和体细胞、体内和体外试验相结合的原则” 从从Ames试验或试验或V79/HGPRT基因突变试验基因突变试验、骨髓骨髓细胞微核试验或哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验、细胞微核试验或哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验、TK基因突变试验或基因突变试验或“小鼠精子畸形分析或睾丸染色体畸变小鼠精子畸形分析或睾丸染色体畸变分析分析”中分别各选一项。中分别各选一项。P143用何种方法组合来