第七章外源化學(xué)物致突變作用

1、1,第七章 外源性化學(xué)物致突變作用（Mutagenesis of Xenobiotics ),2,一般毒性作用特殊毒性作用 （致畸、致突變、致癌）——“三致”作用,,,3,致突變作用---造就了“蜘蛛俠”？,4,5,,,,,6,,7,,8,,9,,,,10,11,現(xiàn)實(shí)生活中……,自然界中的自發(fā)突變轉(zhuǎn)基因的動(dòng)、植物（紅薯，藍(lán)色玫瑰）各種有害因素引起的突變（物理，生物，化學(xué)）外源性化學(xué)物致突變作用,12,掌握外源化學(xué)物

2、的致突變作用熟悉致突變作用評(píng)價(jià)方法了解致突變作用的遺傳學(xué)基礎(chǔ),【目的要求】,13,基本概念：突變、遺傳毒理學(xué)、致突變作 用、致突變物致突變的類(lèi)型：基因突變、染色體結(jié)構(gòu)異 常、染色體數(shù)目異常,【內(nèi)容】,14,致突變作用機(jī)制突變的后果：生殖細(xì)胞突變，體細(xì)胞突變機(jī)體對(duì)致突變作用的影響致突變?cè)囼?yàn),15,第一節(jié) 概 述,16,突變（mutation)：遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及其引起的變異---生物體的遺傳物質(zhì)發(fā)生

3、了突然的、根本的變化，因?yàn)檫@種變化起源于基因和染色體，因此，是可遺傳的變異1901年De Vries 首次提出“突變”孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)代遺傳學(xué) 奠定了基礎(chǔ)(基因分離、自由重組),一、基本概念,17,1909年摩爾根(Morgan)發(fā)現(xiàn)在紅眼果蠅中有白眼果蠅因發(fā)現(xiàn)了果蠅白眼突變的性連鎖遺傳，提出了基因在染色體上直線排列以及連鎖互換定律，摩根于1933年被授予諾貝爾獎(jiǎng)。1946年，摩根的學(xué)生，被譽(yù)為“果蠅的突變大

4、師”的米勒，證明Ｘ射線能使果蠅的突變率提高150倍，因而成為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者.,18,基因與染色體,生物界都知道是遺傳因子（即基因）決定了生物的遺傳。但是，基因究竟在細(xì)胞內(nèi)的什么地方？摩爾根以果蠅為試驗(yàn)對(duì)象回答了這一問(wèn)題，基因在染色體上。,19,20,21,摩爾根和他的學(xué)生利用果蠅作了大量的研究。1926年出版《基因論》，建立了著名的基因?qū)W說(shuō)。,Thomas Hunt Morgan （1866～1945）,22,摩爾根在《基因

5、論》中繪制了果蠅基因位置圖，首次完成了當(dāng)時(shí)最新的基因概念的描述：基因是在染色體上呈線性排列的遺傳單位，它不僅是決定性狀的功能單位，也是一個(gè)突變單位和交換單位。 至此，人們對(duì)基因概念的理解更加具體和豐富了。,23,摩爾根果蠅遺傳實(shí)驗(yàn)具有劃時(shí)代意義,◆人類(lèi)第一次把基因與染色體聯(lián)系起來(lái)，認(rèn)為基因是一種物質(zhì)，是染色體上的一個(gè)特定的區(qū)段。 ◆確立并發(fā)展了染色體的遺傳理論。,24,突變研究簡(jiǎn)史,25,自發(fā)突變(spontaneous m

6、utation):是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然條件下發(fā)生的突變特點(diǎn)：發(fā)生過(guò)程長(zhǎng)、頻率很低，與物種進(jìn)化有關(guān),從發(fā)生原因上，可分為：,26,誘發(fā)突變(induced mutation)：是指人為地造成突變特點(diǎn)：發(fā)生過(guò)程短、頻率高，既可被人類(lèi)利用，也可能對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生危害,遺傳毒理學(xué)(genetic toxicology)：研究化學(xué)性和放射性物質(zhì)的致突變作用以及人類(lèi)接觸致突變物可能引起的健康效應(yīng)的科學(xué),致突變作用（mutagen

7、esis)：是指外來(lái)因 素特別是化學(xué)因子引起細(xì)胞核中的遺傳 物質(zhì)發(fā)生改變的能力，而且此種改變可 隨同細(xì)胞分裂過(guò)程而傳遞,28,致突變物(mutagen)：凡能引起生物體遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的化學(xué)物質(zhì)或任何環(huán)境因子，又稱誘變劑遺傳毒物（genotoxic agent)：由于致突變物能損傷遺傳物質(zhì)，因此致突變物又稱為遺傳毒物,29,直接致突變物（direct-acting mutagen)： 具有很高的

8、化學(xué)活性，其原型就可引起生物體突變的物質(zhì)間接致突變物（indirect-acting mutagen)：本身不能引起突變，必須在體內(nèi)經(jīng)過(guò)代謝活化，才具有致突變性的物質(zhì),30,第二節(jié) 化學(xué)毒物致突變的類(lèi)型,從遺傳學(xué)角度或突變角度分為：基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧w數(shù)目改變,31,從機(jī)理角度分為：對(duì)DNA為靶的損傷（包括基因突變和染色體畸變）不以DNA為靶的損傷(染色體數(shù)目異常）,32,基因突變（genetic mutation

9、)：是指基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了堿基對(duì)組成和排列序列的改變（point mutation)可分為堿基置換和移碼突變兩種類(lèi)型 突變基因：基因內(nèi)存在突變的基因野生型基因：沒(méi)有發(fā)生突變的基因,一、基因突變,33,(一) 堿基置換（base subsititution),轉(zhuǎn)換(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到 嘧啶的變化顛換(transversion):即嘌呤到

10、嘧啶或嘧啶 到嘌呤的變化,堿基置換是某一堿基配對(duì)性能改變或脫落而引起的突變,34,A G T C,腺嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶,35,,Transitions are more

11、 common than transversions,36,37,后果同義突變(synonymous mutation)：指沒(méi)有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的改變,Synonymous (silent) mutation. Since the codons GGG and GGA encode for the same amino acid (glycine, Gly,甘氨酸), This represents a silent mu

12、tation.,38,錯(cuò)義突變(missense mutation)：指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變,39,致死突變：發(fā)生在必需基因上，嚴(yán)重影響蛋白質(zhì)功能的錯(cuò)義突變,滲漏突變：突變的產(chǎn)物仍有部分活性，表現(xiàn)型介于突變型與野生型之間,中性突變：突變不影響或基本不影響蛋白質(zhì)的功能，性狀改變不明顯,錯(cuò) 義 突 變,,40,無(wú)義突變(nonsense mutation)：指某個(gè)堿基的改變使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終

13、止密碼子，導(dǎo)致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變,41,,終止密碼突變鏈終止突變：指無(wú)義突變使肽鏈過(guò)早終止延長(zhǎng)突變：指如果終止密碼子因突變而為氨基酸編碼，結(jié)果產(chǎn)生過(guò)長(zhǎng)的肽鏈的現(xiàn)象,42,43,指發(fā)生一對(duì)或幾對(duì)不等于3的倍數(shù)的堿基減少或增加，以致從受損點(diǎn)開(kāi)始?jí)A基序列完全改變，形成錯(cuò)誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸由于堿基序列所形成的一系列三聯(lián)體密碼子相互間并無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，于是從受損位點(diǎn)開(kāi)始密碼子的閱讀框架完全改變,（二）移碼突變（fram

14、eshift mutation),44,,THE DOG BIT THE CAR,THE DOB ITT HEC AR,,,THE DOA GBI TTH ECA R,,THE DOA BIT THE CAR,,錯(cuò)義突變,插入,缺失,,,,堿基置換,移碼突變,45,46,結(jié)果是從原始損傷的密碼子開(kāi)始一直到信息末端的氨基酸序列完全改變使讀碼框架改變其中某一點(diǎn)形成無(wú)義密碼，于是產(chǎn)生一個(gè)無(wú)功能的肽鏈片段移碼較易成為致死性突變,47,48

15、,注意如果減少或增加堿基對(duì)剛好是3對(duì)，則基因產(chǎn)物的肽鏈中僅減少或增加一個(gè)氨基酸，其后果與堿基置換相似，與移碼突變不一樣，不包括在移碼突變范疇,49,基因突變的案例——白化病,突變--黑色素生成缺陷--眼、毛發(fā)色素缺乏發(fā)病率，2/1000常染色體隱性遺傳,50,全色盲，雙色盲，色弱（紅綠藍(lán)三原色）發(fā)病率，男性7%，女性0.49%X染色體隱性遺傳（交叉遺傳）尚無(wú)有效的治療方法（色盲矯正隱形眼鏡，改善色覺(jué),提高色調(diào)分辨能

16、力）,基因突變的案例——色盲癥,51,52,1、輕度色弱不能錄取的專(zhuān)業(yè)：以顏色波長(zhǎng)作為嚴(yán)格技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)類(lèi)、化工與制藥類(lèi)、藥學(xué)類(lèi)、生物科學(xué)類(lèi)、公安技術(shù)類(lèi)、地質(zhì)學(xué)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)，醫(yī)學(xué)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)；生物工程、生物醫(yī)學(xué)工程、動(dòng)物醫(yī)學(xué)、動(dòng)物科學(xué)、野生動(dòng)物與自然保護(hù)區(qū)管理、心理學(xué)、應(yīng)用心理學(xué)、生態(tài)學(xué)、偵察學(xué)、特種能源工程與煙火技術(shù)、考古學(xué)、海洋科學(xué)、海洋技術(shù)、輪機(jī)工程、食品科學(xué)與工程、輕化工程、林產(chǎn)化工、農(nóng)學(xué)、園藝、植物保護(hù)、茶學(xué)、林學(xué)、園林、蠶學(xué)、農(nóng)業(yè)資

17、源與環(huán)境、水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)、海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、材料化學(xué)、環(huán)境工程、高分子材料與工程、過(guò)程裝備與控制工程、學(xué)前教育、特殊教育、體育教育、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)、民族傳統(tǒng)體育各專(zhuān)業(yè)。 　　2、色覺(jué)異常II度(俗稱色盲)不能錄取的專(zhuān)業(yè)，除同輕度色覺(jué)異常外，還包括美術(shù)學(xué)、繪畫(huà)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、攝影、動(dòng)畫(huà)、博物館學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、天文學(xué)、地理科學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)、材料物理、礦物加工工程、資源勘探工程、冶金工程、無(wú)機(jī)非金屬材料工程、交通運(yùn)輸、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程等專(zhuān)業(yè)。

18、,53,問(wèn)題：,一女問(wèn)，其老公公是色盲，生下的孩子會(huì)不會(huì)是色盲？為什么色盲男性的發(fā)病高？,54,基因突變的案例——多毛癥,23歲的墨西哥男子丹尼·出生后就患有一種罕見(jiàn)的多毛癥，全身都被濃厚的黑色毛發(fā)覆蓋，看起來(lái)就像傳說(shuō)中的恐怖“狼人”。據(jù)悉，丹尼一家五代人都患有這種“狼人綜合征”，他和26歲的哥哥拉里從小便被當(dāng)成“怪物”，被關(guān)進(jìn)籠子中四處展出。 祖母攜帶這種變異基因，將它傳給了后代。哥哥拉里、堂姐妹莉莉和卡拉、親妹

19、妹賈米、6歲侄女丹尼拉等,55,‘狼人綜合征’和月亮以及狼沒(méi)有任何聯(lián)系，而是與基因有關(guān)　多毛癥基因曾是人類(lèi)身上的一種“失傳基因”。當(dāng)遠(yuǎn)古時(shí)代的人類(lèi)還是長(zhǎng)滿毛發(fā)的靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物時(shí)，身上就存在著這種基因，但當(dāng)人類(lèi)漸漸進(jìn)化后，這種基因變得不再需要，就開(kāi)始發(fā)生突變而“關(guān)閉”。然而丹尼的家族不知何故，他們體內(nèi)被“關(guān)閉”的多毛癥基因現(xiàn)在又被“打開(kāi)來(lái)了”?！袄侨司C合征”非常罕見(jiàn)，患病概率只有100億分之一，且沒(méi)有根治辦法。,56,二、染色體畸變(

20、chromosome aberration),57,染色體結(jié)構(gòu)異常（畸變）（structural chromosome aberration)：是指由于染色體或染色單體斷裂，造成染色體或染色單體缺失或引起各種重排，從而出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常斷裂劑：凡能引起染色體斷裂的物質(zhì)斷裂作用：染色體斷裂的發(fā)生或過(guò)程,58,染色體畸變又可分為染色體畸變（chromosome-type aberrations)：指染色體中兩條染色單體同一位點(diǎn)受損后

21、所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)異常染色單體畸變（chromatid-type aberrations)：指畸變涉及復(fù)制染色體中兩條染色單體中的一條,59,(1) 裂隙和斷裂：都是指染色體上狹窄的非染色帶 過(guò)去以帶寬超過(guò)染色單體寬度為斷裂，不超過(guò)者為裂隙,染色體型畸形的類(lèi)型,60,(2) 無(wú)著絲粒斷片和缺失（deletion)一個(gè)染色體發(fā)生一次或多次斷裂而不重接，并且這些已斷裂的節(jié)段遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開(kāi)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)無(wú)著絲粒斷片和一個(gè)缺失了部分染色質(zhì)

22、并帶有著絲粒的異常染色體，后者稱為帶著絲粒斷片,61,常將無(wú)著絲粒斷片簡(jiǎn)稱為斷片，在下一次細(xì)胞分裂時(shí)斷片因無(wú)著絲粒，故不能進(jìn)入分裂的核中而滯留在細(xì)胞質(zhì)中，稱為微核如斷片很小，小于染色單體寬度，則稱為微小體,62,(3) 環(huán)狀染色體：染色體兩臂各發(fā)生一次斷裂，其帶有著絲粒的節(jié)段的兩斷端連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，稱為環(huán)狀染色體(4) 倒位(inversion)：當(dāng)某一染色體發(fā)生兩次斷裂后，其中間節(jié)段倒轉(zhuǎn)180?再重接，稱為倒位,63,(5)

23、插入和重復(fù)：當(dāng)一個(gè)染色體發(fā)生三處斷裂，帶有兩斷端的斷片插入到另一臂的斷裂處或另一染色體的斷裂處重接起來(lái)，稱為插入(6) 易位(translocation)：從某個(gè)染色體斷下的節(jié)段接到另一染色體上稱為易位,64,染色體結(jié)構(gòu)異常是染色體或染色單體斷裂所致。當(dāng)斷端不發(fā)生重接或雖重接而不在原處，即可出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常。,65,三、染色體數(shù)目異常,Normal human Karyotype:46,XY,66,動(dòng)物正常體細(xì)胞染色體數(shù)目2n為標(biāo)

24、準(zhǔn)，為二倍體，又稱雙體（disomy）。染色體數(shù)目異?？赡鼙憩F(xiàn)為整倍性畸變和非整倍性畸變整倍性畸變可能出現(xiàn)單倍體、三倍體或四倍體。超過(guò)二倍體的整倍性畸變也統(tǒng)稱為多倍體。非整倍性畸變系指比二倍體多或少一條或多條染色體(2n+1, 2n-1),67,整倍性畸變,68,非整倍性畸變,69,缺體是指缺少一對(duì)同源染色體，單體或三體系指某一對(duì)同源染色體相應(yīng)地少或多一個(gè)，四體則指其比同源染色體多一對(duì)；于是在染色體數(shù)目上相應(yīng)為2n-2、2n-1，2n

25、+1和2n+2 人類(lèi)中常見(jiàn)有三種三體： （1）21-三體，即Down氏綜合征； （2）18-三體，即Edward綜合征 （3）13-三體，即Patau綜合征。,70,染色體數(shù)目異常的基本類(lèi)型,71,第三節(jié) 化學(xué)毒物致突變作用的機(jī)制及后果,72,（一）堿基損傷1.堿基錯(cuò)配烷化劑(alkylating agent):是指對(duì)DNA和蛋白質(zhì)具有強(qiáng)烈烷化作用的物質(zhì)一般情況下甲基化＞乙基化＞高碳烷基化烷化劑所致甲基化易產(chǎn)生堿基錯(cuò)配,

26、一、引起突變的DNA變化,73,目前認(rèn)為最常受到烷化的是鳥(niǎo)嘌呤的N－7位，其次是O－6位腺嘌呤的N－1、N－3和N－7也易烷化,腺嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶,74,AP位點(diǎn)（apurinic or apyrimidinic site)：是指丟失堿基的DNA留下了一個(gè)無(wú)嘌呤或無(wú)嘧啶的位點(diǎn),75,嵌入劑（intercalating ag

27、ent)：指能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間的物質(zhì)如丫啶類(lèi)染料分子多數(shù)是多環(huán)的平面結(jié)構(gòu)，特別是三環(huán)結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為6.8?102nm，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的兩倍通常引起移碼突變,2.平面大分子嵌入DNA鏈,76,有些化學(xué)物的結(jié)構(gòu)與堿基非常相似，稱堿基類(lèi)似物它們能在S期中可與天然堿基競(jìng)爭(zhēng)，并取代其位置例如5－溴脫氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；2－氨基嘌呤(2-AP）能取代鳥(niǎo)嘌呤,3

28、.堿基類(lèi)似物取代,77,化學(xué)物可對(duì)堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起鏈斷裂有些化學(xué)物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機(jī)過(guò)氧化物或自由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等，可間接使嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞，容易出現(xiàn)DNA鏈斷裂,4.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞,78,（二）DNA鏈?zhǔn)軗p,,,,1.二聚體的形成：紫外線 環(huán)丁烷嘧啶和 4-6光產(chǎn)物 阻止DNA復(fù)制 引起細(xì)胞死亡,79,活性化學(xué)物質(zhì)與細(xì)胞

29、 大分子之間通過(guò)共價(jià)鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物如生物毒素、多環(huán)芳烴和芳香胺類(lèi)致癌物可使DNA形成大加合物，使DNA的立體構(gòu)象發(fā)生明顯變化，阻斷受損部位的半保留復(fù)制和轉(zhuǎn)錄,2.DNA加合物形成,80,4.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)（DNA-protein crosslinks，DPC） ：如亞硝酸、絲裂霉素C、氮和硫的芥子氣以及各種鉑的衍生物,3.DNA-DNA交聯(lián)（DNA-DNA crosslinks，DDC）：DNA分子上一條鏈的堿

30、基與互補(bǔ)鏈上的相應(yīng)堿基形成共價(jià)連接,81,二、引起突變的細(xì)胞分裂過(guò)程改變,a是中心粒，b是紡錘絲，c是染色體，d是著絲點(diǎn)。紡錘絲把著絲點(diǎn)（內(nèi)部已經(jīng)一分為二）拉開(kāi)，復(fù)制過(guò)的染色體就一分為二了。,82,細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老和死亡是生命得以維持和延續(xù)的基本條件，細(xì)胞增殖是生命的重要特征。細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞周期，完成分裂，進(jìn)行增殖以繁衍后代。  細(xì)胞周期大致可分為4個(gè)時(shí)相。細(xì)胞周期的不同時(shí)相高度精確地協(xié)調(diào)著，細(xì)胞必須在完成上一次時(shí)相后

31、才能進(jìn)入下一個(gè)時(shí)相。細(xì)胞周期的完成，不僅僅是細(xì)胞數(shù)量上的一分為二，還意味著能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地把不同染色體遺傳給分裂出的子細(xì)胞。這一過(guò)程的任何缺陷都將導(dǎo)致遺傳信息的改變，最終導(dǎo)致癌變。,83,一些化學(xué)物能作用于紡錘體，中心?；蚱渌藘?nèi)細(xì)胞器，從而干擾有絲分裂過(guò)程誘發(fā)這種作用的物質(zhì)稱為有絲分裂毒物，又稱干擾劑,84,無(wú)論紡錘體是部份或完全受抑制，都稱為有絲分裂效應(yīng)完全抑制時(shí)細(xì)胞分裂完全抑制，細(xì)胞停滯于分裂中期,85,秋水仙堿是典型的引起細(xì)胞

32、分裂完全抑制的物質(zhì)，因此這種效應(yīng)又稱秋水仙堿效應(yīng)或細(xì)胞有絲分裂有些干擾劑僅使細(xì)胞群體的有絲分裂數(shù)減少，被稱之為抗有絲分裂劑,86,引起非整倍性的原因,不分離（nondisjunction)一種是同源染色體在第一次減數(shù)分裂中聯(lián)會(huì)復(fù)合中不分離（可能聯(lián)會(huì)復(fù)合體受損）另一種是姊妹染色單體在有絲中或第二次減數(shù)分裂中因著絲粒受損未縱裂而不分離,87,不分裂的結(jié)果是紡錘體的一極接受了同源或兩個(gè)染色單體，而另一極則沒(méi)有。,88,只有一條染色體或

33、一對(duì)染色體不分離，在子細(xì)胞中將多出一條或一對(duì)染色體，而在另一個(gè)子細(xì)胞中將少一條或一對(duì)梁色體。,89,染色體丟失（chromosome loss)紡綞體形成的不完全障礙或著絲粒受損使細(xì)胞分裂過(guò)程中個(gè)別染色體行動(dòng)滯后沒(méi)有進(jìn)入子細(xì)胞核,聯(lián)會(huì)復(fù)合體形成障礙和第一次減數(shù)分裂時(shí)著絲粒早熟分離而產(chǎn)生非整倍性,90,引起整倍體的原因,核內(nèi)復(fù)制（endoreduplication),第一次有絲分裂染色體及其著絲粒雖已完成正常復(fù)制，但紡綞體形成受到完全的

34、障礙，全部姊妹染色單體不能分開(kāi)，細(xì)胞也不能進(jìn)行分裂，形成間期四倍體細(xì)胞核,第二次有絲分裂：恢復(fù)正常的復(fù)制和分開(kāi)，中期便可見(jiàn)每四條染色單體整齊排列的現(xiàn)象,91,1、在細(xì)胞增殖過(guò)程，細(xì)胞周期正常染色體復(fù)制，但在接下來(lái)的有絲分裂期，染色體分裂時(shí)，染色單體不能分離，產(chǎn)生一個(gè)4倍體細(xì)胞。,92,2、由于接受分裂錯(cuò)誤，配子為2倍體，而不是單倍體，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)多倍體的受精卵。,93,,非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產(chǎn)生的,94,(二）

35、不以DNA為靶的損傷機(jī)制,1.對(duì)DNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)的作用,一些氨基酸類(lèi)似物可使與DNA合成有關(guān)的酶系統(tǒng)遭受破壞從而誘發(fā)突變，脫氧核糖核苷三磷酸在DNA合成時(shí)的不平衡也可誘發(fā)突變鈹和錳除可直接與DNA相互作用外，還可與酶促防錯(cuò)修復(fù)系統(tǒng)相作用而產(chǎn)生突變,95,2.對(duì)紡綞體的毒作用,與微管蛋白二聚體結(jié)合與微管上的巰基結(jié)合破壞已組裝的微管妨礙中心粒移動(dòng)其他作用,96,四、突變的后果,突變的后果取決于化學(xué)毒物所作用的靶細(xì)胞體

36、細(xì)胞：其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個(gè)體身體上表現(xiàn)出來(lái)，不可能遺傳到下一代（腫瘤）生殖細(xì)胞：其影響有可能遺傳到下一代 （遺傳性疾?。?97,DNA損傷修復(fù)的效率,體細(xì)胞突變,生殖細(xì)胞突變,良性腫瘤,惡性轉(zhuǎn)化,細(xì)胞衰老,未分化的胚胎細(xì)胞,分化的胚胎細(xì)胞受損,顯性致死,隱性致死,存活突變,動(dòng)脈硬化,未知疾病,癌變,老化,出生缺陷（流產(chǎn)/死胎）癌變,出生缺陷（功能或結(jié)構(gòu)畸形）,流產(chǎn)死產(chǎn),出生缺陷基因負(fù)荷,先天性疾病,化學(xué)物和遺傳危害示意圖

37、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,98,（1）致死性突變：顯性致死：精子不能受精，或突變配子與正常配子結(jié)合后，在著床前或著床后的早期胚胎死亡?；虻闹滤雷饔迷陔s合子中即可表現(xiàn)的稱為顯性致死。 隱性致死：需要純合子或半合子才能出現(xiàn)死亡效應(yīng)，雜合子則不出現(xiàn)死亡。,1.生殖細(xì)胞突變的后果,99,（2）非致死性突變（可遺傳的改變）先天畸形等遺傳性疾病遺傳易感性改變,致死性突變將導(dǎo)致死胎，它影響后代的數(shù)量而非質(zhì)量。非

38、致死性突變主要影響后代的質(zhì)量。,100,生物個(gè)體生殖細(xì)胞發(fā)生突變或染色體畸變后，有些可能會(huì)在世代傳遞、選擇過(guò)程中在人群中固定下來(lái)，增加人類(lèi)的遺傳負(fù)荷遺傳負(fù)荷（genetic load)：指人群中每個(gè)個(gè)體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平,101,（1）癌變：體細(xì)胞突變是細(xì)胞癌變的重要基礎(chǔ)，在許多腫瘤中，都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等染色體畸變,2.體細(xì)胞突變的后果,102,103,（2）致畸胎：致突

39、變物可透過(guò)胎盤(pán)作用于胚胎體細(xì)胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細(xì)胞突變的后果（3）其他不良后果：動(dòng)脈粥樣硬化、衰老,104,第四節(jié) 機(jī)體對(duì)致突變作用的影響,105,DNA執(zhí)行高保真的復(fù)制,修復(fù)DNA損傷,損傷耐受機(jī)制:是指DNA遺傳可繞過(guò)那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷機(jī)制修復(fù)機(jī)制：直接修復(fù)和切除修復(fù),遺傳信息代代相傳，并且高度保真,,,106,DNA損傷、修復(fù)及后果,107,一、DNA損傷的修復(fù)(直接修復(fù)),1.光復(fù)活（p

40、hotoreactivation)：修復(fù)紫外線損傷產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體，廣泛存在原核和真核生物體內(nèi)(光裂合酶)2.“適應(yīng)性”反應(yīng)：主要是O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT)修復(fù)鳥(niǎo)嘌呤O6位的烷基化損傷,108,（1）識(shí)別：糖基化酶識(shí)別異常的堿基，隨后使異常嘌呤的N-9位或異常嘧啶的N-3位與脫氧核糖之間的鍵發(fā)生水解，形成無(wú)嘌呤或嘧啶的位點(diǎn)（apurinic-apyrimidinic site, AP位點(diǎn)）,3.切除修復(fù),10

41、9,（2）插入酶將正確堿基插入AP位點(diǎn)（3）DNA聚合酶合成DNA片段，填補(bǔ)空缺（4）DNA連接酶將新合成的補(bǔ)片接上,110,111,切除修復(fù)分為：堿基切除修復(fù)（BER)：核苷酸切除修復(fù)（NER)：總基因組修復(fù)（GGR)；轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)（TCR)錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair，MMR)：識(shí)別并切除錯(cuò)配的堿基對(duì)，如G:T和A:C,112,113,114,115,4.DNA雙鏈斷裂修復(fù)同源重組修復(fù)（homology r

42、ecombination，HR) 非同源末端連接(non-homology end joining，NHEJ),116,易錯(cuò)修復(fù)（error-prone repair)：是指突變作為修復(fù)的結(jié)果或作為損傷旁路發(fā)生的DNA修復(fù)光復(fù)活、適應(yīng)性修復(fù)和切除修復(fù)傾向于無(wú)誤修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)就是易錯(cuò)修復(fù),117,1.DNA損傷不僅可因外源性因素所致，也可因內(nèi)源性因素所致2.不同類(lèi)型DNA損傷通過(guò)不同的DNA修復(fù)途徑修復(fù),DNA損傷修復(fù)的一般特點(diǎn)

43、,118,3.不同類(lèi)型DNA損傷修復(fù)速度是不同的4.DNA損傷修復(fù)機(jī)制有些是基本的，有些是可誘導(dǎo)的5.DNA損傷修復(fù)功能存在物種和個(gè)體差異,119,突變模式： DNA損傷----修復(fù)----突變,任何DNA損傷，只要修復(fù)無(wú)誤，突變就不會(huì)發(fā)生，如果修復(fù)錯(cuò)誤或未經(jīng)修復(fù)，損傷就固定下來(lái)，于是發(fā)生突變,120,遺傳毒物,終致突變物+DNA,解毒,加合物DNA損傷,修復(fù),無(wú)錯(cuò),易錯(cuò)修復(fù),復(fù)制后修復(fù),細(xì)胞死亡

44、、靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞,DNA復(fù)制,加合的堿基錯(cuò)配,損傷正在復(fù)制的DNA,突 變,細(xì)胞存活,細(xì)胞存活,,,,,,,,,,,,,,,,,121,第五節(jié) 觀察化學(xué)毒物致突變作用 的基本方法,122,致突變?cè)囼?yàn)的應(yīng)用,中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)博士張學(xué)明:煎炸魚(yú)中合有強(qiáng)致癌物———雜環(huán)胺。雜環(huán)胺的形成量主要受煎炸、烤的溫度影響，其次是煎烤時(shí)間。煎炸溫度小于２００℃，雜環(huán)胺的形成量就很少；如果煎炸溫度超

45、過(guò)２００℃，煎炸時(shí)間少于２分鐘，雜環(huán)胺的形成量也很少；在煎炸的魚(yú)外面掛上一層淀粉糊再炸，也能預(yù)防雜環(huán)胺形成。美國(guó)加州科研人員發(fā)現(xiàn)，高溫烹調(diào)或油炸的肉食中合有突變?cè)?，?duì)經(jīng)過(guò)高溫烹調(diào)的牛肉、雞、魚(yú)等進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果測(cè)出１０種致癌化合物，這次研究證實(shí)，突變?cè)床皇怯捎谔炕鸬葻嵩磳⑷鉄?，而是肉食本身成分在加溫２００℃以上時(shí)的產(chǎn)物。,123,（1）檢測(cè)外源化學(xué)物的致突變性，預(yù)測(cè)其對(duì)哺乳動(dòng)物和人的致癌性（2）檢測(cè)外源化學(xué)物對(duì)哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞

46、的遺傳毒性，預(yù)測(cè)其對(duì)人類(lèi)的遺傳危險(xiǎn)性,致突變?cè)囼?yàn)的目的,124,一、觀察項(xiàng)目的選擇,1.觀察效應(yīng)終點(diǎn)的類(lèi)型：（1）DNA完整性改變（2）DNA重排或交換（3）DNA堿基序列改變（基因突變）（4）染色體完整性改變（染色體畸變）（5）染色體分離改變（非整倍體和多倍體）,125,試驗(yàn)組應(yīng)包括每一類(lèi)型的遺傳學(xué)終點(diǎn)，如細(xì)胞回復(fù)突變?cè)囼?yàn)、微核試驗(yàn)、細(xì)菌DNA修復(fù)試驗(yàn)和體外姐妹染色單體交換試驗(yàn)（SCE)，這一組試驗(yàn)包括主要類(lèi)型遺傳學(xué)終點(diǎn),2

47、.試驗(yàn)組合的原則,126,試驗(yàn)組應(yīng)包括體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)，體外試驗(yàn)（+S9和-S9)和體內(nèi)試驗(yàn)細(xì)胞突變?cè)囼?yàn)為陽(yáng)性者有必要進(jìn)行生殖細(xì)胞突變?cè)囼?yàn),試驗(yàn)組中的指示生物應(yīng)包括幾個(gè)進(jìn)化階段，至少要包括原核細(xì)胞與真核細(xì)胞兩個(gè)系統(tǒng),127,二、常用的致突變?cè)囼?yàn),1.鼠傷寒沙門(mén)氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)（Ames試驗(yàn)）原理：檢測(cè)受試物誘發(fā)鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株(his-)回復(fù)突變成野生型(his+)的能力,128,組氨酸突變菌(his-) ：在不

48、含組氨酸的最低營(yíng)養(yǎng)平皿上不能生長(zhǎng)回復(fù)突變成野生型(his+)：可在不含組氨酸的最低營(yíng)養(yǎng)平皿上生長(zhǎng),129,130,131,標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株有四種：TA97和TA98檢測(cè)移碼突變、TA100檢測(cè)堿基置換突變、TA102對(duì)醛、過(guò)氧化物及DNA交聯(lián)劑較敏感這四個(gè)試驗(yàn)菌株除了含有his-突變，還有一些附加突變，以提高敏感性,132,只要在一種試驗(yàn)菌株得到陽(yáng)性結(jié)果，即認(rèn)為受試物是致突變物僅當(dāng)四種試驗(yàn)菌株均得到陰性結(jié)果，才認(rèn)為受試物是非致突變物,

49、結(jié)果判斷,133,不加S9混合液得到陽(yáng)性結(jié)果，說(shuō)明受試物是直接致突變物加S9混合液才得到陽(yáng)性結(jié)果，說(shuō)明該受試物是間接致突變物,134,2.微核試驗(yàn)（micronucleus test，MNT),微核（micronucleus):是指染色體無(wú)著絲點(diǎn)斷片或因紡錘體受損傷而丟失的整個(gè)染色體在細(xì)胞分裂的后期仍留在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，成為一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核,135,136,正常細(xì)胞、微核細(xì)胞,137,正常細(xì)胞、微核細(xì)胞和核異常細(xì)胞,,,指示正常細(xì)

50、胞； 指示微核細(xì)胞； 指示核異常細(xì)胞 （2.5×100）,,,,,,,,,,,,,,,138,常用嚙齒類(lèi)動(dòng)物骨髓嗜多染紅細(xì)胞(PCE)做微核試驗(yàn)PCE是紅細(xì)胞成熟的一個(gè)階段，此時(shí)紅細(xì)胞的主核已排出，微核容易辯認(rèn)，PCE胞質(zhì)含RNA染色與成熟紅細(xì)胞易于區(qū)別，故為骨髓微核試驗(yàn)的首選細(xì)胞群,139,3.單細(xì)胞凝膠電泳（single cell gel electrophoresis，SCGE),在單細(xì)胞水平上定量檢測(cè)D

51、NA損傷,140,原理：在電泳槽中，DNA斷片在電場(chǎng)的作用下，由細(xì)胞核中移出，并向陽(yáng)極泳動(dòng)，經(jīng)熒光染色后見(jiàn)到細(xì)胞核和移出的DNA斷片，形成有如彗星一樣的彗星頭和彗星尾，故又稱彗星試驗(yàn)（comet test),141,NaAsO2染毒SCGE觀察細(xì)胞DNA損傷彗星圖,0.0 µmol/L 1.0 µmol/L

52、 2.5 µmol/L,5.0 µmol/L 10.0 µmol/L,142,4、染色體畸變分析chromosome aberration assay,觀察染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目改變，又稱細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn)。將觀察細(xì)胞停留在細(xì)胞分裂中期相，用顯微鏡檢查染色體畸變和染色體分離異常。,143,人類(lèi)染色體G顯帶示意圖,口訣：一禿二蛇三蝶飄　四像鞭炮五黑腰

53、六號(hào)ｐ似小白臉　七上八下九兩條十號(hào)ｑ三深帶好　十一低來(lái)十二高十三四五一個(gè)樣　著色深帶一二一十六深帶連著點(diǎn)　十七深帶跑得遠(yuǎn)十八人小肚子大　十九中間一點(diǎn)腰二十頭重腳輕　　二十一像葫蘆瓢二十二兩兩一點(diǎn)　Y黑腳，Xｐｑ一擔(dān)挑,144,145,常染色體異常,,146,常染色體異常,Down syndrome (trisomy 21):先天愚型或唐氏綜合征,147,,148,Patau syndrome (trisomy 13):ser

54、ious eye, brain, circulatory defects as well as cleft palate. Children rarely live more than a few months.,149,150,Edward's syndrome (trisomy 18):almost every organ system affected. Children with full Trisomy 18 gene

55、rally do not live more than a few months.,151,染色體結(jié)構(gòu)改變,152,染色體結(jié)構(gòu)改變,Deletion: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 f

56、acial features, and a cry that sounds like a distressed cat.,153,一條染色體的兩條單體在同一位置發(fā)生同源片段的變換，稱為姐妹染色單體交換。由于交換是對(duì)等的，所以染色體的形成沒(méi)有改變，但用特殊的培養(yǎng)液和處理方法可以顯示出來(lái),5、姐妹染色單體交換Sister-chromatid exchange, SCE,154,155,SCE的遺傳學(xué)意義還不完全清楚，是否存在自發(fā)的SCE也

57、還有爭(zhēng)議，交換的機(jī)理尚未完全闡明，但它顯然與DNA損傷和修復(fù)過(guò)程有關(guān)。作為一種簡(jiǎn)便和敏感的遺傳學(xué)指標(biāo)，它在誘變和腫瘤研究等領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。例如，目前已知許多環(huán)境誘變劑、職業(yè)有害因素、抗腫瘤藥物、病毒等都可以引起SCE率增加，Bloom綜合征患者和某些腫瘤患者的SCE率也明顯上升。,156,6、果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)Sex-linked recessive lethal test, SLRL,利用隱性基因在伴性遺傳中具有交叉遺傳特征

58、，選擇黑腹果蠅，給雄蠅受試物，如雄蠅的X染色體有突變，傳給F1代雌蠅，再通過(guò)F1代雌蠅傳給F2代雄蠅，使位于X染色體上的隱性基因在半合型雄蠅表現(xiàn)出來(lái)。,157,158,159,7、顯性致死試驗(yàn)Dominant lethal test,顯性致死突變指哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞染色體發(fā)生結(jié)構(gòu)和數(shù)目變化，出現(xiàn)的受精卵在著床前死亡和胚胎早期死亡。它是評(píng)價(jià)化學(xué)毒物對(duì)雄性動(dòng)物的生殖細(xì)胞遺傳毒性較好的方法之一。,160,8、熒光原位雜交技術(shù)Fluores

59、cence in situ hybridization, FISH,利用熒光探針，將已標(biāo)記或經(jīng)特殊修飾的核酸探針與已固定的組織、細(xì)胞或染色體中DNA、RNA雜交，繼而通過(guò)分析標(biāo)記探針在被檢對(duì)象中的顯示狀況而達(dá)到對(duì)特殊目標(biāo)順序進(jìn)行檢測(cè)、定位的目的。,161,An example of FISH-treated metaphase chromosomes chromosomes 1, 2, and 4 were labeled yello

60、w with FISH and the other chromosomes were stained red. Translocations between yellow and red chromosomes are detected. The left picture represents a normal cell and the right picture is an example of reciprocal transl

61、ocation with two bi-color chromosomes (indicated by two arrows).,162,致突變?cè)囼?yàn)的應(yīng)用實(shí)例——如何設(shè)計(jì)？,分組（化合物）選擇致突變實(shí)驗(yàn)組合 體外，體內(nèi)觀察遺傳學(xué)終點(diǎn)做出評(píng)價(jià),163,致突變實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)例,164,165,166,,167,,168,169,致突變實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)例——空氣污染,家庭裝潢有害氣體致小鼠遺傳毒性實(shí)驗(yàn),微核試驗(yàn)的視頻短片,,170,1

62、.陰性、陽(yáng)性對(duì)照的設(shè)立：陰性對(duì)照：即未處理對(duì)照或溶劑對(duì)照陽(yáng)性對(duì)照：用某種已知能產(chǎn)生陽(yáng)性反應(yīng)的物質(zhì)作對(duì)照,三、致突變?cè)囼?yàn)中的一些問(wèn)題,171,2.體外試驗(yàn)活化系統(tǒng)的采用許多化合物不具有致突變性，經(jīng)哺乳動(dòng)物代謝才轉(zhuǎn)變成致突變物。由于微生物和培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞缺乏整體動(dòng)物體內(nèi)的許多代謝能力。必須加入代謝活化系統(tǒng)以檢出前致突變物。,172,（1）盲法觀察（2）陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照的設(shè)立（3）資料的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析（4）試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性,3.

63、致突變?cè)囼?yàn)的質(zhì)量控制措施,173,4.陰性結(jié)果的判定條件,① 最高劑量應(yīng)包括受試物溶解度許可或灌胃量許可的最大劑量② 各劑量的組間差距不應(yīng)過(guò)大，以防漏檢僅在非常狹窄范圍內(nèi)才有突變能力的某些外源化學(xué)物,174,陽(yáng)性結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有劑量-反應(yīng)關(guān)系，即劑量越高，致突變效果越大，并在一組或多組的觀察值與陰性對(duì)照之間有顯著差異,175,基本概念：突變、遺傳毒理學(xué)、致突變作用、致突變物致突變的類(lèi)型：基因突變、染色體結(jié)構(gòu)異 常、染色體數(shù)目異常致