8外源化學物致突變作用8-1省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎課件

第七章

外源化學物致突變作用

1/65普通毒性作用特殊毒性作用（致畸、致突變、致癌）——“三致”作用

2/65致突變作用---造就了“蜘蛛俠”？3/654/655/656/657/658/659/6510/652千克重太空茄經(jīng)歷過太空遨游辣椒種子，經(jīng)宇宙射線照射大多發(fā)生了遺傳性基因突變。太空椒培育利用了可遺傳變異：基因突變現(xiàn)實生活中……11/65目標要求掌握：遺傳毒理學相關概念；化學毒物致突變類型；觀察化學致突變物作用基本方法。熟悉：化學毒物致突變作用及其后果.了解：機體對致突變作用影響.

12/65第一節(jié)概述13/65案例1食品致突變性人類食物中存在一些致突變化合物。在這些化合物中，除了原來就存在食品中外，有相當一部分是在烹調加工過程中形成。氨基酸經(jīng)過熱解作用可產生致突變雜環(huán)胺類物質。單糖、游離氨基酸及肌酸或肌酸酐熱解也可形成致突變物。14/65烹調加工食品致突變物形成與烹調方法、烹調條件、食品成份和類型等各種原因相關。油煎食品致突變性最大。其次是烘制和烤制食品，煮、燉和生食食品致突變性最小。烹調用油能夠提供致突變物前體物質及N－雜環(huán)等。蛋白質含量最高肉類在烹調時可形成大量致突變物。這是因為蛋白質熱解時可形成許多含氮雜環(huán)物質，提供了致突變物前體。15/65案例2化裝品致突變性因為育發(fā)、染發(fā)、燙發(fā)、脫發(fā)、美乳、健美、除臭、祛斑和防曬化裝品屬于特殊用途化裝品。因為配方中含有特殊功效成份如育發(fā)劑中含有氮芥、染發(fā)劑中含有鄰苯二胺，這些物質在表達功效同時，常含有強致突變性，其安全性日益收到重視。衛(wèi)生部對特殊用途化裝品安全性評價有明確要求，Ames試驗是試驗組合中必做項目。16/65問題上述兩個案例對學習化學致突變作用有什么樣啟發(fā)？怎樣檢測食品中致突變物？需要注意什么問題？Ames試驗原理及應用價值？17/65

DNA轉錄

翻譯

復制

逆轉錄

RNA復制

RNA蛋白質為何兒女與父母非常相像？1.遺傳(heredity)：生物物種能夠經(jīng)過各種繁殖方式來確保世代間生命延續(xù),這個過程就是遺傳。2.變異(variation)：親子之間或子代個體之間出現(xiàn)不一樣程度差異,稱為變異。意義：遺傳使物種保持相對穩(wěn)定，變異使物種不停進化。18/65突變誘發(fā)突變自發(fā)突變：物種進化人類健康危害新品種培育、選擇、改良發(fā)生過程長，頻率低發(fā)生過程短，頻率高；可為人類利用，也可能對人有害物理、化學、生物等環(huán)境原因引發(fā)。3.突變(mutation)：

遺傳物質本身改變及引發(fā)變異。19/654.遺傳毒理學（genetictoxicology）研究化學、物理原因及生物原因等對DNA及活細胞遺傳過程作用，以及人類接觸致突變物可能引發(fā)健康效應。研究內容

－研究致突變作用機理－尋找敏感檢測系統(tǒng)發(fā)覺和探究致突變物－提出評價致突變物健康危害方法20/65突變是致突變作用后果。致突變物（mutagen）：能引發(fā)突變物質，又稱誘變劑21/65遺傳毒性（genetictoxicigy）：

對基因組損傷能力，包含對基因組毒作用引發(fā)致突變性及其它各種不一樣效應，如原發(fā)性DNA損傷等。致突變性（mutagenicity）：

引發(fā)遺傳物質發(fā)生突變能力。二者現(xiàn)有聯(lián)絡又有區(qū)分。22/65案例3鐮刀型細胞貧血病鐮刀型細胞貧血病是一個血液紅細胞為鐮刀狀嚴重疾病。其特點使患者血紅蛋白β-亞基N端第六個氨基酸殘缺是纈氨酸，而不是正常谷氨酸殘基。正常血液紅細胞為光滑圓形，他們能順利經(jīng)過血管，運輸氧到全身各個部位。鐮刀狀細胞在血液中不易移動，而且變硬和有黏性，易形成塊而引發(fā)血管堵塞。血管堵塞可引發(fā)疼痛、嚴重感染和器官損害。23/65鐮刀狀細胞貧血是遺傳性疾病，并伴隨終生?；颊邚碾p親遺傳了兩個鐮狀細胞基因。假如雙親遺傳基因一個是正?；?，一個是鐮狀細胞基因，則稱為鐮狀細胞特征。與貧血患者一樣，可傳給下一代。發(fā)生率8/1000000，僅在一些人種中有較高發(fā)生率，比如非洲裔美國人為1/600。24/65問題鐮刀型細胞貧血病發(fā)生原因是什么？突變特點是什么？突變有哪些類型？突變有什么樣后果？25/65第二節(jié)

外源化學物致突變類型26/65

遺傳物質損傷性質和程度：基因突變染色體結構改變染色體數(shù)目改變從機理角度分為：以DNA為靶損傷（包含基因突變和染色體畸變）不以DNA為靶損傷(染色體數(shù)目異常）突變類型27/65一、基因突變（genemutation）1.概念：

基因中DNA序列改變。亦稱點突變，是組成一個染色體一個或幾個基因發(fā)生改變，不能用光學顯微鏡直接觀察。2.類型：（1）依據(jù)基因結構改變分類：堿基置換、移碼突變

28/65（一）堿基置換（basesubstitution）錯誤配正確堿基在下一次DNA復制時按正常規(guī)律配對，于是原來堿基對被錯誤堿基對所置換。某一堿基配對性能改變或脫落所致突變。轉換：同類堿基間取代。顛換：不一樣類堿基間取代。29/65堿基置換結果（補充）造成一個三聯(lián)體密碼子改變。取決于替換特定氨基酸及其蛋白質一級結構中所處位置。－同義突變：一個氨基酸可有2-6種密碼子，當密碼子一個堿基被另一個堿基取代時，密碼子意義能夠沒有改變，即為同義突變。－錯義突變：當密碼子一個堿基被另一個堿基取代時，密碼子意義改變，成為另一個氨基酸密碼子。－無義突變：堿基取代結果，使mRNA上密碼子轉為終止密碼UAG、UAA、UGA，出現(xiàn)無義突變，使翻譯過程終止，肽鏈延長提前結束。－終止密碼突變：堿基取代結果，使mRNA上終止密碼轉變成某種氨基酸密碼，合成肽鏈將延長到出現(xiàn)第二個終止密碼才結束。30/65Tyrosine(Tyr)酪氨酸Serine(Ser)絲氨酸31/65

在DNA堿基序列中，發(fā)生一對或幾對（3對除外）堿基降低或增加,以致從受損點開始堿基序列完全改變,形成錯誤密碼,并轉譯成為不正常氨基酸。后果：產生無義密碼，易形成致死性突變。（二）移碼突變(frameshiftmutation)32/65注意

假如降低或增加堿基對剛好是3對，稱為密碼子缺失或插入，基因產物肽鏈中僅降低或增加一個氨基酸，其后果與堿基置換相同。33/65２）按照突變方向分類（補充）（１）正向突變

改變了野生型性狀突變。是造成基因產物正常功效喪失突變。（２）回復突變

突變體能夠經(jīng)過第二次突變恢復失去野生型性狀。這種第二次突變稱為回復突變。使基因產物功效恢復突變。34/653）依據(jù)突變后果分類同義突變錯義突變無義突變35/65基因突變案例——白化病突變--黑色素生成缺點--眼、毛發(fā)色素缺乏發(fā)病率，2/1000常染色體隱性遺傳36/65全色盲，雙色盲，色弱（紅綠藍三原色）發(fā)病率，男性7%，女性0.49%X染色體隱性遺傳尚無有效治療方法（色盲矯正隱形眼鏡，改進色覺,提升色調分辨能力）基因突變案例

——色盲癥37/6538/65基因突變案例

——多毛癥

多毛癥基因曾是人類身上一個“失傳基因”。當遠古時代人類還是長滿毛發(fā)靈長類動物時，身上就存在著這種基因，但當人類漸漸進化后，這種基因變得不再需要，就開始發(fā)生突變而“關閉”。然而丹尼家族不知何故，他們體內被“關閉”多毛癥基因現(xiàn)在又被“打開來了”?！袄侨司C合征”非常罕見，患病概率只有100億分之

一，且沒有根治方法。丹尼一家五代人都患有這種“狼人綜合征”，他和26歲哥哥拉里從小便被當成“怪物”，被關進籠子中四處展出。39/65點突變-鐮刀型紅細胞貧血正常紅細胞鐮刀型紅細胞40/65血紅蛋白基因發(fā)生堿基對置換，造成紅細胞形狀改變。41/65

二、染色體畸變(chromosomeaberration)

1.概念：

指染色體結構改變,由染色體或染色單體發(fā)生斷裂及斷裂不正確重接所致。普通可用光學顯微鏡檢驗適當細胞有絲分裂中期染色體來發(fā)覺。細胞學檢測可發(fā)覺染色體斷裂及由斷裂所致各種重排。42/652. 染色體畸變分類電離輻射DNA復制染色單體型畸變染色體型畸變43/65類型染色體結構異常①缺失：染色體上缺失了一個片段。②重復：在一套染色體里，同一個染色體片段出現(xiàn)不只一次。③倒位：當染色體發(fā)生兩次不一樣部位斷裂時，中間片段倒轉180°再重接，形成倒位。④易位：一個染色體片段位置改變。44/65

內互換正常末端缺失中間缺失著絲點環(huán)和斷片無著絲點環(huán)

臂間倒位

間互換

正常雙著絲點和斷片對稱交換染色體畸變45/65畸變后果①穩(wěn)定性染色體畸變：

－因為仍含有著絲點，能進行有絲分裂，細胞復制不受影響，畸變能夠穩(wěn)定存在，在機體或細胞群傳遞。包含缺失、臂間倒位、重復、平衡易位。②非穩(wěn)定性染色體畸變：

－在細胞分裂過程中輕易丟失，造成遺傳物質或有絲分裂機械障礙造成細胞死亡。包含雙中心粒染色體、無中心粒片段畸變、環(huán)狀染色體畸變等。46/65三、非整倍體和多倍體－染色體數(shù)目異常NormalhumanKaryotype:46,XY47/65三、非整倍體和多倍體

染色體數(shù)目改變，又稱基因組突變。染色體數(shù)目標異常以二倍體細胞為標準進行命名。

非整倍體(aneuploidy)：指增加或降低一條或幾條染色體;如單體、三體、四體、缺體等，因為有絲分裂或減數(shù)分裂過程中染色體不分離造成。

48/65多倍體(polyploidy)指染色體數(shù)目成倍增加。三倍體、四倍體，因為細胞核分裂和細胞分裂不一樣時所致。

49/65類型公式染色體組整倍體單倍體n(ABCD)二倍體2n(ABCD)(ABCD)三倍體3n(ABCD)(ABCD)(ABCD)四倍體4n(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)非整倍體單體2n-1(ABCD)(ABC)三體2n+1(ABCD)(ABCD)(A)四體2n+2(ABCD)(ABCD)(AA)雙三體2n+1+1(ABCD)(ABCD)(AB)缺體2n-2(ABC)(ABC)注：A、B、C、D代表非同源染色體染色體數(shù)目異?；绢愋?0/65Down綜合征：有三條21染色體，染色體數(shù)目為47條，為非整倍體。唐氏臨床特征為：嚴重智力低下，獨特面部和身體畸形(如寬眼距，低鼻梁，肌無力，肢體短小，及貫通手等)，先天性心臟病，消化道畸形等，白血病發(fā)病率比普通人要高得多。患者平均壽命在30歲左右。51/65第三節(jié)外源化學物致突變作用機制及后果52/65化學物質致突變靶點

－誘導基因突變和染色體畸變靶分子：DNA

－誘導染色體數(shù)目改變靶部位：有絲分裂或減數(shù)分裂成份，如紡錘絲。致突變機制：

DNA損傷－修復－突變53/65一、引發(fā)突變DNA改變（以DNA為靶直接誘變）

DNA損傷：致突變物引發(fā)DNA改變理化性質發(fā)生改變，能夠表現(xiàn)為水解、脫嘌呤、脫嘧啶、異構互變、堿基旋轉、解離，以及環(huán)境原因。

54/65(一)堿基損傷

1.堿基錯配：－烷化劑：提供甲基或乙基（乙基亞硝基脲）與DNA共價結合。－易烷化位置：鳥嘌呤N－7位，O－6位；腺嘌呤N－1位，N－3位，N－7位。－結果：錯配，改變DNA二級結構。55/652.平面大分子嵌入DNA鏈

－嵌入劑：一些大分子多環(huán)平面結構能嵌入DNA單鏈堿基之間或DNA雙螺旋結構相鄰多核苷酸鏈之間。－機制：共價結合－常見嵌入劑：9-氨基丫啶（移碼突變物）－后果：堿基正確缺失或額外堿基正確插入。56/65

3.堿基類似物取代－－在DNA復制（DNA合成期）時摻入并與互補鏈上堿基配對，引發(fā)堿基置換突變。2-氨基嘌呤取代鳥嘌呤

4.堿基化學結構改變或破壞－－對堿基產生氧化作用，破壞堿基結構，還可引發(fā)鏈斷裂。亞硝酸鹽能使腺嘌呤和胞嘧啶發(fā)生氧化性脫氨，對應生成次黃嘌呤和尿嘧啶。57/651.二聚體形成－紫外線和一些化學物作用于機體或細胞后，DNA同一條鏈上兩個相鄰嘧啶核苷酸共價連接，形成嘧啶二聚體。－后果：阻止DNA復制，引發(fā)細胞死亡。(二)DNA鏈受損58/652.DNA加合物和交聯(lián)分子形成

－化學物或其活化產物是親電子劑，易與蛋白質或核酸等生物大分子中親核集團（－OH、-SH、-N等）發(fā)生共價結合，形成加合物或者交聯(lián)分子。－后果：

－DNA加合物：活化癌基因，影響調整基因和抑癌基因表示；－DNA－DNA交聯(lián)：在DNA復制中不能解離，能夠引發(fā)DNA復制和轉錄停頓，細胞死亡；