第七章外源化合物致突变作用

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外显子是出现在mRNA分子中的基因序列;内含 子则是不出现在mRNA分子中的基因序列。
不同基因的外显子和内含子的数量及其长度是不等的。
突变(mutation):指遗传结构本身的变 化及其引起的变异
即生物体的遗传物质发生了突然的、根本 的、遗传的变化,因为这种变化起源于基 因和染色体,因此是可遗传的变异
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
➢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
5
➢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
6
第一节 概述
为什么子女与父母非常相象?
复制
RNA复制
转录
DNA
逆转录
RNA
翻译
蛋白质
√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,甚至引起链断裂 √如甲醛、安吉甲酸乙酯、乙氧咖啡碱等在体内可形成 有机过氧化物或自由基,可间接使嘌呤的化学结构破坏, 出现DNA链断裂
DNA链受损
1.二聚体形成:
紫外线
DNA---→ 环丁烷嘧啶二聚体和4-6光产物 → 阻止DNA复 制 → 引起细胞死亡
基因就是指DNA中能编码蛋白质和功能 RNA的特定核苷酸序列
13.3
13.2
LDL-R, ……
13.13
13.11
12
12 13.11
ApoE
13.2
ApoCI
ApoCII, ……
13.33
13.43
等位基因
一对同源染色体统一基因座上的一对基因称 为一对等位基因(allele)。
二倍体细胞每一个基因是成对存在的,每一 对基因分别来自双亲的染色体的同一位置上 ,这个位置称为基因座(locus)。
少或增加1个氨基酸,其后果与碱基置换相似,与移码突 变不一样,不包括在移码突变范畴
基因突变的案例——白化病
一组由黑素合成相关的基因突变导致眼或眼、皮肤、 毛发黑色素缺乏引起的遗传性疾病
酪氨酸酶缺乏或功能减退 发病率,2/1000 常染色体隐性遗传
31
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”。
引起移吗突变
3.碱基类似物取代
指与碱基结构类似的化学物 碱基类似物能在S期中与天然碱基竞争,并取代其位置
5-溴尿嘧啶和T很相似,仅在第5个碳元子上由Br取代了甲基, 5BU有酮式、烯醇式两种异构体,可分别与A及G配对结合
A A GG T B U K B U E C
酮 式 烯 醇 式
4.碱基的化学结构改变或破坏
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。
突变的后果
同义突变( synonymous mutation):指没有改变 基因产物氨基酸序列的改变
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
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
表 21-2 点 突 变 的 类 型 (以 Tyr的 密 码 子 为 例 )
无 义 突 变 同 义 突 变 错 义 突 变 D N AT A C → T A A ,T A G T A C→ T A T T A C → T C C
↓↓↓↓ ↓ ↓ ↓ ↓ R N AU A C U A A U A G U A C U A U U A C U C C
遗传毒理学(genetic toxicology)
研究化学、物理和生物因素对遗传物质(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效应的学科。
主要研究致突变作用机理 寻找敏感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
致突变作用(mutagenesis):指外来因素特别 是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的 能力,而且此种能力可随同细胞分裂过程而传递
(2)无着丝点断片和缺失
在下一次细胞分裂时断片因无着丝 点,故不能进入分裂的核中而滞留 在细胞质中,称为“微核”
染色体畸变类型
(3)环状染色体 (4)倒位 (5)插位和重复 (6)易位
后果: 稳定的畸变(如倒位、易位):染色体重排,可在机体或细胞群传递 不稳定畸变(无着丝粒断片、环状染色体):因丧失重要遗传物质 或有丝分裂障碍致细胞死亡。
等位基因之间有相互作用:如完全显性,不 完全显性等。
非等位基因之间也存在相互作用。
复等位基因
在某一种生物的群体中,每一个基因座上 可以有两个以上的等位基因,这就是复等 位基因(multiple allele)。
例如人类的血型就是由IA,IB,i 3个复等位基 因决定的,这几个基因各自编码特定的红 细胞表面抗原。
可以定量检测。 (突变率)
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
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
第二节 外源化学物的致突变类型
第七章外源化合物致突变作用
此处添加副标题内容
第七章 外源化学物致突变作用
Mutagenesis of Xenobiotics
一般毒性作用 特殊毒性作用
(致畸、致突变、致癌)——“三致”作用
3
目的要求
掌握外源化合物的致突变作用 熟悉致突变作用的评价方法 了解致突变作用的遗传学基础
【内容】
mutated type gene:基因内存在突变位点的基因 wild type gene:没有发生突变的基因
A 腺嘌呤
G
T
C
25
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
胞嘧啶
碱基置换(base substitution)
转换(transition):嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的变化 颠换(transversion):嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的变化 由某一碱基配对性能改变或脱落而引起的突变
年份 1904
1927
1943
1951 1966 1969
突变研究简史
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 &
色体畸变
Robson
用X射线可诱发小鼠突变
化学物可诱发小鼠突变
Russed
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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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”。
↓↓↓↓ ↓ ↓ ↓ ↓ aa T yr O ch A m b T yr T yr T yr Ser
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
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
√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
移码突变的结果
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
移码较易成为致死性突变 如果减少或增加碱基对刚好是3对,则产物的肽链中仅减
一般情况下甲基化>乙基化>高碳烷基化
烷化剂与 DNA共价
结合
如甲基黄酸乙脂(EMS),氮芥(NM),甲基黄酸甲脂(MMS),亚硝基胍(NG) 等,它们的作用是使碱基烷基化,EMS使G的第6位烷化,使T的第4位上烷 化,结果产生的O-6-E-G和 O-4-E-T分别和T、G配对,导致G∶C对转换成 A∶T对;T∶A对转换成C∶G
成立国际环境诱变剂学会 Guttanach
16
现实生活中……
➢ 自然界中的自发突变 ➢ 转基因的动、植物 ➢ 各种有害因素引起的突变(物理,生物,化学)
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自发突变:取决于时间、环境以及在基因
组中位置而随机变化
突变
适应性突变:适者生存(如细菌耐药性)
诱发突变
新品种培育、选择、改良 人类健康危害
发生过程短,频率高;可为人 类利用,也可能对人有害
“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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2.染色体畸变
染色体结构异常(structual chromosome aberration):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
染色体畸变类型
(1)裂隙和断裂:指染色体上狭窄的 非染色带,过去以宽度超过染色单体宽 度为断裂,反之为裂隙
不以DNA为靶的损伤 染色体数目改变-非整倍体、多倍体
1. 突变的DNA变化
碱 基 损 伤
碱基错配 平面大分子嵌入DNA链 碱基类似物取代 碱基的化学结构改变或破坏
DNA链受损
二聚体形成 DNA加合物形成 DNA蛋白交联物形成
2. 突变细胞分裂过程改变 3. 其它:
1.碱基错配
烷化剂(alkylating agent):指对DNA和蛋白质 具有强烈烷化作用的物质
G O -6 -E - G A T O -4 -E -T C
C
TTA
GG
2.平面大分子嵌入DNA链
嵌入剂(intercalating agent):指能以静电吸附 形式嵌入DNA单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相 邻多核苷酸链之间的物质 如吖啶类染料分子多数是多环的平面结构,特别是 三环结构,其长度为6.8*102nm,恰好是DNA单链相邻 碱基距离的两倍
眼裂小,外眼角上斜,鼻根扁平,张口伸 舌,流涎水缺乏 抽象的思维能力,只会发单音节。 常伴有四肢、五官、内 脏、皮肤等方面的异常。 50%患者伴有先天性心脏病,是死 亡的主要原因。白血病的发病率高于常人20倍。
Down(唐氏)综合征患者
第三节 外源化学物致突 变作用的机制及后果
机理
以DNA为靶的损伤: 基因突变 染色体畸变
外显子和内含子 — 基因的结构是断裂的(split gene)
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)。
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。
紫外线诱发胸苷二聚体 阻断DNA复制
O
H N
O
CH3 H N
UV
O
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CH3
H
CH3 CH3
H
N
N
O
N
H
O
N
H
O
N HH N
O
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