第8章-外源化学物致突变作用

1第七章外源性化学物致突变作用（MutagenesisofXenobiotics)2一般毒性作用特殊毒性作用（致畸、致突变、致癌）——“三致”作用3致突变作用---造就了“蜘蛛侠”？4567891011现实生活中……自然界中的自发突变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，化学）外源性化学物致突变作用1213基本概念：突变、遗传毒理学、致突变作用、致突变物致突变的类型：基因突变、染色体结构异常、染色体数目异常【内容】14致突变作用机制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致突变试验15第一节概述16遗传与变异遗传：生物物种以各种繁殖方式来保证世代间生命的持续。种瓜得瓜种豆得豆变异：亲子之间或子代之间出现不同程度的差异。一、基本概念17突变（mutation)：遗传结构本身的变化及其引起的变异---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.•突变”这个词的来源：“突变”是由荷兰DeVries（1901－1903）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“突变”•孟德尔的豌豆杂交实验为现代遗传学奠定了基础(基因分离、自由重组)181909年摩尔根(Morgan)发现在红眼果蝇中有白眼果蝇因发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁互换定律，摩根于1933年被授予诺贝尔奖。1946年，摩根的学生，被誉为“果蝇的突变大师”的米勒，证明Ｘ射线能使果蝇的突变率提高150倍，因而成为诺贝尔奖获得者.19基因与染色体生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了生物的遗传。但是，基因究竟在细胞内的什么地方？摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，基因在染色体上。2021自发突变(spontaneousmutation):是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然条件下发生的突变特点：发生过程长、频率很低，与物种进化有关从发生原因上，可分为：22诱发突变(inducedmutation)：是指人为地造成突变特点：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23环境中的致突变因素1.化学物质天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚硝酸盐等人工合成的致突变物抗癌药物：如环磷酰胺等烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等有毒金属：如六价铬、有机汞等农药：如乐果、敌百虫等食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝1号和2号等其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等242.物理因素：电离辐射、温度剧烈变化等251986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８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263.生物因素：病毒、基因工程等转基因鲑鱼(上)比同年龄的野生鲑鱼(下)重11倍27第二节化学毒物致突变的类型从遗传学角度或突变角度分为：基因突变染色体结构改变染色体数目改变28从机理角度分为：对DNA为靶的损伤（包括基因突变和染色体畸变）不以DNA为靶的损伤(染色体数目异常）29基因突变（geneticmutation)：是指基因在结构上发生了碱基对组成和排列序列的改变（pointmutation)。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0.2μm相当于4.7×106个核苷酸对的长度一、基因突变30基因突变：可分为碱基置换和移码突变两种类型。突变基因：基因内存在的突变的基因野生型基因：没有发生突变的基因31(一)碱基置换（basesubsititution)转换(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的变化颠换(transversion):即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的变化碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱落而引起的突变。32AGTC腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶3334后果同义突变(synonymousmutation)：指没有改变基因产物氨基酸序列的突变。GGG和GGA均编码(glycine,Gly,甘氨酸)35错义突变(missensemutation)：指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变单核苷酸替代36无义突变(nonsensemutation)：指某个碱基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，导致多肽链在成熟之前终止合成的改变。终止密码子：UAAUAGUGA37终止密码的突变链终止突变：指无义突变使肽链过早终止。延长突变：指如果终止密码子因突变而为氨基酸编码，结果产生过长的肽链的现象。38指发生一对或几对不等于3的倍数的碱基减少或增加，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。（二）移码突变（frameshiftmutation)3940结果是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改变。使读码框架改变其中某一点形成无义密码，于是产生一个无功能的肽链片段。移码突变较易成为致死性突变。41单碱基置换单碱基缺失42基因突变的案例——白化病突变--黑色素生成缺陷--眼、毛发色素缺乏发病率，2/1000常染色体隐性遗传43全色盲，双色盲，色弱（红绿蓝三原色）发病率，男性7%，女性0.49%X染色体隐性遗传（交叉遗传）尚无有效的治疗方法（色盲矫正隐形眼镜，改善色觉,提高色调分辨能力）基因突变的案例——色盲症4445基因突变的案例——多毛症23岁的墨西哥男子丹尼·出生后就患有一种罕见的多毛症，全身都被浓厚的黑色毛发覆盖，看起来就像传说中的恐怖“狼人”。据悉，丹尼一家五代人都患有这种“狼人综合征”，他和26岁的哥哥拉里从小便被当成“怪物”，被关进笼子中四处展出。祖母携带这种变异基因，将它传给了后代。哥哥拉里、堂姐妹莉莉和卡拉、亲妹妹贾米、6岁侄女丹尼拉等46‘狼人综合征’和月亮以及狼没有任何联系，而是与基因有关。多毛症基因曾是人类身上的一种“失传基因”。当远古时代的人类还是长满毛发的灵长类动物时，身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“关闭”。然而丹尼的家族不知何故，他们体内被“关闭”的多毛症基因现在又被“打开来了”。“狼人综合征”非常罕见，患病概率只有100亿分之一，且没有根治办法。47二、染色体畸变(chromosomeaberration)48染色体结构异常（畸变）（structuralchromosomeaberration)：是指由于染色体或染色单体断裂，造成染色体或染色单体缺失或引起各种重排，从而出现染色体结构异常。断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质。49染色体畸变又可分为染色体畸变（chromosome-typeaberrations)：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染色单体畸变（chromatid-typeaberrations)：指畸变涉及复制染色体中两条染色单体中的一条50染色体结构异常的类型类型：缺失重复倒位易位51(1)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，就会出现一个或多个无着丝粒断片和一个缺失了部分染色质并带有着丝粒的异常染色体。52(2)重复：在一套染色体里，一个染色体片段出现不止一次。53(3)倒位(inversion)：一个染色体片段被颠倒了。倒转180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54(4)易位(translocation)：从某个染色体断下的节段接到另一染色体上称为易位。相互易位55染色体结构异常是染色体或染色单体断裂所致。当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现染色体结构异常。56三、染色体数目异常NormalhumanKaryotype:46,XY57动物正常体细胞染色体数目2n为标准，为二倍体。染色体数目异常可表现为整倍性畸变和非整倍性畸变。整倍性畸变可能出现单倍体、三倍体或四倍体。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体多或少一条或多条染色体(2n+1,2n-1)。58整倍性畸变59非整倍性畸变60缺体是指缺少一对同源染色体；单体或三体系指某一对同源染色体相应地少或多一个四体则指其比同源染色体多一对。人类中常见有三种三体：（1）21-三体，即Down氏综合征；（2）18-三体，即Edward综合征（3）13-三体，即Patau综合征。61患儿具明显的特殊面容体征：眼距宽，鼻根低平，眼裂小，眼外侧上斜，有内眦赘皮，外耳小，舌胖，常伸出口外，流涎多。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。62突变的类型突变基因突变染色体数目变化碱基置换移码突变密码子插入或丢失转换颠换碱基插入碱基丢失非整倍体多倍性染色体畸变缺失、断片重复倒位易位……63第三节化学毒物致突变作用的机制及后果64（一）碱基损伤1.碱基错配烷化剂(alkylatingagent):是指对DNA和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＞高碳烷基化烷化剂所致甲基化易产生碱基错配一、引起突变的DNA变化65目前认为最常受到烷化的是鸟嘌呤的N－7位，其次是O－6位腺嘌呤的N－1、N－3和N－7也易烷化腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶6667AP位点（apurinicorapyrimidinicsite)：是指丢失碱基的DNA留下了一个无嘌呤或无嘧啶的位点68嵌入剂（intercalatingagent)：指能以静电吸附形式嵌入DNA单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间的物质常见的嵌入物：多环芳烃的环氧化物，吖啶（ādìng）类化合物，联苯胺等。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6.8Å。2.平面大分子嵌入DNA链3.4Å69AGGATCCT解链AGGAAGGAAGGATCACT插入一个碱基嵌入嵌入AGGA模板链嵌入嵌入AGGATCT缺失一个碱基编码链70有些化学物的结构与碱基非常相似，称碱基类似物它们能在S期中可与天然碱基竞争，并取代其位置例如5-溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；2-氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤3.碱基类似物取代A＝T→A＝5BU71化学物可对碱基产生氧化作用，从而破坏或改变碱基的结构，进而引起链断裂；有些化学物质可在体内形成有机过氧化物或自由基，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DNA链断裂。4.碱基的化学结构的改变或破坏72（二）DNA链受损1.二聚体的形成：紫外线环丁烷嘧啶和4-6光产物阻止DNA复制引起细胞死亡73二、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。74一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞器，从而干扰有丝分裂过程诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称干扰剂75秋水仙碱是典型的引起细胞分裂完全抑制的物质，因此这种效应又称秋水仙碱效应或细胞有丝分裂。有些干扰剂仅使细胞群体的有丝分裂数减少，被称之为抗有丝分裂剂。76引起非整倍性的原因不分离（nondisjunction)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）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77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。78只有一条染色体或一对染色体不分离，在子细胞中将