外源化学物质突变作用
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Ames实验解析
化学毒物致突变作用的后果
观察化学毒物致突变作用的基本方法
------致突变试验
遗传学终点(genetic endpoint)： 在致突变试验中观察到的现象所反映的各种 事件的统称。
一、观察项目的选择
1.观察效应终点的类型：
(1)DNA完整性改变
(2)DNA重排或交换 (3)DNA碱基序列改变（基因突变） (4)染色体完整性改变（染色体畸变） (5)染色体分离改变（非整倍体和多倍体）
❑非整倍体(aneuploid)
❑多倍体(polyloid)
❑非整倍体(aneuploid)
含义：指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 类型：缺体(2n-2)、单体(2n-1)、 三体(2n+1)、四体(2n+2) 后果：染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。
❖致突变物(mutagen)：凡能引起生物体遗传物质 发生改变的化学物质或任何环境因子，又称诱变 剂。 ❖遗传毒物(genotoxic agent)：由于致突变物能损 伤遗传物质，因此致突变物又称为遗传毒物。
化学毒物致突变的类型
染色体改变
基因突变
碱 基 置 换
移 码 突 变
染 色 体 结 构 畸 变
突变依其发生的方式分为：
1.自发突变 (spontaneous mutation) 2. 诱发突变 (induced mutation)
➢自发突变 (spontaneous mutation)
❖概念：是由于普遍存在的未知因素作用 下，在自然条件下发生的突变。 ❖特点：发生过程长、频率很低，与物种 进化有关。
例如： 21-三体综合征(Down氏综合征、先天愚型）
❑多倍体(polyloid)
第七章外源化学物致突变作用(共56张PPT)
突变的菌株必需依赖外源性的组氨酸才能生长，而在无组氨酸的选择 性培养基上不能存活。致突变物可使其基因发生回复突变，使它在缺 乏组氨酸的培养基上也能生长。计算诱发的回复菌落数即可判断化学 毒物的致突变性。
2. 常用菌株：鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型突变株为指示微生物。 目前推荐使用
TA100 TA102
特点：它主要含有混合功能氧化酶(MFO)，是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统。
第四节
机体对致突变作用的影响
对标准致突变实验组合的结果进一步研究时，可以 缺点：S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
有些中药能够抗突变作用，而其他一些则具有诱导突变的作用，如抗肿瘤药山慈菇能诱导小鼠骨髓嗜多染红细胞微核率增加；
过程。
碱基切除修复是细胞对碱基氧化损伤的主 要防御系统。
（三）核苷酸切除修复
使细胞具有从DNA上移除较大损伤。
所有生物体最常见的修复机制。基本可以修复所有种
类的DNA损伤。 过程：内切酶， ①损伤识别；②损伤两侧切除
损伤链；③切除寡聚核苷酸；④修复合成填补产 生的缺口；⑤DNA连接酶封闭，恢复原有DNA序列。
骨髓细胞微核试验的不足
某些化ห้องสมุดไป่ตู้物在骨髓难以达到有效浓度。
骨髓中的SCE是动态平衡，其不断成熟为红细胞
，红细胞又衰老死亡。 化学物毒物主要在肝脏活化，其活化中间产物可
能在到达骨髓之前消失。
仅观察体细胞其结果外推其他组织应慎重。
微核实验进展
体外微核试验：中国仓鼠肺细胞/中国仓鼠卵巢细胞/中国仓
检测化学物的致突变性的目的：
3、谷胱甘肽硫转移酶 缺点：S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
鉴定生殖细胞和体细胞的致突变物； －基因突变和染色体畸变的检测可直接反映外源化学物的致突变性，是评价化学物致突变性唯一可靠的方法。
2. 常用菌株：鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型突变株为指示微生物。 目前推荐使用
TA100 TA102
特点：它主要含有混合功能氧化酶(MFO)，是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统。
第四节
机体对致突变作用的影响
对标准致突变实验组合的结果进一步研究时，可以 缺点：S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
有些中药能够抗突变作用，而其他一些则具有诱导突变的作用，如抗肿瘤药山慈菇能诱导小鼠骨髓嗜多染红细胞微核率增加；
过程。
碱基切除修复是细胞对碱基氧化损伤的主 要防御系统。
（三）核苷酸切除修复
使细胞具有从DNA上移除较大损伤。
所有生物体最常见的修复机制。基本可以修复所有种
类的DNA损伤。 过程：内切酶， ①损伤识别；②损伤两侧切除
损伤链；③切除寡聚核苷酸；④修复合成填补产 生的缺口；⑤DNA连接酶封闭，恢复原有DNA序列。
骨髓细胞微核试验的不足
某些化ห้องสมุดไป่ตู้物在骨髓难以达到有效浓度。
骨髓中的SCE是动态平衡，其不断成熟为红细胞
，红细胞又衰老死亡。 化学物毒物主要在肝脏活化，其活化中间产物可
能在到达骨髓之前消失。
仅观察体细胞其结果外推其他组织应慎重。
微核实验进展
体外微核试验：中国仓鼠肺细胞/中国仓鼠卵巢细胞/中国仓
检测化学物的致突变性的目的：
3、谷胱甘肽硫转移酶 缺点：S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
鉴定生殖细胞和体细胞的致突变物； －基因突变和染色体畸变的检测可直接反映外源化学物的致突变性，是评价化学物致突变性唯一可靠的方法。
第二次--第七章 外源性化学物致突变作用
点试法：用作定性试验，适用于短期大量筛选
表层培养基＋指示菌±S9 受试物10μl
阳性
培养48小时
阴性
39
平板掺入法：用作定量测定
表层培养基＋指示菌±S9＋受试物 阳 性
培养48小时
阴 性
40
Ames试验结果判断
阳性结果判定： ①平均每皿回变菌落数为对照(自发回变菌落数)的2倍及 以上 ②可重复性，用一个相应菌株重复 (阴性全套菌株重复)； ③有剂量－反应关系。
（二）成套的观察项目 没有一种致突变试验能涵盖所有的遗传学 终点，故需用一组试验配套进行检测。
31
成套的观察项目中试验可入选原则：
一组可靠的试验系统应包括： 每一类型的遗传学终点 包括几个进化程度不同的物种：包括原核细胞
和真核细胞。 体内试验与体外试验相结合，体外实验要有活
化系统 生殖细胞和体细胞
（2）检测外源性化学物对哺乳动物生殖细胞的遗 传毒性，预测其对人类的遗传危险性。
（3）各种遗传毒物的监测和评价，为化学物的可 使用性研究和卫生标准制定提供依据。
21
基本原理： 将化学物与生物测试系统接触，然后
观察该生物系统是否发生致突变性检测指 标病及的毒哺、乳改细动变菌物，、等真以菌判、定植物其、是昆否虫、具培有养致的哺突乳变动性物细。胞 凡• 能昆虫使生果物蝇、测蟾试蜍系等 统发生突变的化合物， 即• 可哺乳认动为物具细胞有株致（突C变HO作、用V79。、人类淋巴细胞等）
58
59
(五)果蝇伴性隐性致死试验 (sex-linked recessive lethal test，SLRL ）
1、光修复（光 裂合酶）：
修复由紫外线 损伤产生的胸 腺嘧啶二聚体。
2.“适应性”反应
外源化学物致突变作用
遗传毒理学 (genetic toxicology)：研究化学、物理因素及生 物因素等对遗传物质（DNA）及活细胞遗传过程的作用， 以及人类接触致突变物可能引起的健康损伤效应。
遗传毒理学主要研究内容： 致突变作用及机制； 应用检测系统发现和探究致突变物； 提出评价致突变物健康危害的方法。
32
Mismatch (about 1/1000 base additions)
A A C T GG C Wild type
T T GA CCG
A A C T GG C
AACT AGC
3'
5'
A A C T GG C
T T GA TC G
MUTANT T T GA T CG
DNA replication
30
一、基因突变
基因突变（gene mutation）：指基因中DNA序列的变化。因为 基因突变限制在一个特定的部位，故称为点突变(point mutation)。
突变基因：存在突变的基因 野生型基因：没有发生突变的基因
基因突变可分为两种类型： 碱基置换(base substitution) 移码突变 (frame shift mutation)
普遍存在的未知因素作用下，自然条件下发生的突变。 特点：发生过程长，频率极低 , 与物种的进化有关。
诱发突变 (induced mutation)
人为的造成突变 。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。
特点：发生过程短，频率高，既可被人类利用，也可能对人 类产生危害。
29
突变的分类
基因突变 (gene mutation)： 一个或几个DNA 碱基对的改变。用光学显微镜观察不 到，必须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断。
遗传毒理学主要研究内容： 致突变作用及机制； 应用检测系统发现和探究致突变物； 提出评价致突变物健康危害的方法。
32
Mismatch (about 1/1000 base additions)
A A C T GG C Wild type
T T GA CCG
A A C T GG C
AACT AGC
3'
5'
A A C T GG C
T T GA TC G
MUTANT T T GA T CG
DNA replication
30
一、基因突变
基因突变（gene mutation）：指基因中DNA序列的变化。因为 基因突变限制在一个特定的部位，故称为点突变(point mutation)。
突变基因：存在突变的基因 野生型基因：没有发生突变的基因
基因突变可分为两种类型： 碱基置换(base substitution) 移码突变 (frame shift mutation)
普遍存在的未知因素作用下，自然条件下发生的突变。 特点：发生过程长，频率极低 , 与物种的进化有关。
诱发突变 (induced mutation)
人为的造成突变 。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。
特点：发生过程短，频率高，既可被人类利用，也可能对人 类产生危害。
29
突变的分类
基因突变 (gene mutation)： 一个或几个DNA 碱基对的改变。用光学显微镜观察不 到，必须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断。
外源性化学物的致突变作用
复制，属于半保留复制，其中只 有一个母板才能进行复制 遗传法则 染色体的基本结构：
真核生物染色体的特点
一．非重复序列 二．中度重复序列 三．高度重复序列—卫星DNA 四．多基因家族 五．中断基因：一个蛋白质的基因组成是由
许多不连续的基因外显子组成
蛋白质的合成
一．mRNA与遗传 密码
二．tRNA的结构和 功能
的失活
抗突变物在细胞内发生作用是十分复杂的，是个多
层次、多环节共同作用的结果，往往是多种机制在 抗突变的发生上都起着很重要的作用，因此，其抗
小
结
突变的发生需要从多个角度进行综合考虑。
考虑问题的主 要角度：
添加标题
待研究物对前体的代谢抑制
添加标题
待研究物对细胞膜的稳定作用
添加标题
待研究物对细胞染色体的稳定作用
1直接的抗自由基作用 作用于与自由基有关的酶：GSH，
UDPGA，SOD以及
抗突变剂对抗自由基的 作用
考虑问题的 主要角度：
01
修复已经发生的突变
02
提高细胞间的信息传递
对体细胞而言是造成肿瘤，衰老，动脉硬化的原因
五、突变的遗传 学终点
DNA完整性改变（形成 加合物，断裂，交联）
DNA重排或交换 DNA碱基序列改变 染色体完整性改变 染色体分离异常
六、基因突 变的分类和 检测
碱基置换：野生型P53转变为突变型 P53 检验 TA100
移码突变：TA98
三．核糖体
突变的物质基础
•突变的概念： •突变一般情况对机体是有害的 •基因组与基因组计划：人类只有一个基因组，大约有５－１０万个基因。人类基因组计划是美国科学家于１９ ８５年率先提出的，旨在阐明人类基因组３０亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位 置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于１９９０年正式启动1999年， 中国获准加入人类基因组计划，承担1%也就是３号染色体上的３０００万个碱基对的测序任务，成为参与这一 计划的惟一发展中国家。 总召集人:杨焕明 南方组:陈竺,北方组:强伯勤
真核生物染色体的特点
一．非重复序列 二．中度重复序列 三．高度重复序列—卫星DNA 四．多基因家族 五．中断基因：一个蛋白质的基因组成是由
许多不连续的基因外显子组成
蛋白质的合成
一．mRNA与遗传 密码
二．tRNA的结构和 功能
的失活
抗突变物在细胞内发生作用是十分复杂的，是个多
层次、多环节共同作用的结果，往往是多种机制在 抗突变的发生上都起着很重要的作用，因此，其抗
小
结
突变的发生需要从多个角度进行综合考虑。
考虑问题的主 要角度：
添加标题
待研究物对前体的代谢抑制
添加标题
待研究物对细胞膜的稳定作用
添加标题
待研究物对细胞染色体的稳定作用
1直接的抗自由基作用 作用于与自由基有关的酶：GSH，
UDPGA，SOD以及
抗突变剂对抗自由基的 作用
考虑问题的 主要角度：
01
修复已经发生的突变
02
提高细胞间的信息传递
对体细胞而言是造成肿瘤，衰老，动脉硬化的原因
五、突变的遗传 学终点
DNA完整性改变（形成 加合物，断裂，交联）
DNA重排或交换 DNA碱基序列改变 染色体完整性改变 染色体分离异常
六、基因突 变的分类和 检测
碱基置换：野生型P53转变为突变型 P53 检验 TA100
移码突变：TA98
三．核糖体
突变的物质基础
•突变的概念： •突变一般情况对机体是有害的 •基因组与基因组计划：人类只有一个基因组，大约有５－１０万个基因。人类基因组计划是美国科学家于１９ ８５年率先提出的，旨在阐明人类基因组３０亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位 置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于１９９０年正式启动1999年， 中国获准加入人类基因组计划，承担1%也就是３号染色体上的３０００万个碱基对的测序任务，成为参与这一 计划的惟一发展中国家。 总召集人:杨焕明 南方组:陈竺,北方组:强伯勤
8第七章外源化学物致突变作用8-1
2.变异(variation)：亲子之间或子代个体之间出现不同 程度的差异, 称为变异。
意义：遗传使物种保持相对稳定，变异使物种不断进化。
3.突变(mutation)：发生频过率程低长，
遗传物质本身的变化及引起的变异。
自发突变：物种进化
突变 诱发突变
物理、化学、生物等环境因素引起。
新品种培育、选择、改良 人类健康危害
1.概念： 基因中DNA序列的变化。亦称点突变，是组成一个染色 体的一个或几个基因发生改变，不能用光学显微镜直接 观察。
2.类型： （1）根据基因结构的改变分类：
碱基置换、移码突变
（一）碱基置换（base substitution）
某一碱基配对性能改变或 脱落所致的突变。 转换：同类碱基间的取代。 颠换 ：不同类碱基间的取 代。
非整倍体(aneuploidy)：指增 加或减少一条或几条染色体; 如单 体、三体、四体、缺体等，由于有 丝分裂或减数分裂过程中染色体不 分离造成。
多倍体(polyploidy ) 指染色体数目成倍 增加。三倍体、四 倍体，由于细胞核 分裂和细胞分裂不 同步所致。
染色体数目异常的基本类型
类型
公式
基因突变的案例
——多毛症
丹尼一家五代人都患有这种“狼 人综合征”，他和26岁的哥哥拉里 从小便被当成“怪物”，被关进笼 子中四处展出。
多毛症基因曾是人类身 上的一种“失传基因”。当远 古时代的人类还是长满毛发的 灵长类动物时，身上就存在着 这种基因，但当人类渐渐进化 后，这种基因变得不再需要， 就开始发生突变而“关闭”。 然而丹尼的家族不知何故，他 们体内被“关闭”的多毛症基 因现在又被“打开来了”。 “狼人综合征”非常罕 见，患病概率只有100亿分之 一，且没有根治办法。
意义：遗传使物种保持相对稳定，变异使物种不断进化。
3.突变(mutation)：发生频过率程低长，
遗传物质本身的变化及引起的变异。
自发突变：物种进化
突变 诱发突变
物理、化学、生物等环境因素引起。
新品种培育、选择、改良 人类健康危害
1.概念： 基因中DNA序列的变化。亦称点突变，是组成一个染色 体的一个或几个基因发生改变，不能用光学显微镜直接 观察。
2.类型： （1）根据基因结构的改变分类：
碱基置换、移码突变
（一）碱基置换（base substitution）
某一碱基配对性能改变或 脱落所致的突变。 转换：同类碱基间的取代。 颠换 ：不同类碱基间的取 代。
非整倍体(aneuploidy)：指增 加或减少一条或几条染色体; 如单 体、三体、四体、缺体等，由于有 丝分裂或减数分裂过程中染色体不 分离造成。
多倍体(polyploidy ) 指染色体数目成倍 增加。三倍体、四 倍体，由于细胞核 分裂和细胞分裂不 同步所致。
染色体数目异常的基本类型
类型
公式
基因突变的案例
——多毛症
丹尼一家五代人都患有这种“狼 人综合征”，他和26岁的哥哥拉里 从小便被当成“怪物”，被关进笼 子中四处展出。
多毛症基因曾是人类身 上的一种“失传基因”。当远 古时代的人类还是长满毛发的 灵长类动物时，身上就存在着 这种基因，但当人类渐渐进化 后，这种基因变得不再需要， 就开始发生突变而“关闭”。 然而丹尼的家族不知何故，他 们体内被“关闭”的多毛症基 因现在又被“打开来了”。 “狼人综合征”非常罕 见，患病概率只有100亿分之 一，且没有根治办法。
五章外源化学物质突变作用
1、复制前修复 光复活：
胸最腺常嘧见啶的形紫成外二线聚对体D。NA的损伤：相邻2个 修复：在长波紫外线或短波可见光诱导
下，光裂合酶可催化嘧啶二聚体进行单体 化。在人类未得到充分证明。 “适应性”反应
低剂量烷化剂可诱导一种专一蛋白质（酶） 的合成，这种酶称为烷基转移酶或烷基受 体蛋白。
可将结合到碱基上（鸟嘌呤）的烷基转移 到酶本身的半光氨酸-SH基上，恢复嘌呤本 身的结构。
类 型
转换(transition) 颠换(transvertion)
它包括转换和颠换两种情况： 原来的嘌呤被另一嘌呤置换或原来
的嘧啶被另一嘧啶置换，我们称之为转 换(transition）； 若原来的嘌呤被嘧啶置换或原来的嘧 啶被嘌呤置换，我们则称之为颠换 (transversion）。 无论是转换还是颠换都只涉及一对碱 基，其结果可造成一个三联体密码子的 改变, 可能出现同义密码、错义密码和 终止密码。由于错义密码所编码的氨基 酸不同，表达的蛋白质可能发生改变； 如果错义密码为终止密码，可使所编码 的蛋白质的肽链缩短。
总之，任何DNA损伤，只要修复 无误，突变就不会发生；如果修 复错误或未经修复，损伤就得以 固定(fixed)下来,于是发生突变。 因此诱发突变是一个受控制的过 程，失控才真正发生突变。一般 来说从DNA损伤到损伤固定需要 几次细胞分裂周期才能形成。
四、突变的不良后果
突
突变的不良后果
变
的发生在生殖细胞，无论其发生
在任何阶段，都存在对后代影响的可能性， 其影响后果可分为致死性和非致死性两种。 致死性影响可能是显性致死和隐性致死。显 性致死即突变配子与正常配子结合后，在着 床前或着床后的早期胚胎死亡。隐性致死要 纯合子或半合子才能出现死亡效应。 如果生殖细胞突变为非致死性，则可能 出现显性或隐性遗传病，包括先天性畸形。 在遗传性疾病频率与种类增多时，突变基因 及染色体损伤，将使基因库负荷增加。 基因库(gene pool)是指一种物种的群体中 生殖细胞内具有的、并能传给后代的基因总 和。 遗传负荷(genetic load)系一种物种群体中 每一个体携带的可遗传给后代的有害基因的 水平。
外源化学物致突变作用
? 染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如21三体导致先天愚型(Down氏综合征)。
第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果
3.碱基类似物（Base analogs ）取代
影响细胞分裂过程的因素：
纺锤体
微管蛋白的合成与聚合
微管结合蛋白的合成与功能发挥
2)碱基切除修复
(base excision repair, BER)
? DNA糖基酶识别、水解受损碱基→受损碱基脱落→AP位点→AP内切酶切断与受损碱基连接的脱氧核糖→聚合酶、连接酶完成修复
3.错配修复（mismatch repair, MMR）
? 识别、去除错配的碱基对（G：T，A：C）
个体对致突变物敏感性差异的原因有:
1)代谢酶的遗传多态性;
2)修复能力差异;
3)宿主因素.
直接修复和切除修复
1.直接修复
1).光复活
光裂合酶切除紫外线产生的胸腺嘧啶二聚体；进化程度越高此功能越弱
2)“适应性”反应（O6-甲基鸟嘌呤修复）
O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（胱氨酸残基接受甲基），修复烷基化的鸟嘌呤，可阻止DNA交链形成，在修复过程中不可逆性失活，但该酶具诱导性
无义突变:mRNA上的密码子由氨基酸编码密码子变成非编码的终止密码(UAG、UGA、UAA)。基因产物是不完全或是无功能的
2.移码突变（frameshift mutation）
? 指发生一对或几对（3对除外）的碱基增加或减少，以致从受损点开始碱基系列（阅读框架）完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸
(一) 代谢酶遗传多态性
遗传多态性(genetic polymorphysm )
_外源化学物致突变作用
谷胱甘肽-S-转移酶 N-乙酰转移酶 UDP-葡糖醛酸转移 酶
CYPs参与了90%以上的化合物代谢
39
▲修复功能的个体差异
O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶（MGMT）
聚（二磷酸腺苷-核糖）多聚酶（PARP） 是另一类参与DNA断裂修复酶
结构改变
染色单体型畸变
（chromatid-type aberration) 染色体型畸变 （chromosome-type aberration)
20
染色体结构异常类型
1 缺失 deletion-del 2 易位 translocation-t 3 等臂染色体 isochromosome-iso 4 插入 insersion-ins 5 重复 duplication-dup 6 倒位 inversion-inv 7 双着丝粒染色体 dicentric chromosome-dic 8 环状染色体 ring chromosome –r
O NH N NH2 N N O
HO HN
OH OH
H H O O P O
H H H O-
O NH N O
H
O
H
H H O H O P OO-
DNA加合
31
32
引起突变的细胞分裂过程改变
1 与微管蛋白二聚体结合
2 与微管上的巯基结合 3 已组装好微管的破坏 4 中心粒移动受阻 5 其他作用 其他改变 1 DNA高保真复制受损 2 DNA修复受损
脱氧核糖+磷酸+碱 基因 DNA分子中最小的具有完整功能的单位
染色质与染色体
DNA + 组蛋白 + 非组蛋白 + 少量RNA
核型
将体细胞全部染色体按大小形态等方式排列
外源化学物致突变作用
17
外源化学物致突变作用
染色体的结构异常的类型
1.稳定性畸变： 可通过细胞分裂而传递下去的畸变类型。
(1) 缺失(deletion)：染色体上丢失了片段。 ①末端缺失:ABCDE→ABCD ②中间缺失:ABCDE→ABCE
(2) 重复(duplication)：染色体连续出现两段或两段以上完全相同的 片段。
注：A、B、C、D代表非同源染色体
2020年4月25日星期六3时4分28秒
24
外源化学物致突变作用
Take a break
2020年4月25日星期六3时4分28秒
25
外源化学物致突变作用
第三节
化学毒物致突变作用的机制及后果
2020年4月25日星期六3时4分28秒
26
外源化学物致突变作用
一、引起突变的DNA变化
2020年4月25日星期六3时4分28秒
11
外源化学物致突变作用
碱基置换的后果
➢同义突变(missense mutation)：指没有改变基因产物氨基 酸序列的改变
➢错义突变(synonymous mutation)：指碱基序列的改变引起 了产物氨基酸序列的改变
➢无义突变(nonsense mutation)：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改变
ABCDE→ABCDEde
(3) 倒位(inversion):染色体片段在染色体内作180°的颠倒。 根据倒位的染色体有无着丝点分为臂间倒位与臂内倒位。
ABCDEFG→ABCEDFG
(4) 易位(translocation):非同源染色体间相互交换了染色体片段。 ABCDE→ABCIJ FGHIJ→FGHDE
外源化学物致突变的类型
外源化学物致突变的类型
外源化学物致突变的类型是指由外部来源的化学物质引起的突变。
这些物质大多数是有毒或半有毒的有机化合物，如氯代烃、硝酸盐、三氯乙烯等，但也有一些无毒的有机化合物，如脲等。
它们通常是在生物体内以不同的形式存在的，如气体、固体或液体，可以通过呼吸、皮肤吸收、摄食或其他方式进入生物体，并在生物体中潜伏。
在环境中，外源化学物质可以与其他物质如酶、受体、DNA、RNA等发生反应，从而诱导突变。
它们可以分子水平上的改变DNA的结构，使碱基对改变，催化DNA的解裂或重新结合，改变DNA序列，从而引起基因变异。
例如，环氧化物可以与DNA的磷酸碱基发生反应，使DNA发生脱氧核苷酸，使基因转录失活，从而引起基因突变。
此外，外源化学物质还可以通过蛋白质结构、信号传感和信号转导等其他方式来改变基因表达水平，从而引起基因突变。
例如，环境污染物尼古丁可以通过多种机制影响蛋白质的结构和功能，导致蛋白质结构变异，从而引起基因突变。
外源物质致突变的类型还有其他一些，包括光照致突变、放射性致突变、自由基致突变等。
其中，自由基致突变是指由于自由基的作用，使DNA碱基对发生变化，使DNA
发生解离或重新结合，从而引起基因突变。
自由基可以来自氧化剂，如氧、氧化硫、过氧化氢等，也可以来自环境污染物，如氯代烃、苯等。
总之，外源化学物致突变的类型包括但不限于有毒或半有毒的有机化合物，光照致突变，放射性致突变，自由基致突变等。
这些物质可以通过多种机制和方式来改变基因结构，引起基因突变，从而影响生物体的表型。
外源性化学物致突变作用
36
终止密码突变
❖ 链终止突变：指无义突变使肽链过早终止。 ❖ 延长突变：指如果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。
37
酪氨酸
天冬氨酸
天冬酰胺
组氨酸
半胱氨酸
苯丙氨酸
丝氨酸
酪氨酸
38
（二）移码突变（frameshift mutation)
➢ 指发生一对或几对不等于3的倍数的碱基减少或增加， 以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码， 并转译为不正常的氨基酸。
➢ 动物正常体细胞染色体数目2n为标准，为二倍体，又称双体 （disomy）。染色体数目异常可能表现为整倍性畸变和非 整倍性畸变。
➢ 整倍性畸变可能出现单倍体、三倍体或四倍体。超过二倍体 的整倍性畸变也统称为多倍体。非整倍性畸变系指比二倍体 多或少一条或多条染色体(2n+1, 2n-1)。
55
整 倍 性 畸 变
➢突变基因：基因内存在突变的基因； ➢野生型基因：没有发生突变的基因。
28
(一) 碱基置换（base subsititution)
碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱落而 引起的突变。
➢ 转换(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的变化 ➢ 颠换(transversion) ：即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的变化
51
(4) 易位(translocation)：从某个染色体断下的节段接到另一 染色体上称为易位。
52
➢染色体结构异常是染色体或染色单体断裂所致。 ➢当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现
染色体结构异常。
53
三、染色体数目异常
Normal human Karyotype: 46, XY
终止密码突变
❖ 链终止突变：指无义突变使肽链过早终止。 ❖ 延长突变：指如果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。
37
酪氨酸
天冬氨酸
天冬酰胺
组氨酸
半胱氨酸
苯丙氨酸
丝氨酸
酪氨酸
38
（二）移码突变（frameshift mutation)
➢ 指发生一对或几对不等于3的倍数的碱基减少或增加， 以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码， 并转译为不正常的氨基酸。
➢ 动物正常体细胞染色体数目2n为标准，为二倍体，又称双体 （disomy）。染色体数目异常可能表现为整倍性畸变和非 整倍性畸变。
➢ 整倍性畸变可能出现单倍体、三倍体或四倍体。超过二倍体 的整倍性畸变也统称为多倍体。非整倍性畸变系指比二倍体 多或少一条或多条染色体(2n+1, 2n-1)。
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整 倍 性 畸 变
➢突变基因：基因内存在突变的基因； ➢野生型基因：没有发生突变的基因。
28
(一) 碱基置换（base subsititution)
碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱落而 引起的突变。
➢ 转换(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的变化 ➢ 颠换(transversion) ：即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的变化
51
(4) 易位(translocation)：从某个染色体断下的节段接到另一 染色体上称为易位。
52
➢染色体结构异常是染色体或染色单体断裂所致。 ➢当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现
染色体结构异常。
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三、染色体数目异常
Normal human Karyotype: 46, XY
药物毒理-致突变作用-2009
基因组:细胞和生物 体的一套完整单体 的遗传物质
2.染色质（Chromatin）与染色体（chromosome） 染色质 ：间期核内光镜可见 的嗜碱性物质 组成：DNA＋组蛋白＋非 组蛋白＋少量RNA 染色体：中期细胞核，染色 质螺旋并折叠成染色体
karyotype(核型)
同源染色体(Homologous Chromosome)：一对染色体，分别来自 父本和母本，染色体上有着相同的线性基因序列 杂合体(Heterozygosity)：同源染色体的某个位点上有不同的等 位基因，这个细胞就称为杂合体 等位基因(Alleles)：同一个基因座位上的多种表现形式。一般控 制同一个性状，比如眼睛的颜色等
20世纪初－ 60年代末期 遗传毒理学形成阶段 1969年3月12日， Alexander Hollaender创建学会， 根据当时 已知的诱变物 ethyl methane sulfonate 命名为“环境诱变剂学 会”Environmental Mutagen Society (EMS) 70年代－80年代后期 遗传毒理学蓬勃发展阶段 肿瘤的发生与诱发突变有关；Ames建立了体外回复突变试 验，发现致癌性和诱变性之间存在很好的相关性
突变研究简史
1904 de Vries X 线可改变生殖细胞的遗传物质 1927 H.J.Muller:X线→果蝇性连锁隐性致死突变(起始) 1942 Charlotte Auerbach&J.M.Robson氮芥对果蝇有致突变性 （化学物致突变的首次证据） 1951 Russed 用X线可诱发小鼠突变 1966 Cuttanach 化学物可诱发小鼠突变 50年代末60年代初，突变对健康的影响始被广泛认
显性 致死
隐性 致死
存活 突变
外源化学物代谢活化及意义
外源化学物代谢活化及意义
外源化学物代谢活化是指一些外源化合物经过生物转化后，其毒性不仅没有减退，反而明显增强，甚至产生致癌、致畸、致突变作用的现象。
这个过程对于环境和人类健康具有重要意义。
外源化学物进入生物体后，通常会经过一系列的代谢转化过程，包括Ⅰ相和Ⅱ相反应。
这些反应可以降低大部分外源化合物的毒性，使其易于排出体外。
然而，有些化合物在代谢过程中会发生活化反应，导致毒性增强。
外源化学物代谢活化的意义在于，它能够揭示环境中某些污染物的毒害性和致病因子的形成机制。
了解这些过程有助于我们更好地预防和控制环境污染对人类健康的影响。
此外，对于一些具有潜在危害的外源化学物，通过研究其代谢活化过程，可以为其毒理学研究、风险评估和制定相关卫生标准提供理论依据。
因此，外源化学物代谢活化的研究对于环境保护、公共卫生及食品安全等领域都具有重要的意义。
Ames实验
化学毒物致突变作用的后果
观察化学毒物致突变作用的基本方法
------致突变试验
遗传学终点(genetic endpoint)： 在致突变试验中观察到的现象所反映的各种 事件的统称。
一、观察项目的选择
1.观察效应终点的类型：
(1)DNA完整性改变
(2)DNA重排或交换 (3)DNA碱基序列改变（基因突变） (4)染色体完整性改变（染色体畸变） (5)染色体分离改变（非整倍体和多倍体）
❑非整倍体(aneuploid)
❑多倍体(polyloid)
❑非整倍体(aneuploid)
含义：指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 类型：缺体(2n-2)、单体(2n-1)、 三体(2n+1)、四体(2n+2) 后果：染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。
❑断裂作用：染色体断裂的发生或过程。
❖染色体型畸变是指遗传物质大的改变--大损伤， 一般可在光学显微镜下细胞学检查发现染色体断 裂及由断裂所致的各种重排。
染色体畸变
染色体畸变类型：
失断 片
微 小 体
无 着 丝 点 环 (minute body) (fragment) (deletion) 断 裂 (break) 裂 隙 (gap) 和 缺外源化学物致突变用遗传(genetic)：
1.是指生物物种通过各种繁殖方式来保证世代间生命延续的过程。 2.遗传是保持生物种族特性稳定的根本，该能力源自遗传物质DNA的特性；
3.遗传的稳定是相对的。
金丝猴的后代仍然是金丝猴
牛的后代仍然是牛
• 变异(variation)：
• 是指生物亲、子代间，或子代个体之间的差异。 • 变异引起生物多态性，使生物得以发展和进化。
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染色体畸变
裂
断
缺断
微
无
环
双
倒
易
重插
辐
隙
裂
失片
小
着
状
着
位
位
复入
射
体
点
环
体
染
色
体
和
和
(insertion) (duplication) (translocation) (inversion)
(minute body) (fragment) (deletion) (break) (gap)
染色体缺失及环状染色体的形成图
DNA TAC TAA, AAG TAC TAT TAC TCC RNA UAC UAA UAG UAC UAU UAC UCC
AA Tyr Och Amb Tyr Tyr
Tyr Ser
无义突变
同义突变
错义突变
一、基因突变(gene mutation)
根据基因结构的改变分类
1．碱基置换(base—pair substitution) 指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。 • 转换(transition) • 颠换(transvertion)
2．整倍体 整倍体(euploid)指染色体数目的异常是以染色体组为单位的 增减，如形成三倍体(triploid)、四倍体(tetroploid)等。在人 体，3n为69条染色体，4n为92条染色体。
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2015/11/12
不同物种动物的染色体数目
2015/11/12
第六章
外源化学物的致突变作用
食品学院 柳春红 liuch@
•第一节 基本概念 •第二节 化学毒物致突变的类型 •第三节 致突变作用机制和后果 •第四节 致突变作用的评价方法
第一节 基本概念
• 遗传毒理学(Genetic Toxicology) –毒理学的一个分支 –研究外源化学物及其他环境因素对生物体遗传 结构的损害作用及其规律。其主要目的是检测 那些能引起DNA损伤的环境因素，研究其遗传 毒作用的特点及对人类的潜在危害。
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无义突变（non-sense mutation）- 链终止突变
碱基替换使编码氨基酸的密码子变成终止密码UAA、UAG或UGA
无义突变 - 延长突变
DNA分子中的某一个终止密码突变为编码氨基酸的密码，从 而使多肽链的合成至此仍继续下去，直至下一个终止密码为 止，形成超长的异常多肽链。
ββ'-二氯二乙硫醚
突 变(mutation)
遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变，突变实 际上是遗传物质的一种可遗传的变异。
▼ 自发突变(spontaneous mutation) 由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、 转录、 修复时的碱基配对错误所产生的突变。
▼ 诱发突变(induced mutation) 诱变剂诱发的突变。
致突变作用或诱变作用(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。
简言之，突变的发生及其过程即为致突变作用。
致突变物
引起生物体遗传物质发生改变的物质或任何环境因子
基因突变(gene mutation)
一个或几个DNA碱基对的改变
• 细胞周期 (cell cycle) • 有丝分裂 (mitosis) • 减数分裂 (meiosis)
第二节 化学毒物致突变的类型
• 基因突变（gene mutation） • 染色体畸变（chromosome aberration） • 染色体数目改变
同义突变（same sense mutation）
2．移码突变 (frameshift mutation) 指发生一对或几对（三对除外）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。
3
2015/11/12
3．三核苷酸重复（三联体重复、三核苷酸扩展） 指一特定的三联核苷酸被扩增，重复数目超过正常 数目。 如：CTG/CTG/CTG/CTG
• 染色质 (chromatin)与染色体 (chromosome) 染色质：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. 染色体 : 细胞分裂时,染色质染色质螺旋化折叠而成
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• 基因型 (genotype)与表型 (pheotype)
基因型: 控制生物性状的基因组成 表型: 发育过程中由基因所控制的生物性状的具体表现
突变的碱基未引起编码的氨基酸发生改变
一、基因突变(gene mutation)
根据对遗传信息的改变分类
1．同义突变： 不改变基因产物氨基酸序列的改变
2．错义突变 3 ．无义突变
致死性突变 渗漏突变 中性突变
链终止突变 延长突变
错义突变（missense mutation）
碱基突变使密码子改变，编码氨基酸改变
4．大段损伤(DNA重排、片段突变、小缺失） 指DNA序列上有较长的一段序列的重新排布，包括 大段的插入、缺失、取代、复制、放大和倒位。
二、染色体畸变(chromosome aberration)
指染色体的结构改变 –染色单体型畸变(chromatid-type aberration) –染色体型畸变(chromosome aberration)
/show/WucKq3tG69YLKD79.html /show/nBGJsoIpR5hAYyAa.html
染色体插入和重复示意图
染色体的臂间倒位
染色体相互易位示意图
三、染色体数目改变
1．非整倍体 非整倍体(aneuploid)指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 缺失一条染色体时称为单体(monosome)，增加一条染色体 时称为三体(trisome)。染色体数目的改变会导致基因平衡的 失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。
染色体畸变(chromosome aberration)
染色体的结构及数目改变
野生型 有机体的正常形状称为野生型。
突变体 有机体的表型中有一种（或多种）与野生型个 体的该特征有所不同，具有这样性状的有机体 称突变体。
1
• DNA (gene)与基因(genosome) :
•
基 因: DNA分子中最小的完整功能单位. 基因组：细胞或生物体的一套完整功能单位.
裂
断
缺断
微
无
环
双
倒
易
重插
辐
隙
裂
失片
小
着
状
着
位
位
复入
射
体
点
环
体
染
色
体
和
和
(insertion) (duplication) (translocation) (inversion)
(minute body) (fragment) (deletion) (break) (gap)
染色体缺失及环状染色体的形成图
DNA TAC TAA, AAG TAC TAT TAC TCC RNA UAC UAA UAG UAC UAU UAC UCC
AA Tyr Och Amb Tyr Tyr
Tyr Ser
无义突变
同义突变
错义突变
一、基因突变(gene mutation)
根据基因结构的改变分类
1．碱基置换(base—pair substitution) 指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。 • 转换(transition) • 颠换(transvertion)
2．整倍体 整倍体(euploid)指染色体数目的异常是以染色体组为单位的 增减，如形成三倍体(triploid)、四倍体(tetroploid)等。在人 体，3n为69条染色体，4n为92条染色体。
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不同物种动物的染色体数目
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第六章
外源化学物的致突变作用
食品学院 柳春红 liuch@
•第一节 基本概念 •第二节 化学毒物致突变的类型 •第三节 致突变作用机制和后果 •第四节 致突变作用的评价方法
第一节 基本概念
• 遗传毒理学(Genetic Toxicology) –毒理学的一个分支 –研究外源化学物及其他环境因素对生物体遗传 结构的损害作用及其规律。其主要目的是检测 那些能引起DNA损伤的环境因素，研究其遗传 毒作用的特点及对人类的潜在危害。
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无义突变（non-sense mutation）- 链终止突变
碱基替换使编码氨基酸的密码子变成终止密码UAA、UAG或UGA
无义突变 - 延长突变
DNA分子中的某一个终止密码突变为编码氨基酸的密码，从 而使多肽链的合成至此仍继续下去，直至下一个终止密码为 止，形成超长的异常多肽链。
ββ'-二氯二乙硫醚
突 变(mutation)
遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变，突变实 际上是遗传物质的一种可遗传的变异。
▼ 自发突变(spontaneous mutation) 由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、 转录、 修复时的碱基配对错误所产生的突变。
▼ 诱发突变(induced mutation) 诱变剂诱发的突变。
致突变作用或诱变作用(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。
简言之，突变的发生及其过程即为致突变作用。
致突变物
引起生物体遗传物质发生改变的物质或任何环境因子
基因突变(gene mutation)
一个或几个DNA碱基对的改变
• 细胞周期 (cell cycle) • 有丝分裂 (mitosis) • 减数分裂 (meiosis)
第二节 化学毒物致突变的类型
• 基因突变（gene mutation） • 染色体畸变（chromosome aberration） • 染色体数目改变
同义突变（same sense mutation）
2．移码突变 (frameshift mutation) 指发生一对或几对（三对除外）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。
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3．三核苷酸重复（三联体重复、三核苷酸扩展） 指一特定的三联核苷酸被扩增，重复数目超过正常 数目。 如：CTG/CTG/CTG/CTG
• 染色质 (chromatin)与染色体 (chromosome) 染色质：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. 染色体 : 细胞分裂时,染色质染色质螺旋化折叠而成
2015/11/12
• 基因型 (genotype)与表型 (pheotype)
基因型: 控制生物性状的基因组成 表型: 发育过程中由基因所控制的生物性状的具体表现
突变的碱基未引起编码的氨基酸发生改变
一、基因突变(gene mutation)
根据对遗传信息的改变分类
1．同义突变： 不改变基因产物氨基酸序列的改变
2．错义突变 3 ．无义突变
致死性突变 渗漏突变 中性突变
链终止突变 延长突变
错义突变（missense mutation）
碱基突变使密码子改变，编码氨基酸改变
4．大段损伤(DNA重排、片段突变、小缺失） 指DNA序列上有较长的一段序列的重新排布，包括 大段的插入、缺失、取代、复制、放大和倒位。
二、染色体畸变(chromosome aberration)
指染色体的结构改变 –染色单体型畸变(chromatid-type aberration) –染色体型畸变(chromosome aberration)
/show/WucKq3tG69YLKD79.html /show/nBGJsoIpR5hAYyAa.html
染色体插入和重复示意图
染色体的臂间倒位
染色体相互易位示意图
三、染色体数目改变
1．非整倍体 非整倍体(aneuploid)指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 缺失一条染色体时称为单体(monosome)，增加一条染色体 时称为三体(trisome)。染色体数目的改变会导致基因平衡的 失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。
染色体畸变(chromosome aberration)
染色体的结构及数目改变
野生型 有机体的正常形状称为野生型。
突变体 有机体的表型中有一种（或多种）与野生型个 体的该特征有所不同，具有这样性状的有机体 称突变体。
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• DNA (gene)与基因(genosome) :
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基 因: DNA分子中最小的完整功能单位. 基因组：细胞或生物体的一套完整功能单位.