《外源化学物致突变作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外源化学物致突变作用（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 外源化学物的致突变作用 v1 概述v2 致突变作用 类型v3 致突变作用 机制与后果v4 机体对致突变作用的影响v5 致突变作用 研究方法 1 概述v1.1 基本概念v1.2 遗传学基础遗传结构本身的变化及引起的变异。 突变实际上是遗传物质的一种可遗传的 变异。突 变自发突变（spontaneous mutation）是指在自然条件下发生的突变。 诱发突变（induced mutation） 是指人为地造成突变 。有利突变 中性突变有害突变1.1 基本概念1 概述概 述有利突变中性突变小麦耐盐突变不影响或基 本不影响蛋 白质的活性 ， 不表现出 明显的性状 变化人类、动物、植物的白化突
2、变 有害突变概 述遗传机构改变遗传性疾病癌症动脉粥样硬化糖尿病衰老环境因素连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。1.2 细胞周期与细胞分裂M期（细胞分裂期）体细胞与生殖细胞体细胞：多是二倍体细胞，含有两组完全相同的染色体，其 遗传损伤不会遗传给下一代。生殖细胞：是单倍体，其染色体改变及突变可传给下一代。生殖细胞的成熟过程2 致突变作用 类型v基因是DNA链上的片段序列。v化学毒物引起基因突变作用的类型有：v2.1 基因突变v2.2 染色体畸变v2.3 染色体数目异常2.1 基因突变v包括三种类型:v碱基置换v移码v大段损伤碱基对替换（碱基置换、碱基取代）指DN
3、A分子中一个或几个碱基对被另一个或几个碱基对替换。转换 （实线，对角线）颠换 （虚线，纵横线）碱基对替换（碱基置换、碱基取代）指DNA分子中一个或几个碱基对被另一个或几个碱基对替换。TTA GGG GAC GCG CAT GAAAAT CCC CTG CGC GTA CTTTTA GAG GAC GCG CAT GAAAAT CTC CTG CGC GTA CTTTTA GGG GAC GCG CAT TAAAAT CCC CTG CGC GTA ATT转换颠换碱基对替换产生的后果同义突变错义突变无义突变延长突变（终止密码突变）同义突变是指没有改变基因产物氨基酸的序列。碱基对替换产生的后果错义
4、突变 是指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变。碱基对替换产生的后果甘氨酸精氨酸无义突变（链终止突变） 是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 前终止合成的一类突变。碱基对替换产生的后果亮氨酸延长突变（终止密码突变） 是指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。碱基对替换产生的后果遗传毒性的类型正常、圆饼形异常、镰刀形镰刀形细胞贫血症移码突变（移码框突变） 指发生一对或几对（3对除外）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，并转译成为不 正常的氨基酸。遗传毒性的类型基因突变大段损伤（DNA重
5、排） 指DNA序列上有较长的一段序列的重排分布，包括大段（一个碱基至数千个碱基）的插入、缺失、取代、复制、放大和倒位。遗传毒性的类型一、基因突变二、染色体畸变三、染色体数目异常四、DNA损伤遗传毒性的类型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的称为染色体畸 变或染色体结构畸变。畸变涉及在染色复制体中两条染色单 体中的一条，称为染色单体型畸变，而涉及两条染色单体， 称为染色体型畸变。染色体畸变 chromosome aberration 遗传毒性的类型染色体畸变chromosome aberration 分类：缺 失重 复倒 位易 位遗传毒性
6、的类型猫叫综合征成因:5号染色体短臂部分或全部缺失2.3 染色体数目异常v正常动物的染色体都是双倍体（人23对）。v染色体数目异常可以表现为整倍性畸变和非整倍性畸变。v整倍性畸变：染色体成对增减。v非整倍性畸变：染色体奇数条增减。3倍体A triploid infant, showing the characteristic enlarged head.21三体综合征（先天愚型） trisomy 21 syndrome（Down Syndrome，DS）3. 突变的后果v体细胞突变：引起个体病变如肿瘤、畸形、 动脉粥样硬化、糖尿病、衰老、高血压等， 但不影响下代 。v生殖细胞突变：可影响下代和
7、遗传。根据对 人类影响程度分：对机体无影响；对机体健 康无影响的遗传学变异；遗传易感性改变； 遗传性疾病；致死性突变。一、体细胞突变的后果 （一）肿瘤体细胞突变的后果中最受关 注的是肿瘤。体细胞突变是肿瘤发生的重 要基础，在许多肿瘤细胞中，都 同时观察到基因突变导致的原癌 基因的活化和抑癌基因的失活， 并存在缺失、倒位、易位等染色 体畸变。研究证实化学物的致突变作 用与其致癌作用存在着较高的相 关性，并且在DNA损伤修复缺陷 的人群中，肿瘤的发生也明显增 高。 一、体细胞突变的后果（二）发育毒性孕体的体细胞（胚胎细胞）由受精卵起至器官形成期的细胞，因外来化合物引起突变，就有可能使新生儿存在外观
8、或内脏的畸形。也可能发生着床前死亡、流产、死胎和新生儿死亡，而活胎则可能有发育迟缓。浙江某药厂一女工产后100天的女孩 只有一个半手指（2003）一、体细胞突变的后果（三）动脉粥样硬化动脉粥样硬化是心血管疾病 的一个主要病理生理过程。1973年Benditt等人根据有关 动脉粥样硬化斑内细胞是单克隆 性的发现提出了一种假说，即动 脉粥样硬化斑可被看作动脉壁的 一种单克隆的良性赘生物。认为 动脉粥样硬化起始于某一突变或 病毒感染，然后转化单一、分离 的平滑肌细胞成为增殖克隆的祖 细胞。目前已得到间接证据的支 持。一、体细胞突变的后果（四）衰老衰老机制复杂，涉及面广。目前有遗传基因说、体细胞突变说
9、、差错积累说等多种学说，尚未形成共识。支持体细胞突变和衰老两者之间因果关系的一个主要论据是DNA作为主要信息生物分子的作用和突变的不可逆性，即序列信息的改变。二、生殖细胞突变的后果（一）遗传病遗传病是指个体生殖细胞或受精卵的遗传物质发生突变所引起的疾病。遗传病一般可分为染色体病和基因病。染色体病是由于染色体畸变引起的疾病，包括染色体数目和结构异常而产生的疾病。基因病是由于基因突变引起的疾病，包括单基因病和多基因病。二、生殖细胞突变的后果（二）影响遗传负荷在人类许多复杂疾病中，遗传因素也起着部分作用，基因突变可增加下一代基因库的遗传负荷。基因库指某一物种在特定时期中能将遗传信息传至下一代的处于生
10、育年龄的群体所含有的基因总和。遗传负荷指一种物种的群体中每一个携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平。二、生殖细胞突变的后果 （二）影响遗传负荷根据基因突变对遗传负荷的影响，即对后代增加危险性的程度，常 将基因突变分为三类：第一类为显性致死突变，引起受精卵或胚胎发生变化，受精卵或胚 胎在胎儿成熟前死亡，显性致死突变引起的胎儿或受精卵的死亡或不孕 ，对基因库不会有影响；第二类为显性存活突变，这类突变不会引起胚胎死亡，可在子一代 表现出来，也就是通常所说的显性遗传，一般连续几代，每代都出现患 者，男女双方患病几率相等，这类突变可传给后代，能影响基因库;第三类为隐性突变，也就是通常说的隐性遗传，即
11、在杂合子不能表 现出来，必须在纯合子时才能出现疾病，如其隐性基因病患者（aa）， 同正常人（AA）婚配，子女全部是正常表型，但AA与Aa各占一半，大 大增加人群中致病基因的携带者，影响人类素质，增加遗传负荷，影响 人类基因库。遗传毒性的后果二、生殖细胞突变的后果 （三）生殖毒性突变还可造成生殖毒性，包括生殖器官、相关的内分泌系统和妊娠结局的改变，表现为对性成熟、配子发生及其转运、性周期、性行为、受精、着床、胚胎形成与发育、妊娠、分娩和哺乳过程等的不良影响或依赖于生殖系统完整性的其他功能的改变。4 机体对致突变作用的影响v机体对突变DNA具有修复机制。v机体对致突变作用的影响相当复杂,其中重要的
12、因 素是遗传因素，包括代谢酶遗传多态性和修复功能 的个体差异。v4.1 DNA损伤的修复v4.2 遗传因素对致突变作用的影响5 致突变作用研究方法v5.1 致突变试验目的及指示生物v5.2 常用致突变试验v5.3 致突变应注意的问题5.1 致突变试验目的及指示生物v目的：评定外源化学物对生殖细胞及体细胞的突变性，对致癌、致畸和遗传危害的潜在可能作出初步评价。v指示生物：细菌、病毒、真菌、昆虫、哺乳动物及其体外培养细胞和植物。5.2 常用致突变试验v细菌回复突变试验（Ames试验）v哺乳动物细胞基因突变试验v微核试验（MNT）v染色体畸变试验v显性致死试验v程序外DNA合成（UDS）试验v姐妹染
13、色单体交换试验v果蝇伴性隐性致死试验v单细胞凝胶电泳（SLRL）试验v荧光原位杂交（FISH）试验v转基因动物致突变试验细菌回复突变试验v细菌回复突变试验是以营养缺陷型的突变体为指示 生物，观察受试物是否纠正或补偿突变体所携带的 突变发生改变的体外试验。v原理是利用鼠伤寒菌的组氨酸营养缺陷型菌株，因 其突变丧失合成组氨酸的能力而在无组氨酸培养基 中不能存活，若受试物可使该菌发生回复突变，则 其该菌在无组氨酸培养基中能存活。说明受试物有 致突变作用。 v菌株中AT97、AT98可检测移码突变，AT100可检测置 换突变。哺乳动物细胞基因突变试验v它是体外培养哺乳动物细胞的野生型基因失 活的正向突
14、变试验。v利用培养的哺乳动物细胞系如小鼠淋巴细胞 系（L5178y）、中国仓鼠肺细胞株（V97）和 卵巢细胞株（AS52），观察接触受试物后特 定基因座位上是否诱变产生突变体。微核试验v是观察受试物是否引起动植物细胞产生微核 的试验。v原理是：细胞经过突变后，染色体和染色单 体的无着丝点片段或因纺锤丝受损而丢失， 使整个染色体在细胞有丝分裂后期不能进入 子代细胞的细胞核中，而在间期的子代细胞 浆内形成一个或几个规则的次核，即微核。染色体畸变试验v染色体畸变试验是通过镜下观察（设备有流 式细胞仪）染色体形态和数目改变的试验。v本试验灵敏度高。v染色体形态改变可见裂隙、断裂、断片、无 着丝粒环、双
15、或多着丝粒染色体、射体和染 色体破碎。v注意：因其改变具有时相变化，应在培养中 多次检测。程序外DNA合成试验v是通过观察培养细胞在细胞增殖周期内S期以 外时相DNA合成情况的试验。v当细胞DNA受损后，DNA的修复合成可发生在S 期外时相，即程序外DNA合成。因此，该试验 可反映DNA受损情况。v具体实验方法可利用放射自显影或闪烁计数 法。v试验具有简便、经济和快速。在DNA合成期，所有染色体均进行复制，复制后形成两条姐妹染色单体。姐妹染色单体交换是一个染色体的两个姐妹染色单体的同源片段间发生交换。姐妹染色单体交换可能与DNA的断裂和重接有关，故可间接反映DNA损伤。同染色体畸变试验一样，姐
16、妹染色单体交换试验可进行体外试验，也可进行体内试验。体外试验可用细胞株或人外周血淋巴细胞，体内试验可用骨髓细胞或睾丸生殖细胞进行。姐妹染色单体交换试验BrdU：溴化脱氧尿嘧啶核苷 果蝇伴性隐性致死试验v果蝇伴性隐性致死试验是利用隐性基因在伴性遗传中具有交 叉遗传的特征而进行的试验。v当基因发生点突变、小缺失（DNA大段损伤）、重组等各类 基因突变的隐性致死效应，将伴性遗传传给F1雌性动物，再 由其传给F2雄性动物。 因F1雌性动物为杂合子，不能表达 。而F2雄性动物为半合子，将表达出来。v该试验利用黑腹果蝇试验，其具有世代周期短、繁殖率高、 饲养方便、经济、判断终点客观、不需活化等优点。但染毒 方式与剂量计算与哺乳动物差异较大。u利用隐性基因在伴性遗传中具有交叉遗传特征，选择 黑腹果蝇为实验动物，给予雄蝇受试物，如雄蝇的X 染色体有突变，传给F1代雌蝇，再通过F1代雌蝇传给 F2代雄蝇，使位于X染色体上的隐性基因在半合型雄 蝇表现出来。即由于致死突变不出现，会有明显标记 的野生型雄蝇出现。果蝇伴性隐性致死试验单细胞凝胶电泳试验v单细
