外源化学物致突变作用
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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
第七章 外源化学物致突变作用
• 遗传负荷（genetic load）
是指在一种物种群体中每一个携带的可遗传给下一代的有 害基因的平均水平。 突变负荷：是指由于基因的致死突变或有害基因突变产生 而降低了适合度，给群体带来的负荷。 分离负荷：是指由于杂合子（Aa）和杂合子（Aa） 之间的婚配，后代中必将分离而产生一部分适合 度降低的纯合子（aa），因而导致群体的适合度
突变作用的研究史
美国遗传学家。1911～1916年间，马 勒是摩尔根果蝇小组的一个重要成员，他的 主要工作是研究果蝇的遗传交换这是染色体 遗传学说的重要基础，其内容已概括在果蝇 小组成员合写的《孟德尔式遗传的机制》 (1923)一书中。1927年，他发现了 X射线 的诱变作用。这项研究结果不但有助于研究 基因的本质和基因如何控制代谢作用及个体 Hermann Joseph Muller 发育，有利于通过突变基因进行染色体结构 分析研究，而且在诱变育种发展农业生产方 (1890～1967) 面也有重要意义。
• 颠换 (transversion)嘌呤取代嘧啶；嘧啶取代嘌呤。
• 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。
• 基因突变的特点： 1 是具有一定发生概率的偶发事件；
• 致突变作用 (Mutagenesis) 外来因素（化学物）引起细胞核中遗传 物质发生改变的能力，且此种改变可随 细胞分裂过程而传递。
• 遗传毒性 (genetic toxicity) 指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。 • 致突变性 (Mutagenicity) 是精确的概念，指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。 二者既有联系又有区别
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。
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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
毒理学基础：第7章 外源化合物致突变作用
突变的类型
遗传
基因突变 染色体结构改变 染色体数目改变
机理 以DNA为靶的损伤：
基因突变 染色体畸变 不以DNA为靶的损伤 染色体数目改变
1.本质相同，损伤的程度不同 2.基因突变在光学显微镜下不能观察 3.染色体畸变（结构、数目）可在光 学显微镜下观察
1.基因突变
Genetic mutation：指基因在结构上发生 了碱基对组成和排列序列的改变 两种：碱基置换、移码突变
突变是致突变作用的后果 致突变物（mutagen）：能引起突变的物质，又称诱变剂 遗传毒物（genotoxic agent）：因致突变物能引起遗传物质损伤，又称
其为遗传毒物 遗传毒性：对基因组的损伤能力，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。 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
无义密码子：UAA，UAG ，UGA
Tyrosine (Tyr) 酪氨酸 Serine (Ser)丝氨酸
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
√因为碱基序列所形成的一系列三联体密码子相互 间无标点符号，于是从受损位点开始密码子的阅读 框完全改变
3.染色体数目异常
动物正常体细胞染色体数目2n为标准 异常：整倍性畸变—单倍体、三倍体、四倍体
非整倍性畸变—比二倍体多或少一条或多 条染色体
Down 综合征-为21-三体syndrome
发病率：1/800，1.25‰ 以13亿人口计
1.25‰x13亿=162.5万。
体征：智力发育不全，发育迟缓，面容呆滞，眼 距宽。
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
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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
第8讲 外源化学物质突变作用
二、染色体畸变(chromosome aberration) 染色体畸变(
辐
射
插
入
体
(insertion) (d p ication) (d p ication) (d p ication) (d p ication) (trans ocation) (in ersion) (in ersion) (in ersion) (in ersion) 和
——指染色体的结构改变 指染色体的结构改变
原因： 由于染色体或染色单体断裂， 原因 ： 由于染色体或染色单体断裂 ， 造成染色体或染色单体缺失或引起各 种重排，从而出现染色体结构异常。 种重排，从而出现染色体结构异常。 一般可用光学显微镜检查。 一般可用光学显微镜检查。 断裂剂： 凡能引起染色体断裂的物质。 断裂剂 ： 凡能引起染色体断裂的物质 。 断裂作用： 染色体断裂的发生或过程。 断裂作用 ： 染色体断裂的发生或过程 。 关键： 链断裂） （关键：DNA链断裂） 链断裂
化
学
毒
物
的
致
突
变
类
型
环
体
色
体
18
染色体的臂间倒位
染色体缺失及环状染色体的形成图
19
染色体插入和重复示意图
染色体相互易位示意图
20
化 学 毒 物 致 突 变 的 类 型
21
二、染色体畸变(chromosome aberration)
化 学 毒 物 致 突 变 的 类 型
三、染色体数目异常
——基因组突变 基因组突变 动物正常体细胞染色体数目2 为标准， 动物正常体细胞染色体数目 2n 为标准 ， 染色体数目异常 可能表现为整倍性畸变和非整倍性畸变。 可能表现为整倍性畸变和非整倍性畸变。 1 ． 整倍体 整倍体( euploid)指染色体数目的异常是以 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， 如形成单倍体、 三倍体、 染色体组为单位的增减 ， 如形成单倍体 、 三倍体 、 四倍 体等。 超过二倍体的整倍性畸变也统称为多倍体。 体等 。 超过二倍体的整倍性畸变也统称为多倍体 。 在人 体 ， 3 n 为 69 条染色体 ， 4 n 为 92 条染色体 。 在肿瘤细胞及 69条染色体 条染色体， 92条染色体 条染色体。 人类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在。 人类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在 。 发 生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。 生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。 2 ． 非整倍体 非整倍体( aneuploid)指细胞丢失或增加 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， 一条或几条染色体 。 缺失一条染色体时称为单体 ， 增加 一条染色体时称为三体。 一条染色体时称为三体 。 染色体数目的改变会导致基因 平衡的失调， 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。 的异常。
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)。
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
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
第八章外源化学物致突变作用ppt课件
二、致突变试验中的一些问题
1. 阴性和阳性对照的设立 2. 体外试验的活化系统 S9 3. 致突变试验与致癌试验的关系
4.试验结果在毒理学安全性评价中的 作用。
质量控制 a）阴性对照组和阳性对照组的设立 b）盲法观察； c）资料处理； d）实验结果重现性。 阴性结果判定条件 阳性结果判定条件
三、常用的致突变试 验方法
受试组回变菌落数≥阴性对照组回变菌落 数的2倍,并有剂量反应关系或至少某一测试 点有可重复的并有统计学意义的阳性反应.
▲ 点试法: 如受试物点样纸片周围长出较多密集的回
变菌落,与阴性对照组相比有明显区别.
结果报告(平板掺入法) 阳性结果至少重复试验共3次,阴性结果
至少重复试验共2次,才能作出判断.
2.多倍体 ——细胞染色体数目成倍增加。 (三倍体,四倍体等)
第三节 化学毒物致突变作用的
机制及后果
一、机制
（一）引起DNA突变
1.碱基损伤 1）碱基错配 2）碱基类似物的取代 3）碱基的结构改变或破坏 4）平面大分子嵌入DNA链
2。DNA链受损 1）二聚体的形成 2）DNA加合物形成 3）DNA-蛋白质交联物形成
毒理学基础
第八章 外源化学物的致突变作用
第一节 概述
一、基本概念
1. 变异(variation)-----由于遗传物质在自我复 制过程 中的偶而失误,或由于个体发育与 生存受到变化的内外环境条件的影响,一 种物种在个体或历代间的性状出现不同 程度的差异.
2. 突 变 （ mutation ） ——因遗传结构本 身的改变及其引起的变异（可遗传的 变异)。
本试验使用的TK座位杂合子(TK+/-)细胞， 它单步正相突变就会形成TK+/-表型，失去 TK活性，获得TFT抗性，即能像杂合子一 样利用从头合成途径在普通培养基中生长， 又能在TFT选择性培养基中存活，此时存 活的即为自发或致突变的TK+／-集落．
外源化学物致突变作用
13.13
13.11
12
12 13.11
ApoE
13.2
ApoCI
ApoCII, ……
13.33
13.43
孟德尔用豌豆作杂交试验发现了孟德尔定 律，并解释说性状是由“遗传因子”负责传 递的。
1909年，丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因” 这个词，用来表述孟德尔所说的遗传因 子，没有提出基因的物质概念。
表 21-2 点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例)
无义突变 DNA TAC→TAA , TAG
↓↓↓↓ RNA UAC UAA UAG
↓↓↓↓ aa Tyr Och Amb
同义突变 TAC → TAT
↓↓ UAC UAU
↓↓ Tyr Tyr
错义突变
TAC→ TCC
↓
↓
UAC UCC
↓
↓
Tyr Ser
第二节 化学毒物的致突变类型
突变的类型
遗传
基因突变 染色体结构改变 染色体数目改变
机理 以DNA为靶的损伤：
基因突变 染色体畸变 不以DNA为靶的损伤 染色体数目改变
1.基因突变
mutated type wild type
碱基置换（base substitution）
错误配对的碱基在下一次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。
外显子和内含子
— 基因的结构是断裂的
原核生物的基因结构大多数是连续的，即基因编 码蛋白质的序列是不中断的。而真核生物基因的 编码序列是不连贯的，即在两个编码序列之间有 一段不编码蛋白质的非编码序列。
编码序列称为外显子（exon），非编码序列称为 内含子（intron）。
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争取代掺入DNA链中，下
次DNA复制时，5-BrU与A
配对。但由于溴原子带的负
电荷比甲基强，5-BrU发生
异构互变，由酮式变为烯醇
式，DNA复制时， 5-BrU不
与A配对，而与G配对，导
致TA到CG转换
34
外源化学物致突变作用机制
碱基损伤—碱基化学结构改变或破坏
有些化学物可对碱基 产生氧化作用，破坏 或改变碱基结构，引
2020年10月5日星期
一
46
致突变后果
体细胞突变后果
肿瘤、衰老、动脉粥样硬化以及新生儿 畸形、死胎、发育迟缓、流产等
2020年10月5日星期
一
47
致突变后果
生殖细胞突变后果
致死性
显性
不能受精或 受精卵死亡
隐性 纯合子和半合子死亡
非致死性
下一代遗传病发病率 增加下一代基因库 增加或新病种出现 遗传负荷
错义突变
基因产物不完全或 无义突变
无功能
基因产物出现新功能 终止密码 突变
13
基因突变
移码突变（frameshift mutation）：发生一对或几对
（3或3的倍数对除外）碱基减少或增加，从受损点开 始碱基序列完全改变，形成错误密码，并转译为不正 确的氨基酸
氨基酸序列改变
无功能肽链片断
2020年10月5日星期 一
DNA结构局部变形 2一020影年10响月5D日N星期A复制和转录
DNA链间氢键减弱
突变
39
外源化学物致突变作用机制
DNA链受损—DNA加合物形成
一些化学诱变剂或其活化产物可与DNA等 生物大分子中的亲核基团共价结合形成加 合物，使DNA立体构象改变，阻断受损部 位复制和转录 DNA加合物形成是诱变作用的重要事件
起碱基置换或链断裂， 其作用与DNA复
制无关
2020年10月5日星期
一
35
外源化学物致突变作用机制
碱基损伤—碱基化学结构改变或破坏
有些化学物在体内形成有机过氧化物或自 由基，破坏嘌呤结构，导致链断裂
2020年10月5日星期
一
36
外源化学物致突变作用机制
以DNA为靶的直接诱变
（二）DNA链受损
嘧啶二聚体形成 DNA加合物形成 DNA-蛋白质交联物形成
不以DNA为靶的间接诱变
（一）纺锤体抑制
与微管蛋白二聚体结合
与微管蛋白巯基结合
破坏已组装完成的微管
中心粒移动受阻
其他作用
（二）对酶促过程的作用
作用于DNA复制过程的酶
2020年10月5日星期 一
作用于DNA修复过程的酶
45
致突变后果
致突变物 靶细胞
体细胞 生殖细胞
影响接触致突变物的个体 影响可遗传到下一代
一
24
外源化学物致突变类型
基因突变 染色体畸变
光学显微镜
非整倍体和整倍体
不可见 可见 可见
2020年10月5日星期
一
25
外源化学物致突变作用机制
基因突变 以DNA为靶
染色体畸变 非整倍体和整倍体 不以DNA为靶
公认的致突变机制 DNA损伤-修复-突变模式
2020年10月5日星期
一
26
外源化学物致突变作用机制
转换（transition） 颠换（transversion）
2020年10月5日星期
一
12
基因突变
碱基置换结果
UCG
丝氨酸
CCC
脯氨酸
UCU
丝氨酸
CUC
亮氨酸
UCG
丝氨酸
UCC
终止密码
UCC
终止密码
UCG
丝氨酸
2020年10月5日星期 一
基因产物无影响
同义突变
对基因产物功能有影 响或无活性基因产物
碱基损伤—平面大分子嵌入DNA链
嵌入剂（intercalቤተ መጻሕፍቲ ባይዱting agent） 能嵌入DNA链上的化学物
9-氨基吖啶
2020年10月5日星期 一
吖啶橙
32
外源化学物致突变作用机制
碱基损伤—碱基类似物取代
2020年10月5日星期
一
33
外源化学物致突变作用机制
2020年10月5日星期 一
DNA合成期，5-BrU与T竞
染色体型畸变（chromosome-type aberration） 染色单体型畸变（chromatid-type aberration）
化学物引起染色体型畸变还是染色单
体型畸变，主要取决于该化学物性质
及接触该化学物时细胞所处周期
2020年10月5日星期
一
17
染色体畸变
染色单体型畸变
染2一0色20年体10型月5畸日星变期
臂间倒位
插入 重复
21
染色体畸变
稳定型染色体畸变：裂隙、缺失、倒位、重复等 非稳定型染色体畸变：双着丝点染色体、无着丝点断片、环
状染色体等
光学显微镜观察有丝分裂中期相细胞染色体
判断是否有染色体畸变发生
2020年10月5日星期
一
22
非整倍体和多倍体
整倍体：以染色体组为单位的增减 非整倍体：增加或减少一条或几条染色体
18
染色体畸变
断裂是染色体结构异常的基础
2020年10月5日星期
一
19
染色体畸变
染色体结构异常类型
染色体畸变
裂 断 缺断 微 无 环 双 倒 易 重插
隙 裂 失片 小 着 状 着
位
位 复入
辐
体丝染丝
射
点色点
体
环体染
色
体
2020年10月5日星期
一
20
染色体畸变
染色体缺失及环状染色体
相互易位
2020年10月5日星期 一
2020年10月5日星期
一
6
概述
致突变作用 （mutagenesis）
化学物质和其他环境因素引起生物体遗传 物质发生改变的能力，且该改变过程可随 细胞分裂过程而传递
突变的发生及其过程
2020年10月5日星期
一
7
概述
致突变物
mutagen
能够引起突变的物质或因子
直接致突变物
direct-acting mutagen
外源化学物致突变作用 chemical mutagenesis
【目的要求】 掌握外源化学物致突变类型 掌握外源化学物致突变后果 掌握遗传学终点及常用致突变试验原理 熟悉致突变作用评价方法 了解致突变作用机制
2020年10月5日星期
一
2
概述
种瓜得瓜、种豆得豆
遗传（heredity） 保持生物种族特性的根本
4n (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD)
非整倍体
单体
2n-1 (ABCD) (ABC)
三体
2n+1 (ABCD) (ABCD) (A)
四体
2n+2 (ABCD) (ABCD) (AB)
双三体 2n+1+1 (ABCD) (ABCD) (AA)
缺体
2n-2 (ABC) (ABC)
2020年10月5日星期
细胞在第一次减数分裂时同源染色体不分离 第二次减数分裂或有丝分裂过程中，姐妹染色单体不分离
2020年10月5日星期
一
23
非整倍体和多倍体
染色体数目异常的基本类型
类型
公式 染色体组
整倍体
单倍体 二倍体
n
(ABCD)
2n (ABCD) (ABCD)
三倍体
3n (ABCD) (ABCD) (ABCD)
四倍体
2020年10月5日星期
一
28
外源化学物致突变作用机制
G C 2020年10月5日星期
一
AT 29
外源化学物致突变作用机制
碱基损伤—碱基错配
烷化剂引起DNA二级结构改变
烷化剂烷化鸟嘌呤N-7上氨基，造成碱基与脱氧 核糖连接键不稳定，致使碱基丧失，丧失碱基 的DNA留下一个无嘌呤或无嘧啶的位点（AP位 点），不正确的碱基插入AP位点，引起突变
2020年10月5日星期
一
37
外源化学物致突变作用机制
DNA链受损—嘧啶二聚体形成
机体或细胞受到紫外线刺激时，DNA发生化学变 化，产生嘧啶二聚体和4-6光产物，这些改变阻止 DNA复制，导致细胞死亡
TT、CC、CT
2020年10月5日星期
一
38
外源化学物致突变作用机制
DNA链受损—嘧啶二聚体形成
2020年10月5日星期
一
42
外源化学物致突变作用机制
DNA链受损—DNA-蛋白质交联物形成
DNA-蛋白质交联物（DNA-protein crosslink, DPC） 是一种稳定的共价结合物，是致突变物对生物大分 子的一种重要遗传损害， DPC形成对DNA构象与功能产生严重影响（如突 变），因为与DNA交联的是核蛋白
以DNA为靶的直接诱变
（一）碱基损伤
碱基错配 平面大分子嵌入DNA链 碱基类似物取代 碱基化学结构改变或破坏
2020年10月5日星期
一
27
外源化学物致突变作用机制
碱基损伤—碱基错配
烷化剂提供甲基或乙基等烷基与DNA共价结合 鸟嘌呤N-7位、O-6位和腺嘌呤N-8位容易接受烷化
基团，引起碱基错配
2020年10月5日星期 一
群体中每个个体携带的可遗
传给下一代的有害基因的平
均水平
48
致突变后果
2020年10月5日星期
一