第七章__化学毒物致突变作用(1)

碱基：DNA分子是腺嘌呤(adenine, A)、鸟嘌呤(guanine, G)、
胞嘧啶(cytosine, C)和胸腺嘧啶(thymine,T)。 DNA双链的碱基互补对是A=T、T=A、G≡C、C≡G。是碱基互
补原则。
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。畸变涉及在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)，
损。通常以光学显微镜的分辨率0.2 µ m，来区分基因突变和染色
体畸变。因突变是用光学显微镜观察不到，须通过生长发育、生 化、形态等表型改变来判断，而染色体畸变和数目变化可用光学
显微镜进行观察。
一、基因突变 基因突变指基因中DNA序列的变化。因基因突变限制在一特 定的部位，故称为点突变(point mutation)。传统的研究突变方 法是通过给予致突变物，观察遗传学改变。 基因突变可分为两种类型，即碱基置换和移码突变。 1.碱基置换：碱基置换(base substitution)指某一碱基配对性
能引起妊娠的人或试验动物产生畸胎的外源化学物称为致畸 物。它通过胎盘直接作用于发育的胚胎和胎儿而产生后果。通过
动物试验和体外致畸试验方法，可检测外源化学物能否引起胚胎
毒性或后代畸形。
第一节
一、基本概念
概
述
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。在亲子之间或子代个体之间出现不同程度的差异，这
的特异性。
一、引起突变的DNA变化 (一)碱基损伤 1.碱基错配：烷化剂(alkylating agent)是对DNA和蛋白质都 有强烈烷化作用的物质。
烷化作用指烷化剂提供甲基或乙基等烷基与DNA共价结合的过程。
烷化剂所致甲基损伤表现为错配。例如，乙基亚硝基脲
(ethylnitrosourea,ENU)上的乙基可与DNA共价结合。 错配不是烷化剂引起突变的惟一机制，有些烷化碱基可引起 DNA二级结构改变。 2.平面大分子嵌入DNA链
每个子细胞各具有与亲代细胞完全相同的染色体。
减数分裂(meiosis)指通过两个细胞周期使染色体数目减少一
半的细胞分裂方式。它是一种特殊的有丝分裂。其细胞核分裂两
次，而染色体只复制一次，经过分裂后染色体数目减少一半，变 成单倍体(haploid)。
第二节 化学毒物致突变的类型
有三类遗传学损伤，即基因突变、染色体畸变及染色体数目 改变。这些损伤多因DNA受损所致，也可能因DNA以外的靶组织受
基置换。
(二)DNA链受损 1.二聚体的形成 当细胞或机体受到紫外线刺激，会使DNA发生化学变化，其主 要产生环丁烷嘧啶二聚体和(4-6)光产物。这些损伤可阻止DNA的 复制，并引起细胞的死亡。 2.DNA加合物形成
它是活性化学物与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复
合物，通常很难用一般的化学或生物学方法使其解离。例如，烷 化的DNA加合物，O6-甲基脱氧鸟苷，可引起碱基置换。
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)，故染色质与染色 体是由相同物质组成的；染色体存在于细胞中，通常只有在细胞 分裂时经过特殊染色才能清楚地看到。 染色体与基因有着平行的关系，表现为：①染色体可以在显 微镜下看到，有一定的形态结构。基因是遗传学的单位，每对基 因在杂交中仍保持它们的完整性和独立性。
例如，人类体细胞正常为二倍体(2n)，有46条染色体。如果细胞 有45或47条染色体，定义为非整倍体。如果有69条染色体，定义 为多倍体，此为三倍体。例如，Down综合征，由21染色体三体 (trisome 21)所致，它多了一条染色体，有三条21染色体，染色 体数目为47条，即该病由非整倍体所引起。
如9-氨基吖啶(9-aminoacridine)致突变作用，是化学物插入 DNA的碱基对中所致。 3.碱基类似物取代 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。 4.致突变物改变或破坏碱基的化学结构
3.DNA-蛋白质交联物(DNA-protein croxslinks，DPC)形成 它是致突变物对生物大分子物质的一种重要的遗传损害，也是一种稳 定的共价结合物。已知许多外来化合物如苯并(a)芘、砷化合物、醛类化
②染色体成对存在，基因也成对存在。在配子中每对基因只有一 个，而每对同源染色体也只有一条。③个体中成对的基因一个来
自母本，另一个来自父本。染色体也是如此，两条同源染色体是
分别来自母本和父本。④不同对基因形成配子时的分离与不同对 染色体在减数分裂期的分离，都是独立分配的。
3.体细胞和生殖细胞
大多数真核生物由体细胞和生殖细胞组成。体细胞(somatic cell)多是二倍体(diploid)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。
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父本、母本产生子体，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带来的变异。 遗传结构本身的变化及引起的变异称为突变(mutation)。突 变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异。突变可分为自发突变 (spontaneous mutation)和诱发突变(induced mutation)。诱发
即染色体畸变(chromosome aberration)。简单地说，突变的发 生及其过程即为致突变作用。能够引起突变的物质称为致突变物 (mutagen)。 二、遗传学基础
1.DNA与基因
在真核细胞中，遗传信息储存在核内的DNA链上，DNA是大分 子物质，由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，其基本成分为四种核苷
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)缺失(deletion)：染色体上丢失了一个片段。
(2)重复(duplication)：在一套染色体里，一个染色体片段出现 不止一次。 (3)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(paracentric inversion)。
称为转换(transition)，如果是嘧啶换成嘌呤，或者嘌呤换成嘧
啶，称为颠换(transversion)。
2.移码突变：移码突变(frameshift mutation)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。
第七章
化学毒物致突变作 用(1)
Mutagenesis of Toxicants
化学毒物的生殖毒性作用
生殖过程一般是指从配子形成直到胎儿娩出的整个过程。生
殖过程是很广泛的，它包括精子的发生、卵的形成和发育、配子
的释放、受精、卵裂和胚泡发育、着床、胚胎发生、胎儿发育、 分娩。而胎儿的娩出也并不意味着胎儿发育成熟的终止。从广义 上讲还应包括胎儿娩出后的新生儿期、哺乳期、直到性成熟的整 个过程。
能改变或脱落所致的突变。当DNA链上某一碱基由于致突变物作 用而脱落或其配对性能发生改变，在DNA复制过程中该DNA互补链 上的相应位点配上一个错误的碱基，即错误配对(mispairing)。 这一错误配对上的碱基在下一次DNA复制时，按正常规律配对， 于是原来的碱基对被错误碱基对所置换，称碱基置换。 在碱基置换中，DNA的一对碱基(如G:C)被另一对碱基(如A:T) 所取代，如果是嘌呤置换另一嘌呤，或者是嘧啶置换另一嘧啶，
酸，形成双螺旋结构。基因
(gene)是DNA分子中最小的完整功能单位基因的基本作用在于决 定蛋白质的一级结构，即每个基因决定一条多肽链或者说一个基 因决定一种酶。基因是生物遗传信息的携带者，细胞或生物体的 一套完整单体的遗传物质称基因组(genome)。 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。
突变是指人为地造成突变，它已被农、林、牧、渔业和园艺学家
利用来培育和选择新种或良种。另一方面，突变也会引起人类健 康的危害。致突变作用(mutagenesis)的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。突变是致突变作用的后果， 其中包括从一个或几个DNA碱基对的改变，即基因突变(gene mutation)到染色体的结构及数目改变，
(4)易位(translocation)：一个染色体片段的位置改变了。最常 见的是相互易位(reciprocal)，涉及两个非同源染色体片段的交 换。 三、非整倍体和多倍体 非整倍体(aneuploid)和多倍体(polyploid)的细胞的染色体 数目是不同于正常的细胞染色体数目。非整倍体指增加或减少一 条或几条染色体；而多倍体是超过二体的整倍性畸变，其染色体 数目可成倍增加。
英国医生 Langdon Down 首先描述了先天愚型的临床表现，因此 将此病称为Down综合征，即唐氏综合征。在我国，先天愚型一词较为 常用。1959年，法国细胞遗传学家Lcjeune证实此病的病因是患者多了
一个小的G组染色体(后来确定为21号染色体)。故此病又称为21三体综
合征(trisomg 21)。 据估计我国目前大约有60万以上的21三体综合征患儿，按目前的出
生殖细胞(germ cell)往往是单倍体，其染色体改变即突变可传给
下一代。突变的生殖细胞根据其在二倍体中的表达，分为显性或
隐性。显性突变无论纯合子，还是杂合子均会出现表型异常；隐 性突变如为纯合子，将出现表型异常，若为杂合子，则为表型正
常的携带者。
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4.基因型与表型 基因型系指控制生物性状的基因组成，它是生物体的遗传组 成。通过杂交试验才能鉴定。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。它可以用理化方法直接测定。表型是不 同基因之间以及基因与环境之间极其复杂的相互作用结果。
5.细胞周期、有丝分裂与减数分裂 细胞周期指细胞一次分裂结束，并开始生长，到下一次分裂
终了所经历的过程。这过程所需的时间为细胞周期时间。将细胞
周期分为四个时期：G1期是细胞进行急剧合成的时期；S期完成 DNA复制；G2期为有丝分裂做准备，M期是有丝分裂期。有丝分裂
(mitosis)指细胞核分裂的过程，一个细胞由此生成两个子细胞，
生殖毒性是指外源化学物对雄性和雌性生殖功能或能力以及对后代
产生的不良效应。生殖毒性既可发生于生殖细胞、受精卵、胚胎形成期， 也可发生于妊娠、分娩和哺乳期。表现为外源化学物对生殖过程的影响。 例如生殖器官及内分泌系统的变化，对性周期和性行为的影响，以及对 生育力和妊娠结局的影响等。 影响人类生殖功能的环境因素包括有各种化学物、电离和非电离辐 射、物理因素、感染因素、生活方式以及药物的应用等。
有些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， 有时还引起链断裂。 例如，亚硝酸根能使腺嘌呤和胞嘧啶发生氧化性脱氨，相应变为
次黄嘌呤和尿嘧啶。羟胺能使胞嘧啶C-6位的氨基变成羟氨基。这些
改变都会造成转换型碱基置换。但是亚硝酸虽然也能使鸟嘌呤变为 黄嘌呤，但是由于黄嘌呤的配对性能与鸟嘌呤一致，故并不发生碱
生率我国平均20分钟就有一例21三体综合征患儿出生，全国每年出生
的唐氏综合征患儿将达27000例左右。
47,XY,+21 单纯三体，男性 。Down综合征
第三节
化学毒物致突变作用的 机制及后果
在实验动物中，用化学物质可诱导基因突变、染色体畸变、 非整倍体和多倍体。在已检出的致突变物中，大多数有不同程度