化學(xué)物質(zhì)的毒理機(jī)制

1、第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)毒物毒作用的分子機(jī)制化學(xué)毒物毒作用的分子機(jī)制 第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性的關(guān)系化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性的關(guān)系第五章第五章 化學(xué)物質(zhì)的毒理機(jī)制化學(xué)物質(zhì)的毒理機(jī)制中毒是有毒化學(xué)物與機(jī)體交互作用，導(dǎo)中毒是有毒化學(xué)物與機(jī)體交互作用，導(dǎo)致機(jī)體的功能或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良改變的結(jié)致機(jī)體的功能或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良改變的結(jié)果，這些改變除與機(jī)體本身的屬性有關(guān)果，這些改變除與機(jī)體本身的屬性有關(guān)外，主要取決于化學(xué)物暴露的程度與途外，主要取決于化學(xué)物暴露的程度與途徑。徑。 研究毒性機(jī)制應(yīng)明確以下幾點(diǎn)研究毒性機(jī)制應(yīng)明確以下幾點(diǎn)1.毒性效應(yīng)是由毒物引起正常細(xì)胞發(fā)生生理和毒性效應(yīng)是由毒物引

2、起正常細(xì)胞發(fā)生生理和生化改變的結(jié)果生化改變的結(jié)果2.毒性效應(yīng)的程度除毒物本身外，還與劑量及毒性效應(yīng)的程度除毒物本身外，還與劑量及靶部位有關(guān)靶部位有關(guān)3.靶組織和靶器官具有代償能力，可超常發(fā)揮靶組織和靶器官具有代償能力，可超常發(fā)揮解毒功能解毒功能4.毒效應(yīng)包括一般毒性效應(yīng)和特殊毒性效應(yīng)毒效應(yīng)包括一般毒性效應(yīng)和特殊毒性效應(yīng)產(chǎn)生毒性可能的途徑產(chǎn)生毒性可能的途徑1 吸收、分布、代謝、排泄吸收、分布、代謝、排泄2 與靶分子相互作用與靶分子相互作用3 細(xì)胞功能失調(diào)損傷細(xì)胞功能失調(diào)損傷4 細(xì)胞修復(fù)功能失調(diào)細(xì)胞修復(fù)功能失調(diào)化學(xué)毒物毒 性毒性機(jī)制涉及多個(gè)層次和步驟毒性機(jī)制涉及多個(gè)層次和步驟毒物被轉(zhuǎn)運(yùn)到一個(gè)或多個(gè)

3、靶部位毒物被轉(zhuǎn)運(yùn)到一個(gè)或多個(gè)靶部位毒物或代謝產(chǎn)物與內(nèi)源性靶分子相互作用毒物或代謝產(chǎn)物與內(nèi)源性靶分子相互作用細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能紊亂細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能紊亂啟動(dòng)細(xì)胞或分子水平修復(fù)啟動(dòng)細(xì)胞或分子水平修復(fù)毒物引起的靶分子結(jié)構(gòu)改變或功能紊亂超過修復(fù)能毒物引起的靶分子結(jié)構(gòu)改變或功能紊亂超過修復(fù)能力或修復(fù)本身障礙時(shí)，即產(chǎn)生毒性效應(yīng)力或修復(fù)本身障礙時(shí)，即產(chǎn)生毒性效應(yīng)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制 一、細(xì)胞膜損傷一、細(xì)胞膜損傷Schematic of typical animal cell. Organelles: (1) nucleolus (2) nucleus (3) ribosom

4、e (4) vesicle,(5) rough endoplasmic reticulum (ER), (6) Golgi apparatus, (7) Microtubule, (8) smooth ER, (9) mitochondria, (10) vacuole, (11) cytoplasm, (12) lysosome, (13) centrioles l 許多環(huán)境因素作用于細(xì)胞膜，引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的改變。膜成分的改變膜成分的改變膜脂流動(dòng)性的改變膜脂流動(dòng)性的改變膜上酶的活性膜上酶的活性膜通透性的改變膜通透性的改變四氯化碳導(dǎo)致大鼠肝細(xì)胞膜四氯化碳導(dǎo)致大鼠肝細(xì)胞膜磷脂和膽固醇含量下

5、降磷脂和膽固醇含量下降DDT、對(duì)硫磷引起紅細(xì)胞膜、對(duì)硫磷引起紅細(xì)胞膜脂流動(dòng)性降低；乙醇引起肝脂流動(dòng)性降低；乙醇引起肝細(xì)胞線粒體膜脂流動(dòng)性增高細(xì)胞線粒體膜脂流動(dòng)性增高有機(jī)磷化合物與紅細(xì)胞膜上有機(jī)磷化合物與紅細(xì)胞膜上的乙酰膽堿酯酶共價(jià)結(jié)合的乙酰膽堿酯酶共價(jià)結(jié)合主要是膜蛋白的改變，如重主要是膜蛋白的改變，如重金屬與膜蛋白上的巰基、羰金屬與膜蛋白上的巰基、羰基、氨基、磷酸基等的作用基、氨基、磷酸基等的作用二、化學(xué)毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響二、化學(xué)毒物對(duì)細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響1.細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) 離子鈣又分為細(xì)胞內(nèi)離子鈣又分為細(xì)胞內(nèi)Ca2+和細(xì)胞外和細(xì)胞外Ca2+。 在細(xì)胞靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)游離的在細(xì)胞靜息

6、狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)游離的Ca2+僅為僅為10-7mol/L，而，而細(xì)胞外液細(xì)胞外液Ca2+則達(dá)則達(dá)10-3mol/L。當(dāng)細(xì)胞處于興奮狀態(tài)，第。當(dāng)細(xì)胞處于興奮狀態(tài)，第一信使轉(zhuǎn)遞信息，則細(xì)胞內(nèi)游離一信使轉(zhuǎn)遞信息，則細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+迅速增多可達(dá)迅速增多可達(dá)10-5mol/L，此后再降低至，此后再降低至10-7mol/L，完成信息轉(zhuǎn)遞循環(huán)。，完成信息轉(zhuǎn)遞循環(huán)。認(rèn)為認(rèn)為Ca2+是體內(nèi)第二信使是體內(nèi)第二信使。上述。上述Ca2+濃度的變化過程呈濃度的變化過程呈穩(wěn)態(tài)狀，稱為穩(wěn)態(tài)狀，稱為細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。 一、細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)一、細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) 正常情況下，細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)是由質(zhì)膜正常情況下，細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)是由質(zhì)膜Ca

7、2+轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位酶和細(xì)胞內(nèi)鈣池系統(tǒng)共同操縱控制的。酶和細(xì)胞內(nèi)鈣池系統(tǒng)共同操縱控制的。 激動(dòng)劑刺激引起細(xì)胞激動(dòng)劑刺激引起細(xì)胞Ca2+動(dòng)員，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的多動(dòng)員，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種生物功能，包括肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分種生物功能，包括肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分泌、細(xì)胞分化和增殖。泌、細(xì)胞分化和增殖。Ca2+在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中起了一種信使作用，負(fù)責(zé)將激動(dòng)劑的刺激信號(hào)傳起了一種信使作用，負(fù)責(zé)將激動(dòng)劑的刺激信號(hào)傳給細(xì)胞內(nèi)各種酶反應(yīng)系統(tǒng)或功能性蛋白。給細(xì)胞內(nèi)各種酶反應(yīng)系統(tǒng)或功能性蛋白。鈣離子在細(xì)胞中有重要的生理意義。鈣離子在細(xì)胞中有重要的生理意義。 2.鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制 細(xì)胞內(nèi)

8、Ca2+濃度不可控制地持續(xù)升高，即是細(xì)胞內(nèi)的鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)，這種紊亂或失調(diào)將破壞正常生命活動(dòng)所必需的細(xì)胞內(nèi)外Ca2+的瞬變，破壞各種細(xì)胞器的功能和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，最終激活不可逆的細(xì)胞成分的分解代謝過程。l在毒理學(xué)中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞損傷和死亡與胞在毒理學(xué)中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞損傷和死亡與胞內(nèi)鈣濃度增高有關(guān)。內(nèi)鈣濃度增高有關(guān)。 l 細(xì)胞內(nèi)鈣濃度不可控制地增高，從而產(chǎn)細(xì)胞內(nèi)鈣濃度不可控制地增高，從而產(chǎn)生一系列反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡。生一系列反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡。 l鈣的濃度變化，可通過下列途徑造成細(xì)胞損鈣的濃度變化，可通過下列途徑造成細(xì)胞損傷：傷： 正常的激素和生長(zhǎng)因子刺激的正常的激素和生長(zhǎng)因子刺激的Ca2+信號(hào)的

9、受信號(hào)的受損。損。 鈣依賴性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂鈣依賴性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸內(nèi)切酶。酶和核酸內(nèi)切酶。 損傷細(xì)胞骨架損傷細(xì)胞骨架 損害線粒體損害線粒體 與細(xì)胞凋亡有關(guān)與細(xì)胞凋亡有關(guān) l 三、自由基與氧化損傷三、自由基與氧化損傷1.自由基的產(chǎn)生和特點(diǎn)自由基的產(chǎn)生和特點(diǎn)2.活性氧系統(tǒng)活性氧系統(tǒng)3.自由基與脂質(zhì)過氧化自由基與脂質(zhì)過氧化4.污染物對(duì)機(jī)體自由基防衛(wèi)系統(tǒng)的影響污染物對(duì)機(jī)體自由基防衛(wèi)系統(tǒng)的影響自由基是具有不成對(duì)電子的原子、分子或離自由基是具有不成對(duì)電子的原子、分子或離子。主要因?yàn)榛衔锏墓矁r(jià)鍵的耗能子。主要因?yàn)榛衔锏墓矁r(jià)鍵的耗能均裂均裂而而產(chǎn)生，也可以通過產(chǎn)生，也

10、可以通過俘獲電子俘獲電子而產(chǎn)生。而產(chǎn)生。CH3H CH3+HCCl4+e CCl3+Cl-均裂電子俘獲1.1.自由基的產(chǎn)生和特點(diǎn)自由基的產(chǎn)生和特點(diǎn)v一個(gè)共價(jià)鍵化合物一個(gè)共價(jià)鍵化合物A-B,當(dāng)它受到熱、輻射及超當(dāng)它受到熱、輻射及超聲波等能量的作用時(shí)，共價(jià)鍵可能要斷裂，斷聲波等能量的作用時(shí)，共價(jià)鍵可能要斷裂，斷裂方式有兩種。裂方式有兩種。v 1. 共價(jià)鍵異裂共價(jià)鍵異裂 A B A + BA B A + B形成陽離子和陰離子形成陽離子和陰離子2. 共價(jià)鍵均裂共價(jià)鍵均裂形成兩個(gè)自由基形成兩個(gè)自由基 O2+eO2- 超氧陰離子自由基超氧陰離子自由基 O2+2e+2H+ H2O2 O2+3e +3H+ H

11、2O+OH.羥自由基羥自由基 O2+4e+4H+ 2H2O 自由基可以帶正電荷，也可以帶負(fù)電荷，自由基可以帶正電荷，也可以帶負(fù)電荷，也可以不帶任何電荷而成中性。也可以不帶任何電荷而成中性。自由基的特性：順磁性，順磁性， 生物化學(xué)反應(yīng)活性高，半衰期極短，一般僅能生物化學(xué)反應(yīng)活性高，半衰期極短，一般僅能以以s計(jì)。計(jì)。搶奪其他自由基或非自由基的電子搶奪其他自由基或非自由基的電子對(duì)人體造成的影響對(duì)人體造成的影響: 壞的方面壞的方面: OH使脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生使脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生 ROORH +OH R+H2OR+ O2 ROO好的方面好的方面: O2-殺死入侵病菌，信號(hào)傳導(dǎo)等作用殺死入侵病菌，信號(hào)傳導(dǎo)等作用N

12、ADPH + 2O2 NADP+ + H+ + 2 . O2 有連鎖反應(yīng)，一般可分為有連鎖反應(yīng)，一般可分為引發(fā)引發(fā)(initiation)、增殖增殖(propagation)及終止及終止(termination)三三個(gè)階段。個(gè)階段。有未成對(duì)電子，自由基和自由原子非常有未成對(duì)電子，自由基和自由原子非常的活潑，的活潑，通常無法分離得到通常無法分離得到。不過在許。不過在許多反應(yīng)中，自由基和自由原子以中間體多反應(yīng)中，自由基和自由原子以中間體的形式存在，盡管濃度很低，存留時(shí)間的形式存在，盡管濃度很低，存留時(shí)間很短很短 。習(xí)慣上以習(xí)慣上以“”表示不成對(duì)電子。表示不成對(duì)電子。 常見的自由基常見的自由基:1.

13、 O2- 超氧陰離子自由基超氧陰離子自由基 (superoxide）2. OH 羥基自由基羥基自由基 (hydroxyl radical) 3. NO 一氧化氮一氧化氮 (nitric oxide )4. ROO 脂質(zhì)過氧化脂質(zhì)過氧化自由自由基基自由基自由基 百病之源百病之源2.活性氧系統(tǒng)（活性氧系統(tǒng)（reactive oxygen species，ROS） 是指由氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生，并在其分是指由氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生，并在其分子上含有氧的一類化學(xué)性質(zhì)非?；顫娢镔|(zhì)子上含有氧的一類化學(xué)性質(zhì)非常活潑物質(zhì)的總稱。的總稱。含有氧原子的自由基含有氧原子的自由基Ex: O2- & OH經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生自

14、由基的含氧衍生物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生自由基的含氧衍生物Ex: H2O2 & HOClFe2+ + H2O2 Fe3+ +OH + OH-HOCl +O2- O2 + Cl- +OH活性氧系統(tǒng)活性氧系統(tǒng)1. O2- 超氧陰離子自由基超氧陰離子自由基 (superoxide）2. H2O2 過氧化氫過氧化氫 (hydrogen peroxide)(非自由基非自由基) 3. OH羥基自由基羥基自由基 (hydroxyl radical) 4. 1O2 單線態(tài)氧單線態(tài)氧 (Singlet oxygen)氧分子依次單電子還原流程圖氧分子依次單電子還原流程圖機(jī)體雖有多種途徑產(chǎn)生自由基，但并不機(jī)體雖有多

15、種途徑產(chǎn)生自由基，但并不是產(chǎn)生自由基就會(huì)對(duì)機(jī)體有損害作用。是產(chǎn)生自由基就會(huì)對(duì)機(jī)體有損害作用。 自由基產(chǎn)生只有超過抗氧化能力或機(jī)體自由基產(chǎn)生只有超過抗氧化能力或機(jī)體抗氧化能力降低時(shí)，才會(huì)造成損害作用?？寡趸芰档蜁r(shí)，才會(huì)造成損害作用。 這是因?yàn)闄C(jī)體有相應(yīng)的防御機(jī)制。這是因?yàn)闄C(jī)體有相應(yīng)的防御機(jī)制。自由基自由基不成對(duì)電子不成對(duì)電子靶靶自由基自由基抗氧化劑抗氧化劑完整完整被減化被減化被氧化被氧化破壞破壞自由基形成自由基形成機(jī)體抗氧化功能機(jī)體抗氧化功能自由基超過了自由基超過了機(jī)體的清除能機(jī)體的清除能力力自由基過多自由基過多自由基自由基適量適量過多過多機(jī)體損害作用機(jī)體損害作用發(fā)揮重要生理功能發(fā)揮重要生理

16、功能抗氧化物機(jī)制:生物體消除自由基或其他生物體消除自由基或其他ROIs的防衛(wèi)系統(tǒng)：的防衛(wèi)系統(tǒng)：內(nèi)生性機(jī)制內(nèi)生性機(jī)制:超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(superoxidedismutase) 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱SOD過氧化氫酶過氧化氫酶(catalase)谷胱甘肽過氧化酶谷胱甘肽過氧化酶(glutathione peroxidase)還原性谷胱甘肽還原性谷胱甘肽（GSH）、尿酸等）、尿酸等超氧化物歧化酶催化的反應(yīng)2O2-+2H+H2O2+O2 O2-是生物體多種生理反應(yīng)中自然生成的中間產(chǎn)物，具有極強(qiáng)的氧化能力，是生物氧毒害的重要因素之一。 主要存在于真核細(xì)胞的胞漿中，線粒體中主要存在于真核細(xì)胞的胞漿中，線粒

17、體中也含有也含有GSH-Px可催化可催化H2O2和有機(jī)氫過氧和有機(jī)氫過氧化物還原，此過程需以化物還原，此過程需以GSH為輔基。為輔基。 此酶含有四個(gè)具有催化活性的硒原子。此酶含有四個(gè)具有催化活性的硒原子。O2H2GSSG2GSHOH2PGSH22XOHROHGSSG2GSHROO2PGSHX谷胱甘肽過氧化物酶催化的反應(yīng)谷胱甘肽過氧化物酶催化的反應(yīng)外生性機(jī)制外生性機(jī)制:抗氧化物抗氧化物如如Vitamin A、E、C、胡蘿卜素、胡蘿卜素食品添加劑食品添加劑中的丁基羥基甲苯（中的丁基羥基甲苯（BHT）、沒食子）、沒食子丙酸或乙氧基喹啉（丙酸或乙氧基喹啉（ethoxyquin）等抗氧化劑）等抗氧化劑藥

18、品藥品中的許多帶有中的許多帶有N、S的雜環(huán)化合物如吩噻嗪的雜環(huán)化合物如吩噻嗪基團(tuán)、去甲烏藥堿等基團(tuán)、去甲烏藥堿等中藥中藥中的五味子、蘆丁、甘草等中的五味子、蘆丁、甘草等 (1) 對(duì)多不飽和脂肪酸（對(duì)多不飽和脂肪酸（PUFA）的攻擊）的攻擊(2)對(duì)蛋白質(zhì)分子的攻擊對(duì)蛋白質(zhì)分子的攻擊 (3)對(duì)核酸和其他大分子的影響對(duì)核酸和其他大分子的影響3.自由基對(duì)生物大分子的損害作用自由基對(duì)生物大分子的損害作用（1）脂質(zhì)過氧化損害：）脂質(zhì)過氧化損害： 由自由基引起的多不飽和脂肪酸的氧由自由基引起的多不飽和脂肪酸的氧化作用對(duì)生物膜具有強(qiáng)烈的破壞作用?；饔脤?duì)生物膜具有強(qiáng)烈的破壞作用。 自由基的形成與脂質(zhì)過氧化的關(guān)

19、系自由基的形成與脂質(zhì)過氧化的關(guān)系 啟動(dòng)階段啟動(dòng)階段：由一些脂鏈側(cè)鏈：由一些脂鏈側(cè)鏈亞甲基碳亞甲基碳上奪去一個(gè)氫的化合物所啟動(dòng)。上奪去一個(gè)氫的化合物所啟動(dòng)。OH是最是最重要的脂質(zhì)過氧化的誘導(dǎo)物。重要的脂質(zhì)過氧化的誘導(dǎo)物。 RH +OH R+H2O發(fā)展階段發(fā)展階段：已形成的自由基將作為啟動(dòng)子而產(chǎn)生新的自由已形成的自由基將作為啟動(dòng)子而產(chǎn)生新的自由基，使反應(yīng)發(fā)展下去。在發(fā)展階段中，形成的自由基總數(shù)?；?，使反應(yīng)發(fā)展下去。在發(fā)展階段中，形成的自由基總數(shù)保持不變，一種自由基團(tuán)可經(jīng)多種反應(yīng)轉(zhuǎn)變成另一種形式的自持不變，一種自由基團(tuán)可經(jīng)多種反應(yīng)轉(zhuǎn)變成另一種形式的自由基團(tuán)。去氫后的碳原子形成由基團(tuán)。去氫后的碳原子形

20、成中心自由基中心自由基(L)。與脂質(zhì)過氧。與脂質(zhì)過氧化反應(yīng)關(guān)系最重要的是脂質(zhì)化反應(yīng)關(guān)系最重要的是脂質(zhì)過氧化自由基（過氧化自由基（ LOO ）和和脂脂質(zhì)過氧化物質(zhì)過氧化物的形成的形成（ LOOH ）。 R+ O2 ROO終止階段終止階段：只有兩個(gè)自由基相互作用，才能使自由基反應(yīng)只有兩個(gè)自由基相互作用，才能使自由基反應(yīng)鏈終止，消除自由基。鏈終止，消除自由基。脂質(zhì)過氧化的后果：脂質(zhì)過氧化的后果： 細(xì)胞器和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變和功能障礙細(xì)胞器和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變和功能障礙。脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物具有細(xì)胞毒性，其中特別有害脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物具有細(xì)胞毒性，其中特別有害的是一些不飽和醛類的是一些不飽和醛類。對(duì)

21、對(duì)DNA影響：影響： 一是脂質(zhì)過氧化自由基和烷基自由基可引起一是脂質(zhì)過氧化自由基和烷基自由基可引起DNA堿基，堿基，特別是鳥嘌呤堿基的氧化；特別是鳥嘌呤堿基的氧化； 一是脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物，丙二醛可以共價(jià)結(jié)合一是脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物，丙二醛可以共價(jià)結(jié)合方式導(dǎo)致方式導(dǎo)致DNA鏈斷裂和交聯(lián)。鏈斷裂和交聯(lián)。 對(duì)低密度脂蛋白對(duì)低密度脂蛋白(LDL)的作用。的作用。 自由基對(duì)生物膜的損傷自由基對(duì)生物膜的損傷脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及其脂質(zhì)自由基的生成（LOOH、LOO 、LO）（2）蛋白質(zhì)的氧化損傷）蛋白質(zhì)的氧化損傷對(duì)脂肪族氨基酸氧化損傷最常見的途徑為：對(duì)脂肪族氨基酸氧化損傷最常見的途徑為：在在-位置上將一

22、個(gè)氫原子除去，形成位置上將一個(gè)氫原子除去，形成C-中心中心自由基，再加氧其上，生成自由基，再加氧其上，生成過氧基衍生物過氧基衍生物。后者分解成后者分解成NH3及及-酮酸，或生成酮酸，或生成NH3、CO2與醛類或羧酸，破壞脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)。與醛類或羧酸，破壞脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)。芳香氨基酸很少出現(xiàn)芳香氨基酸很少出現(xiàn)-除氫，而多出現(xiàn)羥除氫，而多出現(xiàn)羥基衍生物。后者可將苯環(huán)打開或在酪氨酸處基衍生物。后者可將苯環(huán)打開或在酪氨酸處交聯(lián)成二聚體。交聯(lián)成二聚體。由過渡金屬介導(dǎo)出現(xiàn)氧化損傷，主要通由過渡金屬介導(dǎo)出現(xiàn)氧化損傷，主要通過過Fenton反應(yīng)。其損傷特點(diǎn)為部位特異性。反應(yīng)。其損傷特點(diǎn)為部位特異性。因?yàn)?/p>

23、，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)只有某個(gè)或幾個(gè)金因?yàn)?，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)只有某個(gè)或幾個(gè)金屬結(jié)合部位的氨基酸受到影響。屬結(jié)合部位的氨基酸受到影響。脂質(zhì)過氧化的自由基中間產(chǎn)物作用，如脂質(zhì)過氧化的自由基中間產(chǎn)物作用，如烷氧自由基烷氧自由基(LO)和過氧自由基和過氧自由基(LOO)，可與過氧化脂質(zhì)緊密聯(lián)系的蛋白質(zhì)反應(yīng)?？膳c過氧化脂質(zhì)緊密聯(lián)系的蛋白質(zhì)反應(yīng)。后果后果氧化的后果是凝集與交聯(lián)，或是蛋白質(zhì)的氧化的后果是凝集與交聯(lián)，或是蛋白質(zhì)的降解與斷裂，這主要取決于蛋白質(zhì)成分的降解與斷裂，這主要取決于蛋白質(zhì)成分的特征及自由基的種類。特征及自由基的種類。 （3）核酸的氧化損傷：）核酸的氧化損傷：堿基損傷堿基損傷 活性氧攻擊活性氧攻擊

24、DNA的靶位點(diǎn)是腺嘌呤與鳥嘌的靶位點(diǎn)是腺嘌呤與鳥嘌呤的呤的C8，嘧啶的，嘧啶的C5與與C6雙鍵。其可能的機(jī)制雙鍵。其可能的機(jī)制為：為：氧自由基直接作用于雙鍵部位，使之獲得一氧自由基直接作用于雙鍵部位，使之獲得一個(gè)加合基而改變其結(jié)構(gòu)。個(gè)加合基而改變其結(jié)構(gòu)。OH使脫氧核苷脫嘌呤，即自由基可使使脫氧核苷脫嘌呤，即自由基可使DNA鏈上出現(xiàn)無嘌呤或無嘧啶部位。鏈上出現(xiàn)無嘌呤或無嘧啶部位。OH可以自動(dòng)從胸嘧啶的甲基中除去可以自動(dòng)從胸嘧啶的甲基中除去H原子。原子。DNA鏈斷裂：鏈斷裂： uOH對(duì)對(duì)DNA的攻擊，主要針對(duì)的攻擊，主要針對(duì)DNA分子中的分子中的核糖部分，可能的位置在核糖部分，可能的位置在DNA分

25、子中核糖的分子中核糖的3和和4碳位上，造成碳位上，造成DNA鏈的斷裂。鏈的斷裂。u自由基對(duì)胸腺嘧啶堿基作用，造成的損害經(jīng)自由基對(duì)胸腺嘧啶堿基作用，造成的損害經(jīng)修復(fù)酶切除，可產(chǎn)生類似的單鏈斷裂。修復(fù)酶切除，可產(chǎn)生類似的單鏈斷裂。u氧化應(yīng)激可啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的一系列代謝過程，氧化應(yīng)激可啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的一系列代謝過程，激活核酸酶，導(dǎo)致激活核酸酶，導(dǎo)致DNA鏈的斷裂。鏈的斷裂。DNA鏈斷裂在基因突變的形成過程中有重要意義。鏈斷裂在基因突變的形成過程中有重要意義。DNA鏈斷裂后，有下列途徑產(chǎn)生突變：鏈斷裂后，有下列途徑產(chǎn)生突變：uDNA鏈斷裂造成鏈斷裂造成部分堿基的缺失部分堿基的缺失；uDNA鏈斷裂后，正常的細(xì)胞

26、將啟動(dòng)修復(fù)過程，多種鏈斷裂后，正常的細(xì)胞將啟動(dòng)修復(fù)過程，多種酶可以辨別酶可以辨別DNA內(nèi)異常，并通過切割、再合成、重合內(nèi)異常，并通過切割、再合成、重合等途徑使之修復(fù)。如酶也受自由基破壞或功能難以達(dá)等途徑使之修復(fù)。如酶也受自由基破壞或功能難以達(dá)到修復(fù)的要求，可能造成被修復(fù)的到修復(fù)的要求，可能造成被修復(fù)的DNA堿基的錯(cuò)誤摻堿基的錯(cuò)誤摻入和錯(cuò)誤編碼入和錯(cuò)誤編碼；u可能引起可能引起癌基因的活化，或抑癌基因的失活。癌基因的活化，或抑癌基因的失活。4.污染物對(duì)機(jī)體自由基防衛(wèi)系統(tǒng)的影響一些污染物可損害有些自由基防衛(wèi)系統(tǒng)，從而使自一些污染物可損害有些自由基防衛(wèi)系統(tǒng)，從而使自由基積累，氧化損傷作用加強(qiáng)。由基積累

27、，氧化損傷作用加強(qiáng)。（1）重金屬）重金屬Pb2+、Cd2+、Ni2+以下兩類：以下兩類：通過與通過與GSH反應(yīng)，將反應(yīng)，將GSH氧化為氧化為GSHG，并形成，并形成還原性金屬，如還原性金屬，如Cr6+。金屬與GSH形成穩(wěn)定的復(fù)合體，干擾GSH與GSHG之間的正常轉(zhuǎn)化，從而影響細(xì)胞維持較高水平的GSH。例如，Pb2+、Cd2+、Hg2+、Ni2+、Ag+、Cu2+、Co2+等金屬離子與GSH相互作用后，在GSH的巰基、氨基酸殘基、羥基、-氨基酸中心或甘氨酸羥基等處形成金屬-谷胱甘肽復(fù)合物。（2）有機(jī)毒物）有機(jī)毒物 乙醇在肝臟中的代謝可伴隨有乙醇在肝臟中的代謝可伴隨有OH的產(chǎn)生，的產(chǎn)生，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)

28、化為乙醛。并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醛。 OH攻擊乙醇可促使攻擊乙醇可促使之生成乙醇自由基，后者可與肝臟內(nèi)的之生成乙醇自由基，后者可與肝臟內(nèi)的GSH反應(yīng)，使之氧化成反應(yīng)，使之氧化成GSHG，進(jìn)而引起細(xì)胞氧，進(jìn)而引起細(xì)胞氧化性損傷。化性損傷。（3）有害氣體和粉塵自由基有害氣體如O3、NO2、SO2、光氣、香煙煙霧、汽車尾氣、煤煙等所產(chǎn)生的肺毒作用也是由于形成高活性的自由基造成的氧氣型肺損傷。四、DNA損傷與修復(fù)機(jī)制1.DNA損傷與修復(fù)機(jī)制 哺乳動(dòng)物細(xì)胞的巨大基因組很容易受到內(nèi)源性和環(huán)境中DNA損傷因子的攻擊。這就需要通過DNA修復(fù)途徑切除和替換損傷的核苷酸，以對(duì)抗?jié)撛诘耐蛔冃纬珊图?xì)胞毒性。電離輻射電離輻射

29、氧自氧自由基由基烷化劑烷化劑復(fù)制錯(cuò)誤復(fù)制錯(cuò)誤堿基類似物堿基類似物紫外線紫外線電離輻射電離輻射氧自氧自由基由基烷化劑烷化劑復(fù)制錯(cuò)誤復(fù)制錯(cuò)誤堿基類似物堿基類似物紫外線紫外線（1）DNA損傷損傷堿基損傷堿基損傷a堿基錯(cuò)配堿基錯(cuò)配烷化作用烷化作用 烷化劑提供甲基或乙基等烷基與烷化劑提供甲基或乙基等烷基與DNA共共價(jià)結(jié)合的過程。價(jià)結(jié)合的過程。常見的烷化劑有常見的烷化劑有烷基硫酸酯、烷基硫酸酯、N-亞硝基化合物、氮亞硝基化合物、氮芥和硫芥等環(huán)狀烷化劑和鹵代亞硝基脲芥和硫芥等環(huán)狀烷化劑和鹵代亞硝基脲等。等。甲基化甲基化甲基化甲基化堿基烷基化堿基烷基化鳥嘌呤鳥嘌呤 G胞嘧啶胞嘧啶 CO6-乙基鳥嘌呤乙基鳥嘌呤

30、胸腺嘧啶胸腺嘧啶烷化劑對(duì)烷化劑對(duì)DNA的損傷的損傷烷化劑對(duì)烷化劑對(duì)DNA的損傷的損傷烷化鳥嘌呤的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形成烷化鳥嘌呤的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形成DNA上的無堿基位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可以插入任何核上的無堿基位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可以插入任何核苷酸，造成序列的改變。苷酸，造成序列的改變。b平面大分子嵌入DNA鏈有些化合物，如9-氨基吖啶的致突變作用插入DNA的堿基對(duì)中，在DNA復(fù)制時(shí)，由于吖啶分子式較為扁平的分子，能結(jié)合到DNA的分子上，摻入臨近的堿基對(duì)，使它們分開，造成DNA鏈的歪斜，引起排列參差，產(chǎn)生兩個(gè)重組子，一個(gè)堿基對(duì)增多，一個(gè)堿基對(duì)減少，即造成堿基對(duì)的缺失或額外堿基對(duì)的插入。嵌入劑嵌入劑

31、吖啶橙、原黃素、吖黃素等吖啶類染料吖啶橙、原黃素、吖黃素等吖啶類染料 嵌合到嵌合到DNA堿基對(duì)之間導(dǎo)致單個(gè)堿基對(duì)的插入或缺失，引堿基對(duì)之間導(dǎo)致單個(gè)堿基對(duì)的插入或缺失，引起移碼突變。起移碼突變。c堿基類似物、修飾劑對(duì)堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA的損傷的損傷 人工合成的堿基類似物人工合成的堿基類似物如如5-溴尿嘧啶、溴尿嘧啶、5-氟尿氟尿嘧啶、嘧啶、2-氨基腺嘌呤等，其結(jié)構(gòu)與正常堿基相似，氨基腺嘌呤等，其結(jié)構(gòu)與正常堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞后能替代正常堿基摻入到進(jìn)入細(xì)胞后能替代正常堿基摻入到DNA鏈中而干鏈中而干擾擾DNA復(fù)制合成，例如復(fù)制合成，例如5-溴尿嘧啶的結(jié)構(gòu)與胸腺溴尿嘧啶的結(jié)構(gòu)與胸腺嘧啶十分相近，

32、在酮式結(jié)構(gòu)時(shí)與嘧啶十分相近，在酮式結(jié)構(gòu)時(shí)與A配對(duì)，但更容配對(duì)，但更容易成為烯醇式結(jié)構(gòu)而與易成為烯醇式結(jié)構(gòu)而與G配對(duì)，在配對(duì)，在DNA復(fù)制時(shí)導(dǎo)復(fù)制時(shí)導(dǎo)致致A-T轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為G-C。ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶引起的突變引起的突變酮式酮式烯醇式烯醇式d堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞 有的化學(xué)物可對(duì)堿基產(chǎn)生氧化作用，有的化學(xué)物可對(duì)堿基產(chǎn)生氧化作用，從而改變或破壞堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，有時(shí)還從而改變或破壞堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，有時(shí)還可以引起鏈的斷裂。可以引起鏈的斷裂。主要改變核酸中核苷酸的化學(xué)組成，其作主要改變核酸中核苷酸的化學(xué)組成，其作用與用與DNA復(fù)

33、制無關(guān)。復(fù)制無關(guān)。堿基的脫氨基作用堿基的脫氨基作用 堿基的環(huán)外氨基有時(shí)堿基的環(huán)外氨基有時(shí)會(huì)自發(fā)脫落，從而胞嘧會(huì)自發(fā)脫落，從而胞嘧啶啶(C)變成尿嘧啶變成尿嘧啶(U)，腺，腺嘌呤嘌呤(A)變成次黃嘌呤變成次黃嘌呤(H)、鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）變成黃嘌呤）變成黃嘌呤(X)等。復(fù)制時(shí)等。復(fù)制時(shí),U與與A配配對(duì)、對(duì)、H和和X都與都與C配對(duì)就配對(duì)就會(huì)導(dǎo)致子代會(huì)導(dǎo)致子代DNA序列的序列的錯(cuò)誤變化。錯(cuò)誤變化。CUDNA鏈損傷鏈損傷a二聚體的形成細(xì)胞或機(jī)體受到紫外線刺激，會(huì)使DNA發(fā)生化學(xué)變化，主要是由于產(chǎn)生了環(huán)丁烷嘧啶二聚體和光產(chǎn)物。這些損傷可阻止DNA的復(fù)制，引起細(xì)胞死亡。當(dāng)當(dāng)DNA受到最易被其吸收波受到最

34、易被其吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)(260 nm)的紫外線照射的紫外線照射時(shí)，同一條時(shí)，同一條DNA鏈上相鄰的鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體，嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體，相鄰的兩個(gè)相鄰的兩個(gè)T、或兩個(gè)、或兩個(gè)C、或或C與與T間都可以間都可以環(huán)丁基環(huán)環(huán)丁基環(huán)(cyclobutane ring)連成二聚連成二聚體，其中最容易形成的是體，其中最容易形成的是T-T二聚體二聚體。同一條同一條DNA鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成嘧啶二聚體成嘧啶二聚體 二聚體引起的突變二聚體引起的突變 bDNA加合物的形成 DNA加合物的形成是活性化學(xué)物與細(xì)胞大分子之間通過共價(jià)鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物，通常很難用一般的化學(xué)或生物

35、學(xué)的方法使其分離。c DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物的形成烷化劑有兩類，一類是烷化劑有兩類，一類是單功能基烷化劑單功能基烷化劑，如，如甲基甲烷碘酸，只能使一個(gè)位點(diǎn)烷基化；另甲基甲烷碘酸，只能使一個(gè)位點(diǎn)烷基化；另一類是一類是雙功能基烷化劑雙功能基烷化劑，如化學(xué)武器氮芥、，如化學(xué)武器氮芥、硫芥等，一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸硫芥等，一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等，某些致癌物如二乙基亞氮芥、絲裂霉素等，某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此類，其兩個(gè)功能基可同時(shí)使兩硝胺等均屬此類，其兩個(gè)功能基可同時(shí)使兩個(gè)位點(diǎn)烷基化，結(jié)果就能造成個(gè)位點(diǎn)烷基化，結(jié)果就能造成DNA鏈內(nèi)、鏈內(nèi)、DNA鏈間或鏈間或DNA與

36、蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。交聯(lián)作用交聯(lián)作用（2）DNA的修復(fù)細(xì)胞有一系列的細(xì)胞有一系列的DNA修復(fù)機(jī)制，它們構(gòu)修復(fù)機(jī)制，它們構(gòu)成對(duì)成對(duì)DNA損傷危害的防衛(wèi)機(jī)制，如果修損傷危害的防衛(wèi)機(jī)制，如果修復(fù)機(jī)制的獲得性或遺傳性缺陷使細(xì)胞基復(fù)機(jī)制的獲得性或遺傳性缺陷使細(xì)胞基因突變和惡化轉(zhuǎn)化率升高。因突變和惡化轉(zhuǎn)化率升高。光修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)、光修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)、SOS修復(fù)修復(fù)等。等。光修復(fù)光修復(fù)通過光修復(fù)酶催化完成的，僅需通過光修復(fù)酶催化完成的，僅需300600nm波長(zhǎng)的輻射即可活化，普遍存波長(zhǎng)的輻射即可活化，普遍存在于各種生物當(dāng)中。在于各種生物當(dāng)中。光復(fù)活（光復(fù)活（photoreac

37、tivation） 可見光（可見光（300600nm）/光修復(fù)酶光修復(fù)酶 機(jī)理：可見光激活光復(fù)活酶，分解因紫機(jī)理：可見光激活光復(fù)活酶，分解因紫外線導(dǎo)致外線導(dǎo)致DNA分子上形成的嘧啶二聚體。分子上形成的嘧啶二聚體。 photolyase （300-600nm）T-TTT切除修復(fù) 細(xì)胞內(nèi)的最重要的修復(fù)機(jī)制，主要由DNA聚合酶和連接酶進(jìn)行修復(fù)。553353535353UvrABCPol I (或或和和）DNA連接酶連接酶5533核苷酸切除修復(fù)（核苷酸切除修復(fù)（NER）堿基切除修復(fù)（堿基切除修復(fù)（BER） -糖基化酶修復(fù)糖基化酶修復(fù)（1）糖基化酶切斷糖苷鍵，）糖基化酶切斷糖苷鍵，釋放出損傷堿基，產(chǎn)生釋

38、放出損傷堿基，產(chǎn)生AP位位點(diǎn)點(diǎn)（2）AP內(nèi)切酶在內(nèi)切酶在AP位點(diǎn)切位點(diǎn)切開磷酸二酯鍵開磷酸二酯鍵（3）外切酶進(jìn)一步切割）外切酶進(jìn)一步切割（4）DNA聚合酶、聚合酶、DNA連連接酶填充缺口接酶填充缺口5353B*53AP siteAP site53DNA glycosylaseDNA glycosylase53APAP內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶5353535533進(jìn)一步酶切進(jìn)一步酶切Pol Pol RecAAB 受損傷的受損傷的DNA鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子代鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子代DNA在損傷的對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。在損傷的對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。 重組修復(fù)重組修復(fù)Recombination repairingAB 完

39、整的另一條母鏈完整的另一條母鏈DNA與有缺口的子鏈與有缺口的子鏈DNA進(jìn)行重組交換，將母鏈進(jìn)行重組交換，將母鏈DNA上相應(yīng)的片上相應(yīng)的片段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈DNA出現(xiàn)缺口。出現(xiàn)缺口。DNA pol、ligase 以另一條子鏈以另一條子鏈DNA為模板，經(jīng)為模板，經(jīng)DNA聚合酶聚合酶催化合成一新催化合成一新DNA片段填補(bǔ)母鏈片段填補(bǔ)母鏈DNA的缺口，的缺口，最后由最后由DNA連接酶連接，完成修補(bǔ)。連接酶連接，完成修補(bǔ)。使損傷限制在原來使損傷限制在原來的鏈上，不至影響的鏈上，不至影響新合成的新合成的DNA重組修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù)（修復(fù)（SOS response） 一種能

40、夠引起誤差的緊急修復(fù)，是在無模板一種能夠引起誤差的緊急修復(fù)，是在無模板 DNA情況下誘導(dǎo)產(chǎn)生的修復(fù)作用。情況下誘導(dǎo)產(chǎn)生的修復(fù)作用。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種種DNA修復(fù)方式修復(fù)方式2、修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生、修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)（error-prone repair），使細(xì)胞有較高的突變率。），使細(xì)胞有較高的突變率。 母鏈SOS修復(fù)復(fù)制過程中的SOS修復(fù)基因是遺傳信息的儲(chǔ)藏、

41、傳遞基因是遺傳信息的儲(chǔ)藏、傳遞與實(shí)現(xiàn)單位。與實(shí)現(xiàn)單位。所有生物基因組中的所有生物基因組中的DNA并不并不穩(wěn)定，很容易發(fā)生各種各樣的、穩(wěn)定，很容易發(fā)生各種各樣的、可以遺傳的改變，即基因突變可以遺傳的改變，即基因突變（Gene mutation）。）。2.基因突變機(jī)制基因突變機(jī)制由于核苷酸的增加或缺失，或在DNA復(fù)制或修復(fù)過程中一種核苷酸和另一種核苷酸的替換，都可導(dǎo)致DNA序列的改變，任何一種引起單個(gè)基因功能改變的上述分子變化成為基因突變。發(fā)生在生殖細(xì)胞的突變可以遺傳給下一代，發(fā)生于體細(xì)胞的突變可以遺傳給該細(xì)胞有絲分裂而產(chǎn)生的子代細(xì)胞。攜帶突變的生物個(gè)體或群體（或株系）成為突變體（mutant）。

42、正是由于突變體中DNA堿基序列的變化，因而產(chǎn)生了突變體的表型。突變點(diǎn)可能在基因內(nèi)，該基因就稱為突變基因（mutant gene）。沒有發(fā)生突變的基因稱為野生型基因?；蛲蛔兊暮蠊蛲蛔兊暮蠊δ軉适Чδ軉适?功能喪失可能是部分的或全部的。功能喪失可能是部分的或全部的。功能獲得功能獲得 很多機(jī)制可以產(chǎn)生功能獲得的顯性表現(xiàn)型。很多機(jī)制可以產(chǎn)生功能獲得的顯性表現(xiàn)型。癌癥發(fā)生癌癥發(fā)生 并非所有的突變都會(huì)導(dǎo)致疾病，一個(gè)正常細(xì)并非所有的突變都會(huì)導(dǎo)致疾病，一個(gè)正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤需要以多種特異性的突變胞轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤需要以多種特異性的突變同時(shí)發(fā)生為條件。同時(shí)發(fā)生為條件。（1）單點(diǎn)突變（點(diǎn)突變）和多點(diǎn)突變

43、）單點(diǎn)突變（點(diǎn)突變）和多點(diǎn)突變單點(diǎn)突變單點(diǎn)突變 只有一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生突變只有一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生突變多點(diǎn)突變多點(diǎn)突變 兩個(gè)或兩個(gè)以上堿基對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上堿基對(duì)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換：嘌呤和嘌呤之間的替換，或嘧啶和嘧啶：嘌呤和嘌呤之間的替換，或嘧啶和嘧啶之間的替換。之間的替換。顛換顛換：嘌呤和嘧啶之間的替換：嘌呤和嘧啶之間的替換 原因：原因：1、DNA復(fù)制過程中的自發(fā)突變。此類引起突變的頻復(fù)制過程中的自發(fā)突變。此類引起突變的頻率很低。率很低。2、誘導(dǎo)突變。由于物理、化學(xué)原因，導(dǎo)致、誘導(dǎo)突變。由于物理、化學(xué)原因，導(dǎo)致DNA發(fā)生發(fā)生了改變。例如射線（紫外線，倫琴射線等）。了改變。例如射線（紫外線，倫琴射線等）。 Ex：鐮

44、刀型紅細(xì)胞貧血鐮刀型紅細(xì)胞貧血（ sickle-cell disease）是典）是典型的由于點(diǎn)突變引起的疾病型的由于點(diǎn)突變引起的疾病 鐮刀型紅細(xì)胞貧血血紅蛋白病血紅蛋白病鐮刀形細(xì)胞貧血癥鐮刀形細(xì)胞貧血癥（2）移碼突變）移碼突變是指是指DNA分子中分子中插入或缺失一個(gè)或兩個(gè)堿基插入或缺失一個(gè)或兩個(gè)堿基后引起后引起其后整個(gè)閱讀框架的改變。其后整個(gè)閱讀框架的改變。移碼突變不但改變了產(chǎn)物等的氨基酸組成，而且可移碼突變不但改變了產(chǎn)物等的氨基酸組成，而且可能使氨基酸的合成過早的終止。能使氨基酸的合成過早的終止。如果移碼突變發(fā)生在如果移碼突變發(fā)生在必需氨基酸必需氨基酸上，則發(fā)生此類突上，則發(fā)生此類突變的細(xì)胞

45、或早期發(fā)育階段的生物個(gè)體常常是致死性變的細(xì)胞或早期發(fā)育階段的生物個(gè)體常常是致死性的。如果插入或缺失三個(gè)堿基，則閱讀框不變，其的。如果插入或缺失三個(gè)堿基，則閱讀框不變，其產(chǎn)物常常有活性或部分活性。產(chǎn)物常常有活性或部分活性。TACGA ATCGGGTATTATGCT TAGCCCATAATACGA ATCGGGTATTATGCT TAGCCCATAACG染料分染料分子嵌入子嵌入復(fù)制復(fù)制插入一個(gè)堿基對(duì)插入一個(gè)堿基對(duì)移碼突變移碼突變（3）大段損傷）大段損傷也稱也稱DNA重排（重排（DNA rearrangement），指），指DNA序列上有較長(zhǎng)的一段序列重排，包括大序列上有較長(zhǎng)的一段序列重排，包括大段

46、（一至數(shù)千個(gè)堿基）的插入、缺失、取代、段（一至數(shù)千個(gè)堿基）的插入、缺失、取代、放大、復(fù)制和倒位。放大、復(fù)制和倒位。同義突變(same sense mutation)：密碼子發(fā)生改變, 但所編碼的氨基酸不變。例如：CUU CUC 亮氨酸 CUG（4）同義、錯(cuò)義與無義突變）同義、錯(cuò)義與無義突變錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變（missense mutation）指DNA改變后mRNA中相應(yīng)密碼子發(fā)生改變，編碼另一種氨基酸，使蛋白質(zhì)中的氨基酸發(fā)生改變。錯(cuò)義突變結(jié)果產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)和酶。但也有不少基因由于錯(cuò)義突變產(chǎn)生部分降低活性和異質(zhì)組分的酶，不完全抑制了催化反應(yīng)，這種基因稱為漏出基因漏出基因（leaky gene）。

47、）。有些錯(cuò)義突變不影響蛋白質(zhì)或酶的生物活性，不表現(xiàn)出明顯的表型效應(yīng)。由于一對(duì)或幾對(duì)堿基對(duì)的改變而使決定某一氨基酸的密碼子變成一個(gè)終止密碼子的基因突變叫無無義突變義突變 (nonsense mutation) 。酪氨酸的密碼子是UAC，置換突變使UAC變?yōu)槊艽a子UAG后翻譯便到此停止。亮氨酸的密碼子UUA，中間的U變?yōu)锳這樣一個(gè)堿基變化就會(huì)成為（終止密碼子）UAA。（5）正向突變和回復(fù)突變正向突變正向突變 野生型野生型突變體突變體回復(fù)突變回復(fù)突變:使突變體所失去的野生型性狀得到恢復(fù)使突變體所失去的野生型性狀得到恢復(fù)的第二次突變的第二次突變 野生型野生型突變體突變體野生型野生型就一個(gè)基因而言，回復(fù)

48、突變率通常要比正向突變率就一個(gè)基因而言，回復(fù)突變率通常要比正向突變率低，有的突變基因完全不發(fā)生回復(fù)突變，這樣的基低，有的突變基因完全不發(fā)生回復(fù)突變，這樣的基因認(rèn)為是由于原來的基因發(fā)生缺失造成的。因認(rèn)為是由于原來的基因發(fā)生缺失造成的。 （6）不以）不以DNA為靶的間接突變?yōu)榘械拈g接突變化學(xué)物的間接致突變可能是通過對(duì)紡錘體作用或干擾與DNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)。紡錘體抑制一些化學(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。秋水仙堿 抗有絲分裂劑對(duì)酶促過程的作用對(duì)DNA合成和復(fù)制有關(guān)的酶系統(tǒng)作用也可直接影響遺傳物質(zhì)。五、致癌的分子

49、機(jī)制多數(shù)致癌物具有遺傳毒性，皆為親電子劑，即分子結(jié)構(gòu)中有正碳原子等親電子基團(tuán)的一類化合物。而細(xì)胞中的大分子化合物都具有親核基團(tuán)，即富含電子的部位，易與細(xì)胞大分子的親核中心共價(jià)結(jié)合。DNA、RNA和蛋白質(zhì)等大分子化合物的親核基團(tuán)就是致癌物的結(jié)合部位。外源化學(xué)物、物理因素（輻射、創(chuàng)傷等）、生物因素（病毒等）。1.DNA加合物的形成與致癌加合物的形成與致癌 有致癌活性的終致癌物，含有親電子結(jié)構(gòu)基團(tuán)的化合物，它能與細(xì)胞靶分子發(fā)生共價(jià)結(jié)合，形成加合物使這些生物大分子烷基化，導(dǎo)致DNA的突變。與與DNA形成加合物是啟動(dòng)致癌作用的化合物的形成加合物是啟動(dòng)致癌作用的化合物的一個(gè)重要特征一個(gè)重要特征DNA加合物

50、形成的后果取決于加合物在加合物形成的后果取決于加合物在DNA鏈鏈上的位置和加合物的性質(zhì)上的位置和加合物的性質(zhì)G（鳥嘌呤）（鳥嘌呤）-C（胞嘧啶）（胞嘧啶）N1（G）氫鍵氫鍵N3（C）加合物位于加合物位于G的的O6位置位置N2（G）氫鍵氫鍵N1（T）G（鳥嘌呤）（鳥嘌呤）-T（胸腺嘧啶）（錯(cuò)配）（胸腺嘧啶）（錯(cuò)配）2.DNA修復(fù)與化學(xué)致癌正確修復(fù)，使機(jī)體內(nèi)受損的DNA完全回復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和功能。錯(cuò)誤修復(fù)，經(jīng)修復(fù)的DNA部分仍可能在結(jié)構(gòu)和功能上有缺陷。DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)正常細(xì)胞有正常細(xì)胞有DNA修復(fù)系統(tǒng)，使受損傷的修復(fù)系統(tǒng)，使受損傷的DNA分子迅分子迅速恢復(fù)正常，使細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性和正常功能

51、得以速恢復(fù)正常，使細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性和正常功能得以保持而不致發(fā)生惡變保持而不致發(fā)生惡變化學(xué)致癌物作用于機(jī)體能否引發(fā)癌癥既取決于它們化學(xué)致癌物作用于機(jī)體能否引發(fā)癌癥既取決于它們對(duì)體內(nèi)生物大分子尤其是對(duì)體內(nèi)生物大分子尤其是DNA的損傷，也取決于機(jī)的損傷，也取決于機(jī)體對(duì)損傷體對(duì)損傷DNA的修復(fù)能力的修復(fù)能力DNA損傷修復(fù)缺陷在化學(xué)致癌機(jī)制中也起重要作用損傷修復(fù)缺陷在化學(xué)致癌機(jī)制中也起重要作用 在自然或?qū)嶒?yàn)條件下具有誘發(fā)惡性轉(zhuǎn)化在自然或?qū)嶒?yàn)條件下具有誘發(fā)惡性轉(zhuǎn)化的潛在基因，是化學(xué)致癌物作用的主要靶分的潛在基因，是化學(xué)致癌物作用的主要靶分子，在細(xì)胞癌變過程中起著關(guān)鍵作用。子，在細(xì)胞癌變過程中起著關(guān)鍵作用。

52、是一是一類被激活的基因，所指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)能夠類被激活的基因，所指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)能夠促成細(xì)胞惡性表型的形成。促成細(xì)胞惡性表型的形成。 癌基因癌基因 (oncogene)3.癌基因、原癌基因與抑癌基因癌基因、原癌基因與抑癌基因 機(jī)體內(nèi)正常細(xì)胞所具有的能致癌的遺機(jī)體內(nèi)正常細(xì)胞所具有的能致癌的遺傳信息。正常情況下它呈靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)細(xì)傳信息。正常情況下它呈靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)細(xì)胞無害且具有重要生物學(xué)功能（調(diào)控細(xì)胞胞無害且具有重要生物學(xué)功能（調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)分化，促進(jìn)細(xì)胞分裂、增殖等）生長(zhǎng)分化，促進(jìn)細(xì)胞分裂、增殖等） 原癌基因在進(jìn)化過程中高度保守原癌基因在進(jìn)化過程中高度保守 。原癌基因原癌基因 (proto-onco

53、gene) 當(dāng)發(fā)生突變、缺失、病毒整合、染色體易位、基因擴(kuò)增或促長(zhǎng)劑插入時(shí)，原癌基因發(fā)生改變，失去正常的調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和分化功能，使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的原癌基因即是癌基因 化學(xué)、物理或生物等致癌因素作用于細(xì)胞后，引起原癌基因突變使之激活，轉(zhuǎn)變成癌基因后才會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變 正常細(xì)胞分裂生長(zhǎng)的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，其編碼的蛋白質(zhì)能夠降低或抑制細(xì)胞分裂活性，或稱為腫瘤抑制基因(tumor suppressor gene)、腫瘤易感基因(tumor susceptibility gene) 抑癌基因?qū)?xì)胞的生長(zhǎng)、增殖和分化起負(fù)調(diào)節(jié)作用，即抑癌作用。抑癌基因 (anti-oncogene) 抑癌基因正常

54、時(shí)可抑制腫瘤細(xì)胞的腫瘤性狀的表達(dá)。當(dāng)其自身不能表達(dá)或其產(chǎn)物去活化才允許腫瘤性狀的表達(dá) 正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞最少涉及兩類基因的遺傳學(xué)改變，即癌基因和抑癌基因的改變 基因?qū)W說：癌變是由于基因的改變基因?qū)W說：癌變是由于基因的改變 基因外學(xué)說：基因表達(dá)調(diào)控失?；蛲鈱W(xué)說：基因表達(dá)調(diào)控失常 理論統(tǒng)一理論統(tǒng)一4.基因表達(dá)調(diào)控異常與腫瘤發(fā)生基因表達(dá)調(diào)控異常與腫瘤發(fā)生5.非遺傳性致癌機(jī)制非遺傳性致癌機(jī)制部分致癌物用目前常用致突變?cè)囼?yàn)不能檢部分致癌物用目前常用致突變?cè)囼?yàn)不能檢出其致突變性。出其致突變性。常見的非遺傳毒性致癌物：石棉、激素、常見的非遺傳毒性致癌物：石棉、激素、免疫抑制劑、多氯聯(lián)苯及免疫抑制劑、多

55、氯聯(lián)苯及TCDD。 細(xì)胞間隙連接通訊細(xì)胞間隙連接通訊 （gap junction intracellular communication，GJIC） 信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng) 紡錘絲系統(tǒng)紡錘絲系統(tǒng) DNA修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)系統(tǒng) 基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)非遺傳毒性致癌機(jī)制非遺傳毒性致癌機(jī)制l在正常體重不至于過輕的情況下，越瘦越好在正常體重不至于過輕的情況下，越瘦越好l每天最少鍛煉每天最少鍛煉30分鐘分鐘l多喝水，少喝含糖飲料多喝水，少喝含糖飲料l多吃各種蔬菜、水果、全麥和豆類多吃各種蔬菜、水果、全麥和豆類l少吃紅肉，避免食用加工肉制品少吃紅肉，避免食用加工肉制品l喝酒精飲品男士別超過兩杯，女士

56、只限一杯喝酒精飲品男士別超過兩杯，女士只限一杯l限制鹽腌食品或用鹽加工的食品限制鹽腌食品或用鹽加工的食品l不用營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑預(yù)防癌癥不用營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑預(yù)防癌癥l母乳喂養(yǎng)至少堅(jiān)持母乳喂養(yǎng)至少堅(jiān)持6個(gè)月個(gè)月l癌癥幸存者也應(yīng)癌癥幸存者也應(yīng)“守紀(jì)律守紀(jì)律” 125第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性的關(guān)系化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性的關(guān)系一、官能團(tuán)與毒性的關(guān)系一、官能團(tuán)與毒性的關(guān)系1.烴類化合物及其烴基烴類化合物及其烴基烴類化合物大部分溶于脂肪而難溶于水。一烴類化合物大部分溶于脂肪而難溶于水。一種化合物中凡含有烴基結(jié)構(gòu)者均可增高其脂種化合物中凡含有烴基結(jié)構(gòu)者均可增高其脂溶性，因而滲透力增高，毒性也相應(yīng)的增強(qiáng)。溶性，因而

57、滲透力增高，毒性也相應(yīng)的增強(qiáng)。分子中不飽和鍵增多可使化學(xué)物活性增大，毒性增強(qiáng)。分子中不飽和鍵增多可使化學(xué)物活性增大，毒性增強(qiáng)。乙炔毒性大于乙烯，乙烯毒性大于乙烷乙炔毒性大于乙烯，乙烯毒性大于乙烷芳香烴毒性大于脂肪烴芳香烴毒性大于脂肪烴丙烯醛對(duì)眼結(jié)膜的刺激作用大于丙醛丙烯醛對(duì)眼結(jié)膜的刺激作用大于丙醛丁烯醛毒性大于丁醛。丁烯醛毒性大于丁醛。2.鹵素鹵素鹵素元素具有強(qiáng)烈的吸電子效應(yīng)，結(jié)構(gòu)中增鹵素元素具有強(qiáng)烈的吸電子效應(yīng)，結(jié)構(gòu)中增加鹵素就會(huì)使分子的極化程度增加，更易與加鹵素就會(huì)使分子的極化程度增加，更易與酶系統(tǒng)結(jié)合，使毒性升高。如鹵化烴的麻醉酶系統(tǒng)結(jié)合，使毒性升高。如鹵化烴的麻醉作用，按其作用強(qiáng)弱，依

58、次為作用，按其作用強(qiáng)弱，依次為3.羥基羥基脂肪族化合物引入羥基后，麻醉作用增強(qiáng)，毒性增高。脂肪族化合物引入羥基后，麻醉作用增強(qiáng)，毒性增高。芳香族化合物引入羥基后，毒性增高。芳香族化合物引入羥基后，毒性增高。多羥基的芳香族化合物毒性更高。多羥基的芳香族化合物毒性更高。如苯引入羥基后成為苯酚，后者具弱酸性，如苯引入羥基后成為苯酚，后者具弱酸性，易與蛋白質(zhì)中的堿性基團(tuán)結(jié)合，與酶蛋白有較強(qiáng)的親和力。易與蛋白質(zhì)中的堿性基團(tuán)結(jié)合，與酶蛋白有較強(qiáng)的親和力。毒性增大。毒性增大。4.巰基巰基硫的電負(fù)性為硫的電負(fù)性為2.5，低于氧（，低于氧（3.5），氫鍵具有較弱），氫鍵具有較弱的極性，故硫醇化合物的水溶性較相應(yīng)

59、的醇化合物的極性，故硫醇化合物的水溶性較相應(yīng)的醇化合物低，脂溶性增高，因而比醇化合物更易滲入組織；低，脂溶性增高，因而比醇化合物更易滲入組織；易與多種金屬離子生成硫醇鹽；易與多種金屬離子生成硫醇鹽；易與帶雙鍵的化合物之間進(jìn)行加成反應(yīng)，故化學(xué)易與帶雙鍵的化合物之間進(jìn)行加成反應(yīng)，故化學(xué)活性較高；活性較高；易氧化生成二硫化合物，可干擾蛋白質(zhì)中半胱氨易氧化生成二硫化合物，可干擾蛋白質(zhì)中半胱氨酸與胱氨酸之間的氧化還原作用。酸與胱氨酸之間的氧化還原作用。5.醚鍵醚鍵ROR，氧的未公用電子對(duì)有吸引氫離子，氧的未公用電子對(duì)有吸引氫離子的傾向，所以具有親水性。的傾向，所以具有親水性。醚中的烴基是拒水而親脂的，故

60、醚介于水油醚中的烴基是拒水而親脂的，故醚介于水油二相之間。醚具有定向排列的性質(zhì)，氧有親二相之間。醚具有定向排列的性質(zhì)，氧有親水性而烴基有親油脂性，易滲入到組織中去。水性而烴基有親油脂性，易滲入到組織中去。6.酸基和酯基酸基和酯基包括羧基（包括羧基（-COOH）和磺酸基（）和磺酸基（-SO3H），當(dāng)引入），當(dāng)引入化合物后，可使其理化性質(zhì)發(fā)生很大的變化。水溶化合物后，可使其理化性質(zhì)發(fā)生很大的變化。水溶性及離解度增加，而脂溶性降低，難以在體內(nèi)滲入性及離解度增加，而脂溶性降低，難以在體內(nèi)滲入到組織中去，從而使毒性降低。如苯甲酸的毒性較到組織中去，從而使毒性降低。如苯甲酸的毒性較苯低，人工合成的染料中引入磺酸基也可以降