7 第七章 外源化学物致突变作用

第七章外源化学物致突变作用

【教学目的】

在掌握突变的概念、类型和后果的基础上，学习化学致突变的发生机理和机体的反应，学习如何检测化学致突变作用，怎样评价遗传危害。

【教学要求】

1．掌握：基本概念(突变、自发突变与诱发突变、致突变作用与致突变物)；化学毒物致突变类型(基因突变、染色体畸变)；致突变试验的遗传性终点和试验组合的选择；Ames试验；微核试验；姐妹染色单体交换试验。

2．熟悉：化学毒物致突变机制(直接以DNA为靶的突变、不以DNA为靶的突变)；突变的不良后果(体细胞突变的不良后果、生殖细胞突变的不良后果)；哺乳动物细胞正向突变试验、染色体畸变分析、显性致死试验、果蝇伴性隐性致死试验、程序外DNA合成试验。

3．了解：非整倍体和多倍体突变

【教学内容】

1．基本概念和遗传学基础：突变、自发突变与诱发突变；致突变作用与致突变物。

2．化学毒物致突变的类型：基因突变、染色体畸变、非整倍体和多倍体。

3．化学毒物致突变作用的机制及后果：直接以DNA为靶的突变；不以DNA为靶的突变；突变的后果。

4．机体对致突变作用的影响：DNA损伤的修复；遗传因素对致突变作用的影响。

5．观察化学毒物致突变作用的基本方法：观察项目的选择；常用的致突变试验（Ames试验、微核试验、姐妹染色单体交换试验）；致突变试验中的一些问题。

第一节概述

一、基本概念（掌握）

生物在世代繁衍中存在着遗传与变异，它是普遍存在于生物界的生命现象。生物物种可以通过各种繁殖方式来保证世代间生命的延续，这个过程称为遗传。遗传是保持生物种族特性的根本。遗传的稳定是相对的，一方面生物的遗传物质在自我复制过程中有可能发生改变；另一方面生物个体发育在受到复杂变化的内外环境条件影响下，性状的发育可能有所不同。于是在亲子之间或于代个体之间出现不同程度的差异，这种差异称为变异（variation）。变异是生物物种推陈出新的来源。

造成生物变异的原因有：

①亲代个体杂交产生子体，由于重组而发生；

②由于基因突变而发生，它是新基因产生的根本来源；

③由于生物的染色体组成或细胞质发生变化而产生。

1．突变（mutation）：遗传结构本身的变化及其引起的变异称为，突变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异。

①自发突变（spontaneous mutation）

②诱发突变（induced mutation）

举例：有益的突变：花，情人节，蓝色妖姬

杂交水稻；大铃棉

另一方面，突变也会引起人类键康的危害．

有害的突变：物理因素（如X射线）

化学因素（如亚硝酸盐）

遗传毒理学：研究化学性和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可能引起的健康效应。

主要研究致突变的作用机制，应用检测系统发现和探究致突变物，提出致突变物健康危害的方法。2．致突变作用（mutagenesis）：广义概念是外来因素，特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。简单地说，突变的发生及其过程即为致突变作用。

3．基因突变（gene mutation）一个或几个DNA碱基对的改变。

4．染色体畸变（chromosome aberration）：到染色体的结构及数目改变。

5．致突变物（mutagen ）：能够引起突变的物质。

遗传毒性：对基因组的损害能力，包括对基因组的毒作用引起的致突变性及其他各种不同效应。包括致突变性。可能转变为突变，也可能被修复。

致突变性：引起遗传物质发生突变的能力，在一个实验群体中突变率可以定量检测。

二、遗传学基础（了解）

1．DNA与基因

（1）基因（gene）：是DNA分子中最小的完整功能单位。

（2）基因组（genosome）：细胞或生物体的一套完整单体的遗传物质称。

2．染色质与染色体在间期细胞的细胞核中，通过光镜可见一种能被碱性染料着色的物质，即染色质（chromatin）。它由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量的RNA组成，形似串珠状的复合体。在间期细胞核中，一般没有染色体结构，只有在细胞分裂时，染色质才螺旋化并折叠成染色体（chromosome）。

（提问：故染色质与染色体是由相同物质组成的吗？）

3．体细胞和生殖细胞

4．基因型与表型基因型是性状发育的内因，是表型形成的根据。表型指在发育过程中由基因所控制的生物性状的具体表现。

5．细胞周期、有丝分裂与减数分裂

第二节化学毒物致突变的类型

遗传毒理学家主要关注三类遗传学损伤，即基因突变、染色体畸变及染色体数目改变。

一、基因突变

基因突变指基因核苷酸序列或数目的改变。

1．碱基置换（base substitution ）

指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。

转换（transition）：嘌呤置换另一嘌吟，或者是嘧啶置换另一嘧啶。

颠换（transversion）：嘧啶换成嘌吟，或者嘌呤换成嘧啶。

二、染色体畸变

染色体畸变（chromosome aberration）指染色体的结构改变，它是指遗传物质大的改变，一般可用光学显微镜检查适当细胞有丝分裂中期的染色体来发现。细胞学检测可发现染色体断裂及由断裂所致的各种重排。畸变涉及复制染色体中两条染色单体中的一条，称为染色单体型畸变（chromatid-type aberration），而涉及两条染色单体，称为染色体型畸变（chromosome-type aberration）。

染色体结构异常的类型：

①无着丝粒断片和缺失（acentric fragment and deletion）：一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，且这些断裂的节段远远分开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丝粒的异常染色体。细胞再次分裂时会形成微核或微小体。

缺失：染色体上丢失了一个片段。

②环状染色体（ring chromosome）：染色体两臂各发生一次断裂，其带有着丝粒的节段的两断端连接成一个环，称之为环状染色体。

③插入和重复（insertion and duplication）

一条染色体的某一节段插入另一染色体中称为插入（insertion，用ins表示）。

染色体上个别区段多出一份，称为重复（duplication，用dup表示）。

④倒位（inversion ）：一个染色体片段被颠倒了，如颠倒的片段包括着丝点，称为臂间倒位（pericentric inversion）；如不包括着丝点则称为臂内倒位（perecentric inversion）。

⑤裂隙和断裂（gap and brake）：都是指染色体上狭窄的非染色带，其所分割的两个节段保持线状连接为裂隙，否则为断裂。

⑥易位（translocation）：一个染色体片段的位置发生改变。

三、非整倍体和多倍体（aneuploidy）and （polyloid）