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第七章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)

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。

第二次--第七章 外源性化学物致突变作用

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

第七章外源化学物致突变作用
掌握：遗传毒理学相关概念；化学毒物致 突变类型；观察化学致突变物作用的基本 方法。
熟悉：化学毒物的致突变作用及其后果. 了解：机体对致突变作用的影响.
第一节 概述
案例 1 食品的致突变性
人类的食物中存在某些致突变的化合物。 在这些化合物中，除了本来就存在食品中 外，有相当一部分是在烹调加工过程中形 成的。
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。
蛋白质含量最高的肉类在烹调时可形成大 量致突变物。这是由于蛋白质热解时可形 成许多含氮的杂环物质，提供了致突变物 的前体。
案例2 化妆品的致突变性
由于育发、染发、烫发、脱发、美乳、健 美、除臭、祛斑和防晒的化妆品属于特殊 用途化妆品。由于配方中含有特殊的功效 成分如育发剂中含有氮芥、染发剂中含有 邻苯二胺，这些物质在体现功效的同时， 常具有强致突变性，其安全性日益收到重 视。卫生部对特殊用途化妆品的安全性评 价有明确规定，Ames试验是试验组合中的 必做项目。
第七章 外源化学物致突变作用
一般毒性作用 特殊毒性作用
（致畸、致突变、致癌）——“三致”作用
致突变作用---造就了“蜘蛛侠”？
现实生活中……
2公斤重的太空茄
经历过太空遨游的辣椒种子，经宇宙射线照射大多发生了遗传性基因突变。 太空椒的培育利用了可遗传的变异：基因突变
目的要求
表 21-2 点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例)

外源化学物致突变作用

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。
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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

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

第七章外源化学物致突变作用详解演示文稿

第七章外源化学物致突变作用详解演示文稿

第二十七页，共100页。
染色体插入和重复示意图
染色体的臂间倒位
第二十八页，共100页。
染色体相互易位示意图
第二十九页，共100页。
三、非整倍体和多倍体 (aneuploidy and polyloid) 细胞的染色体数目不同于正常的染 色体数目。 或称为基因组突变（genomic mutation) 即基 因组中染色体数目的改变 • 染色体数目异常以二倍体细胞为标准进行命 名。 • 非整倍体指增加或减少一条或几条染色体； • 多倍体指以染色体组为单位的增加。
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面也有重要意义。
1946年获诺贝尔
生理学医学奖。
第五页，共100页。
突变作用的研究史
20世纪50年代，Watson 和Crick阐明了DNA的结构，为研 究突变机理开辟了一条新的途径。
指染色体结构改变，它是指遗传物质大的改变。一般可用 光学显微镜检查适当有丝分裂中期的染色体来发现。分染 色单体型畸变和染色体型畸变。
结构异常:缺失 (deletion)
重复 (duplication) 倒位 (inversion)
易位 (translocation)
第二十六页，共100页。
染色体缺失及环状染色体的形成图
产生原因：基因重组、基因突变、染色体成分 改变、细胞质变化。
• 突变（Mutation）遗传物质自身发生改变 及其引起的变异。分为自发突变和诱发突 变
第九页，共100页。
• 遗传毒理学 (genetic toxicology) 属毒理学下属三级学科,是研究化学性和 放射性物质对机体遗传物质的损害作用 （致突变作用）及可能引起的健康效应。

第七章__化学毒物致突变作用(1)


能引起妊娠的人或试验动物产生畸胎的外源化学物称为致畸 物。它通过胎盘直接作用于发育的胚胎和胎儿而产生后果。通过
动物试验和体外致畸试验方法，可检测外源化学物能否引起胚胎
毒性或后代畸形。
第一节
一、基本概念
概
述
生物在世代繁衍中存在着遗传与变异，它是普遍存在于生物界
的生命现象。在亲子之间或子代个体之间出现不同程度的差异，这
而涉及两条染色单体，称为染色体型畸变(chromosome-type
aberration)。
染色体结构异常的类型：
(1)缺失(deletion)：染色体上丢失了一个片段。
(2)重复(duplication)：在一套染色体里，一个染色体片段出现 不止一次。 (3)倒位(inversion)：一个染色体片段被颠倒了，如颠倒的片段 包括着丝点，称为臂间倒位(pericentric inversion)；如不包 括着丝点则称为臂内倒位(paracentric inversion)。
酸，形成双螺旋结构。基因
(gene)是DNA分子中最小的完整功能单位基因的基本作用在于决 定蛋白质的一级结构，即每个基因决定一条多肽链或者说一个基 因决定一种酶。基因是生物遗传信息的携带者，细胞或生物体的 一套完整单体的遗传物质称基因组(genome)。 2.染色质与染色体 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，即染色质(chromatin)。它由DNA、组蛋白、非组蛋白 及少量的RNA组成，形似串珠状的复合体。
每个子细胞各具有与亲代细胞完全相同的染色体。
减数分裂(meiosis)指通过两个细胞周期使染色体数目减少一
半的细胞分裂方式。它是一种特殊的有丝分裂。其细胞核分裂两
次，而染色体只复制一次，经过分裂后染色体数目减少一半，变 成单倍体(haploid)。

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。

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
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第七章外源化学物致突变作用
一、名词解释
1.致突变作用
2.致突变物
3.微核试验
4.遗传负荷
5.Ames test
二、选择题
1. 下列哪些形式不属于基因突变
A．颠换
B．倒位
C．移码突变
D．大段损伤
2. 碱基置换的后果是出现
A．同义密码
B．错义密码
C．终止密码
D．以上都对
3. DNA链中减少了一对碱基可导致
A．染色体畸变
B．移码突变
C．碱基置换
D．大段损伤
4. 颠换与转换的不同点主要在于
A．碱基置换的类型
B．产生的氨基酸
C．产生的蛋白质
D．导致的后果
5. 导致染色体结构异常的原因是
A．DNA交联
B．DNA链的复制错误
C．DNA链的断裂与异常重接
D．DNA链的断裂与原位
6. 关于大段损伤的描述错误的是
A．DNA链大段缺失
B．跨越基因的损伤
C．DNA断裂
D．光镜下可见
7. 染色体断裂后不重接则不能形成下列哪种形态学改变A．无着丝粒断片
B．染色体缺失
C．环状染色体
D．微核
8. 下列哪些发生断裂与重接的染色体基因不丢失和增加A．倒位
B．插入
C．易位
D．重复
9. 有关染色体畸变的描述错误的是
A．光镜下可见的变化
B．光镜下不可见的变化
C．染色体结构异常
D．染色体数目异常
10. 染色体数目异常出现三体可记为
A．2n-1
B．2n+1
C．2n+3
D．2n-3
11. 以下哪种情况属于染色体整倍性畸变
A．n
B．2n
C．3n
D．上述AC都是
12. 下列哪种类型不属于以DNA为靶的诱变A．烷化剂作用
B．碱基类似物取代作用
C．嵌入剂作用
D．对DNA合成酶系的破坏作用
13. 下列哪种作用是以DNA为靶的化学诱变作用A．对有丝分裂作用的干扰
B．对DNA合成酶系的破坏
C．对DNA复制酶系的破坏
D．以上都不是
14. 突变的后果有
A．肿瘤，显性致死，炎症
B．显性致死，隐性致死，遗传性疾病
C．显性致死，炎症，遗传性疾病
D．隐性致死，变态反应，肿瘤
15. 下列哪种后果不是生殖细胞突变引起的A．显性致死
B．显性遗传病
C．隐性遗传病
D．癌症
16. 在染色体畸变试验中，染色体结构的改变不能观察到A．断片
B．微小体
C．微核
D．染色体环
17. 突变发生在生殖细胞，结局不包括
A．畸形
B．早产
C．肿瘤
D．遗传性疾病
18. 关于微核的描述不正确的是
A．实质是DNA
B．是丢失的染色体片段
C．存在于细胞核中
D．存在于细胞质中
19. 以DNA损伤为检测终点的致突变试验是
A．微核试验
B．染色体畸变试验
C．Ames试验
D．姐妹染色单体交换试验
20. 化学毒物引起突变类型不包括
A．基因突变
B．癌变
C．染色体畸变
D．染色体数目异常
21. 化学毒物引起细胞突变的最直接原因是
A．细胞膜脂质过氧化损伤
B．细胞钙稳态失调
C．蛋白质损伤
D．核苷酸损伤
22. Which of the following terms does NOT describe a mutagenic effect?
A. chromatid deletion.
B. mitosis.
C. polyploid.
D. nondisjunction.
三、简答题
1.简述遗传学损伤的类型及突变的不良后果
2.遗传毒理学试验的主要遗传学终点有哪些？请举例
3.简述Ames 试验、微核试验的基本原理
4.突变的定义？化学致突变作用如何分类？
5.选择检查致突变物试验时应注意的事项有哪些？
四、论述题
1. 试述生殖细胞突变和体细胞突变的后果
2. 机体对致突变作用是如何影响的？。