外源化学物致突变作用

外源化学物致突变作用

第一节概述

遗传与变异（variation）

突变（mutation）

遗传结构本身的变化及引起的可遗传的变异

自发突变（spontaneous mutation）

诱发突变（induced mutation）

致突变作用（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。简单地说，突变的发生及其过程即为致突变作用。

致突变物(mutagen):能够引起突变的物质

direct-acting ～

indirect-acting～

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

遗传毒理学（genetic toxicology）

研究化学性和放射性物质致突变作用及人类接触致突变物可能引起的健康效应；主要研究致突变的作用机制，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

1. DNA与基因

? DNA（deoxyribonucleic acid）:遗传信息储存的大分子物质，由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，基本成分为四种核苷酸，形成双螺旋结构

基因: DNA分子中最小的完整功能单位；是能够指导表达并产生某个基因产物（蛋白质或RNA）、在一定条件下产生特定生理功能的DNA序列，包括编码区和调控区两大部分；基本作用是决定蛋白质的一级结构

O.T.Avery等人1944年通过肺炎双球菌转化实验首次证明基因的本质是DNA

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

3.体细胞和生殖细胞

? 体细胞(somatic cell):二倍体(diploid)，含2组完全相同的染色体，遗传损伤不遗传给下一代

? 生殖细胞(germ cell):单倍体(haploid)，遗传损伤可遗传给下一代

4.基因型与表型

基因型：是控制生物性状的基因组成，是性状发育的内因，表型形成的根据。用杂交技术鉴定（FISH）

表型：发育过程中由基因控制的生物性状的具体体现；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，基因型只能决定表型可能发育的范围，会产生怎样的表型取决于生物生长发育所处的环境。用理化方法测定

第二节外源化学物致突变的类型

以光学显微镜分辨率0.2μm来区分基因突变和染色体畸变

一、基因突变

基因突变：基因中DNA序列的变化；点突变(point mutation)

1.碱

基置换（base substitution）

某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。

错误配对(mispairing) 碱基置换

复制

转换（transition)和颠换（transversion）

错义突变：密码子发生改变，从一种AA变成另一种AA

同义突变：遗传密码子具有兼并性，虽然有碱基置换的发生，但密码子的意义可以没有改变无义突变: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

? 较易成为致死性突变

正向突变：导致基因产物正常功能丧失的突变

回复突变：使基因产物的功能恢复的突变

? 指染色体结构改变，是遗传物质大的改变，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和由断裂所致的各种重排

作用在复制前（G1或G0期）→S期复制→染色体型畸变

作用在S期复制后及G2期→染色单体型畸变

基因组突变，即基因组中染色体数目异常

? 正常二倍体染色体数:人46, 大鼠42,小鼠40,狗78,兔44

? 非整倍体(aneuploidy):增加或减少一条或几条染色体

? 多倍体(polyploid,整倍体euploid):以染色体组为单位的增加

? 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

细胞分裂纺锤纤维的功能发挥

着丝粒与之有关的蛋白质作用

极体复制与分离

减数分裂时同源染色体联合配对与重组

1.同源染色体在减数分裂I期不能适当分离

与微管蛋白二聚体结合：秋水仙碱→与微管蛋白二聚体结合→妨碍微管的正常组装→抑制细胞分裂

与微管巯基结合：苯基汞与着丝粒微管结合，甲基汞与极间微管结合→分裂部分抑制→非整倍体

已组装微管的破坏：秋水仙碱、灰黄霉素、长春新碱→与微管结合蛋白结合→微管解聚

毛地黄皂苷→与微管非特异性结合→蛋白质变性

异丙基-N-氨基甲酸苯酯→微管失去定向能力

中心粒移动受阻：秋水仙碱→中心粒分离和移动

其他：如N2O机制不明

The use of colchicine to generate

a diploid from a m

onoploid. Colchicine added to mitotic cells during metaphase and anaphase disrupts spindle-fiber formation, preventing the migration of chromatids after the centromere is split. A single cell is created that contains pairs of identical chromosomes that are homozygous at all loci.

DNA复制相关酶、组蛋白和非组蛋白

DNA修复机制的损伤

第四节机体对致突变作用的影响

DNA可受到自发性化学降解和环境中化学致突变物,辐射等因素影响而损伤,但在所有的物种中均世代相传：

1)DNA执行高保真度的复制;

2)机体已进化有多种机制修复DNA损伤(包括损伤耐受机理和修复机理 )。

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