第6章外源化学物致突变作用

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(1) 缺失（deletion)：染色体上丢失了一个片段。
一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，就会出现一个或 多个无着丝粒断片和一个缺失了部分染色质并带有着丝粒 的异常染色体。
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(2) 重复： 在一套染色体里，一
个染色体片段出现不止一次。
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(3) 倒位(inversion)：一个染色体片段被颠
单 碱 基 缺 失
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基因突变的案例——白化病

突变--黑色素生成缺陷 --眼、毛发色素缺乏 发病率，2/1000 常染色体隐性遗传


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基因突变的案例——色盲症


全色盲，双色盲，色弱（红绿蓝三原色）
发病率，男性7%，女性0.49% X染色体隐性遗传（交叉遗传） 尚无有效的治疗方法（色盲矫正隐形眼镜， 改善色觉,提高色调分辨能力）
1927
1943 1951
1966
1969
化学物可诱发小鼠突变
成立国际环境诱变剂学会
Russed
Guttanach
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从发生原因上，可分为：
自发突变(spontaneous mutatห้องสมุดไป่ตู้on):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
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。
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，也称为遗传毒物。
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直接致突变物（direct-acting mutagen)：
具有很高的化学活性，其原型就可引起生 物体突变的物质。
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第一节 概 述
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一、基本概念
遗传与变异
遗传：
生物物种以各种繁殖方式来保证世代间生命的持续。 种瓜得瓜 种豆得豆
变异：
亲子之间或子代之间出现不同程度的差异。
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突变（mutation)：遗传结构本身的变化及其引起的变 异
---生物体的遗传物质发生了突然的、根本的变化，因为这 种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异 .
基因突变：可分为碱基臵换和移码突变 两种类型。
突变基因：基因内存在的突变的基因 野生型基因：没有发生突变的基因
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(一) 碱基臵换（base subsititution)
碱基臵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
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患儿具明显的特殊面容体征： 眼距宽，鼻根低平，眼裂小， 眼外侧上斜，有内眦赘皮，外 耳小，舌胖，常伸出口外，流 涎多。
3.男性唐氏婴儿长大至 青春期，也不会有生 育能力。 4. 易患各种感染，如 存活至成人期，则常 在30岁以后即出现老 年性痴呆症状。
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突出的面部特征包括枕 骨突出，外耳旋转有畸 形，眼裂短，嘴巴小

桡骨发育不全，半椎骨， 手握拳呈手指交错，并 指 (趾 )
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突变的类型
突 变 基因突变 染色体数目变化 染色体畸变
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摩尔根在《基因论》中绘制了果蝇基因位臵图， 首次完成了当时最新的基因概念的描述： 基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不 仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位和 交换单位。

至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。
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摩尔根果蝇遗传实验具有划时代意义
◆人类第一次把基因与染色体联系起来，认为基因
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诱发突变(induced mutation)：是指人
为地造成突变
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
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遗传毒理学(genetic toxicology)：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的 科学。
致突变作用（mutagenesis)：是指外来因


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二、染色体畸变(chromosome aberration)
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染色体结构异常（畸变）（structural
chromosome aberration)：是指由于染色 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。
断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质。
倒了。倒转180再重接

臂间倒位：如果颠倒的片段包括着丝点，称为 臂间倒位； 臂内倒位：如不包括着丝点，称为臂内倒位。

染色体的臂间倒位
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(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。
相互易位
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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
第七章 外源性化学物致突变作用
（Mutagenesis of Xenobiotics )
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一般毒性作用 特殊毒性作用
（致畸、致突变、致癌）——―三致”作 用
2
致突变作用---造就了“蜘蛛侠”？
3
4
5
6
7
8
9
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现实生活中……

自然界中的自发突变 转基因的动、植物（红薯，蓝色玫瑰）
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染色体畸变又可分为
染色体畸变（chromosome-type
aberrations)：指染色体中两条染色单 体同一位点受损后所产生的结构异常
染色单体畸变（chromatid-type
aberrations)：指畸变涉及复制染色体 中两条染色单体中的一条
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染色体结构异常的类型
类型： 缺失 重复 倒位 易位
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‘狼人综合征’和月亮以及狼没有任何联系，而是与 基因有关。 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。
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错义突变(missense mutation)：指碱基序 列的改变引起了产物氨基酸序列的改变
单核苷酸替代
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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。
终止密码子：UAA UAG UGA
•
突变”这个词的来源：“突变”是由荷兰De Vries（1901－1903） 提出。他当时在栽培月见草，发现其中有多种可变遗传的变异， 因这些变异是不连续的好象突然发生，故叫“突变” 孟德尔的豌豆杂交实验为现代遗传学 奠定了基础(基因分离、自由重组)
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•

1909年摩尔根(Morgan)发现 在红眼果蝇中有白眼果蝇 因发现了果蝇白眼突变的性 连锁遗传，提出了基因在染 色体上直线排列以及连锁互 换定律，摩根于1933年被授 予诺贝尔奖。 1946年，摩根的学生，被誉 为“果蝇的突变大师”的米 勒，证明Ｘ射线能使果蝇的 突变率提高150倍，因而成 为诺贝尔奖获得者.
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整 倍 性 畸 变
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非 整 倍 性 畸 变
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缺体是指缺少一对同源染色体；
单体或三体系指某一对同源染色体相应
地少或多一个
四体则指其比同源染色体多一对。
人类中常见有三种三体：
（1）21-三体，即Down氏综合征；
（2）18-三体，即Edward综合征
（3）13-三体，即Patau综合征。
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基因突变的案例——多毛症
23岁的墨西哥男子丹尼· 出生后 就患有一种罕见的多毛症，全 身都被浓厚的黑色毛发覆盖， 看起来就像传说中的恐怖“狼 人”。 据悉，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。 祖母携带这种变异基因，将它传 给了后代。哥哥拉里、堂姐妹 莉莉和卡拉、亲妹妹贾米、6 岁侄女丹尼拉等
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A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
T 胸腺嘧啶
C 胞嘧啶
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Transitions are more common than transversions
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后果
同义突变(synonymous mutation)：指没有
改变基因产物氨基酸序列的突变。
GGG 和GGA 均编码 (glycine, Gly,甘氨酸)
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一、基因突变
基因突变（genetic mutation)：是指基
因在结构上发生了碱基对组成和排列 序列的改变（point mutation)。
不能应用光学显微镜直接进行观察，须采用理化或 生物学方法才能检出。 光学显微镜可分辨的物质最小为0.2μm 相当于4.7×106个核苷酸对的长度
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3. 生物因素：病毒、基因工程等
转基因鲑鱼(上)比同年龄的 野生鲑鱼(下)重 11 倍 34
第二节 化学毒物致突变的类型
从遗传学角度或突变角度分为：
基因突变 染色体结构改变 染色体数目改变
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从机理角度分为：
对DNA为靶的损伤（包括基因突变和染
色体畸变）
不以DNA为靶的损伤(染色体数目异常）
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
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动物正常体细胞染色体数目2n为标准，
为二倍体。染色体数目异常可表现为整 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)。

各种有害因素引起的突变（物理，生物， 化学） 外源性化学物致突变作用

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【内容】
基本概念：突变、遗传毒理学、致突变作
用、致突变物
致突变的类型：基因突变、染色体结构异
常、染色体数目异常
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致突变作用机制 突变的后果：生殖细胞突变，体细胞突变 机体对致突变作用的影响 致突变试验
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基因与染色体

生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了生物 的遗传。但是，基因究竟在细胞内的什么地方？

摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，基因 在染色体上。
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•摩尔根和他的学生利用果蝇作了 大量的研究。1926年出版《基因 论》，建立了著名的基因学说。
Thomas Hunt Morgan （1866～1945）
由于碱基序列所形成的一系列三联体密码子 相互间并无标点符号，于是从受损位点开始 密码子的阅读框架完全改变。

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结果
是从原始损伤的密码子开始一直到信息
末端的氨基酸序列完全改变。
使读码框架改变其中某一点形成无义密
码，于是产生一个无功能的肽链片段。
移码突变较易成为致死性突变。
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单 碱 基 置 换
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2. 物理因素：电离辐射、温度剧烈变化等
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在医院接受治疗 的受辐射的孩子
1986年4月26日，原苏联在乌克兰境内 修建的切尔诺贝利核电站发生爆炸并引起 大火。该事故导致约８吨的强辐射物严重 泄露，造成了史无前例的放射性污染，其 危害至今也未能完全消除。 切尔诺贝利事故增加儿童体内DNA变异。
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终止密码的突变
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。
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（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。
间接致突变物（indirect-acting
mutagen)： 本身不能引起突变，必须在体内经过代谢 活化，才具有致突变性的物质。
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环境中的致突变因素
1. 化学物质

天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚硝酸盐等 人工合成的致突变物
抗癌药物：如环磷酰胺等
烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等 有毒金属：如六价铬、有机汞等 农药：如乐果、敌百虫等 食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝1号和2号 等 其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等
是一种物质，是染色体上的一个特定的区段。 ◆确立并发展了染色体的遗传理论。
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突变研究简史
年份 1904 事 件 作者 发现X射线可以改变生殖细 De Vries 胞的遗传物质 用X射线照射发现可以引起 Muller 基因突变 发现芥子气可诱发基因和染 Averbach & Robson 色体畸变 用X射线可诱发小鼠突变