化學(xué)毒物的致突變作用

化學(xué)毒物的致突變作用第1頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八章化學(xué)毒物的致突變作用第2頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述一、基本概念遺傳是生物保持其種族特性的根本；變異是生物物種推陳出新的來(lái)源。第3頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基本概念突變：遺傳物質(zhì)發(fā)生的可改變生殖細(xì)胞或體細(xì)胞中的遺傳信息，并產(chǎn)生新的表型效應(yīng)的改變。突變類型：自發(fā)突變和誘發(fā)突變。致突變作用：外源化學(xué)物及其他環(huán)境因素引起核內(nèi)遺傳物質(zhì)發(fā)生變化，并且這種改變隨細(xì)胞分裂過(guò)程而傳遞的過(guò)程。第4頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基本概念突變基因突變?nèi)旧w畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)異常染色體數(shù)目異常光鏡觀察。根據(jù)表型判斷；第5頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、遺傳學(xué)基礎(chǔ)（一）DNA-基因-基因組；（二）染色質(zhì)與染色體1.“舒展以復(fù)制，濃縮以分離”；2.染色體與基因密切關(guān)聯(lián)。（三）體細(xì)胞與生殖細(xì)胞第6頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、遺傳學(xué)基礎(chǔ)（四）細(xì)胞周期與細(xì)胞分裂細(xì)胞周期間期G1期G2期S期有絲分裂期（M期）前期中期后期末期第7頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有絲分裂（mitosis）第8頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月減數(shù)分裂（meiosis）第9頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)化學(xué)毒物的致突變類型一、基因突變基因突變：組成一個(gè)染色體的一個(gè)或幾個(gè)基因中DNA序列發(fā)生的變化，又稱點(diǎn)突變。突變類型：堿基置換、移碼和大段損傷。第10頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基因突變（一）堿基置換堿基置換：某一堿基配對(duì)性能改變或脫落所致的突變。突變類型：轉(zhuǎn)換和顛換。突變的后果：同義密碼、錯(cuò)義密碼或終止密碼。第11頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基因突變（二）移碼移碼：DNA中增加或減少了一對(duì)或不等于3的倍數(shù)的幾個(gè)堿基對(duì)所造成的突變。GCUGCUGCUAlaAlaAlaUGC

UG⑴GCUAGCAlaSerCysDNARNA蛋白質(zhì)⑵GCUCUGCUG

CUAlaLeuLeu第12頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基因突變（三）大段損傷大段損傷：DNA鏈大段缺失或插入，這種損傷有時(shí)可跨越兩個(gè)甚至數(shù)個(gè)基因。突變類型：基因Aab小缺失：插入：重排：baab第13頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、染色體結(jié)構(gòu)異常

突變?cè)颍喝旧w或染色單體斷裂，當(dāng)斷端不發(fā)生重接或錯(cuò)誤重接。檢查方法：光鏡檢查相應(yīng)細(xì)胞有絲分裂中期的染色體。染色體化學(xué)斷裂劑擬紫外線斷裂劑：擬放射性斷裂劑：復(fù)制后復(fù)制后復(fù)制前第14頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月染色體結(jié)構(gòu)異常類型：斷裂、倒位、缺失、重復(fù)、易位、環(huán)狀染色體等。三、染色體數(shù)目異常染色體數(shù)目異常整倍性畸變：例如23或69條染色體；非整倍性畸變：例如45或47條染色體。第15頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)化學(xué)毒物致突變作用的機(jī)理及后果一、以DNA為靶的損傷機(jī)理（一）DNA加合物及交聯(lián)分子的形成許多化學(xué)誘變劑或其活性產(chǎn)物是親電子劑，極易與核酸或蛋白質(zhì)等大分子的親核位點(diǎn)發(fā)生共價(jià)結(jié)合，形成加合物或交聯(lián)分子。例1.黃曲霉毒素B和苯并（a）芘經(jīng)代謝活化形成環(huán)氧化物，然后與DNA共價(jià)結(jié)合生成加合物，從而誘發(fā)突變。例2.烷化劑的誘變作用。

第16頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月烷化劑的誘變作用：烷化劑：是一些可與大分子親核部位共價(jià)結(jié)合的親電子劑，通過(guò)提供烷基與DNA共價(jià)結(jié)合而誘發(fā)突變。如，硫酸二甲酯、甲基磺酸乙酯、乙基磺酸乙酯。例如，鳥(niǎo)嘌呤的O-6位被烷化常引起堿基錯(cuò)配，由原來(lái)的G:C轉(zhuǎn)換為A:T。第17頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月烷化劑的誘變作用：烷化劑既可以是單功能的，也可是多功能的。前者與DNA中一個(gè)親核基團(tuán)共價(jià)結(jié)合；后者有兩個(gè)或更多活性基團(tuán)，每一分子可與DNA的兩個(gè)或多個(gè)部位結(jié)合，也稱交聯(lián)劑（crosslinker）。交聯(lián)劑可使DNA鏈內(nèi)、鏈間或DNA與蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)，而引發(fā)突變。第18頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）堿基類似物的替代原理：一些堿基類似物可在DNA復(fù)制時(shí)摻入并與互補(bǔ)鏈上的堿基配對(duì)，這些類似物摻入后常常發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)，在復(fù)制子代DNA時(shí)引起配對(duì)性質(zhì)的改變，從而造成堿基替代突變。堿基類似物：5-溴尿嘧啶（BU）、2-氨基嘌呤（2-aminopurine,AP）。第19頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5-溴尿嘧啶（BU）的替代：5-BU（酮式）:A；5-BU（烯醇式）:G；A?T摻入A?BU復(fù)制A?TG?BU＋復(fù)制G?CA?T＋T?A＋G?BU第20頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）嵌入劑的誘變作用一些平面分子能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰核苷酸之間，稱為嵌入劑。例如吖啶橙、原黃素、吖黃素等吖啶類染料分子。若嵌入到新合成的互補(bǔ)鏈中，將使之失去一個(gè)堿基；嵌入到模板鏈的兩堿基之間，就會(huì)使互補(bǔ)鏈插入一個(gè)多余的堿基。這些改變將引起移碼突變。第21頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月嵌入劑的結(jié)構(gòu)：NCCCCCCCCCCCCCNH2NH2原黃素NCCCCCCCCCCCCCN(CH3)2(CH3)2N吖啶橙第22頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CCNHNCHHCNNNH2C腺嘌呤OCHC-CH3CHNNHOC胸腺嘧啶第23頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）堿基的損傷一些誘變劑可以修飾堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，改變其配對(duì)性質(zhì)而引發(fā)突變。例如，亞硝酸、羥胺、N-甲基-N′-硝基-N-亞硝基胍。含有NH2的堿基（A、G、C）都可以被亞硝酸損傷發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，使氨基變?yōu)橥?，造成堿基轉(zhuǎn)換突變。第24頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亞硝酸引發(fā)的突變機(jī)制：胞嘧啶HCCNNHCOCNH2糖基HNO2HCCNNHCOCO糖基尿嘧啶

將引發(fā)C?G→T?A的轉(zhuǎn)換。第25頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、不以DNA為靶的損傷機(jī)理（一）對(duì)DNA合成或修復(fù)酶系統(tǒng)的作用例如，誘變劑可對(duì)DNA聚合酶、錯(cuò)配修復(fù)酶等與DNA合成或修復(fù)相關(guān)的酶系統(tǒng)作用，形成加合物，可以間接導(dǎo)致DNA損傷，從而引發(fā)基因突變或染色體畸變。第26頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）對(duì)紡錘體的毒作用1.與微管蛋白二聚體結(jié)合微管蛋白二聚體是構(gòu)成紡錘纖維的材料。秋水仙堿、鬼臼素等能與該蛋白的特定位點(diǎn)結(jié)合，抑制微管的組裝，從而引起細(xì)胞分裂完全抑制。2.與微管上的-SH結(jié)合鉛、鋅、汞、砷等可與微管蛋白上的-SH結(jié)合，而引起細(xì)胞分裂的部分抑制。第27頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）對(duì)紡錘體的毒作用3.破壞已組裝好的微管細(xì)胞中，微管經(jīng)常與游離的二聚體處于聚合與解聚的平衡狀態(tài)。微管結(jié)合蛋白（MAP）可使二聚體聚合，維持微管的結(jié)構(gòu)與功能。灰黃霉素、秋水仙堿等能與MAP結(jié)合，導(dǎo)致組裝好的微管解聚。第28頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）對(duì)紡錘體的毒作用4.妨礙中心粒移動(dòng)中心體是一種與微管裝配和細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器，一般由一對(duì)相互垂直排列的中心粒和周圍的無(wú)定形物質(zhì)構(gòu)成。秋水仙堿能防礙有絲分裂早期兩對(duì)中心粒的分離和移向兩極，從而造成染色體數(shù)目的異常。第29頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、突變的后果化學(xué)誘變劑引起的突變后果體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變基因突變?nèi)旧w畸變遺傳易感性改變、遺傳性疾病、致死性突變。染色體病、死胎、自發(fā)流產(chǎn)等。不影響下一代，產(chǎn)生腫瘤、畸形、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、衰老等后果。影響人類基因庫(kù)質(zhì)量第30頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、突變的后果遺傳病：個(gè)體生殖細(xì)胞或受精卵的遺傳物質(zhì)發(fā)生突變所引起的疾病，通常具有垂直傳遞和終生性的特征?；驇?kù)：人群生殖細(xì)胞內(nèi)所具有的能遺傳給下一代的全部基因的總和。（基因組：個(gè)體所具有的全部基因）。第31頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)化學(xué)毒物致突變作用的研究方法一、常用的致突變?cè)囼?yàn)（一）細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)是以營(yíng)養(yǎng)缺陷型的突變體菌株為對(duì)象，觀察受試物能否引起其發(fā)生回復(fù)突變的方法。又稱Ames試驗(yàn)。常用菌株:

組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型鼠傷寒沙門(mén)氏菌和色氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型大腸桿菌。第32頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月野生型：生物群體中觀察到的最高頻率的表型，或具有這種表型的系統(tǒng)、生物和基因(即正常型)。正向突變：改變野生型性狀的突變?；貜?fù)突變：突變體經(jīng)過(guò)第二次突變又完全地或部分地恢復(fù)為原來(lái)的基因型和表型。第33頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)鼠傷寒沙門(mén)氏菌野生型（His+）組氨酸缺陷型突變株（His－）？受試物（直接或前突變物）±代謝活化系統(tǒng)第34頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月代謝活化系統(tǒng)：S9混合液（10%）的組分：

磷酸鹽緩沖液

KCl溶液

MgCl2

溶液葡萄糖-6-磷酸鈉溶液

NADP+溶液

肝S9液

肝S9液：多氯聯(lián)苯誘導(dǎo)的大鼠肝組織勻漿，經(jīng)9000g離心得到的上清液，主要成分為肝細(xì)胞微粒體。第35頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)試驗(yàn)方法：點(diǎn)試驗(yàn)法平板摻入法測(cè)試菌株±S9，缺乏組氨酸測(cè)試菌株+受試物±

S9，缺乏組氨酸

一般先用點(diǎn)試驗(yàn)法作預(yù)實(shí)驗(yàn)，平板摻入法是標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。受試物點(diǎn)于濾紙片上第36頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）小鼠淋巴瘤細(xì)胞tk基因突變實(shí)驗(yàn)原理：哺乳動(dòng)物基因突變?cè)囼?yàn)主要采用嚙齒類動(dòng)物或人的培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行正向突變?cè)囼?yàn)。常用的方法有：小鼠淋巴瘤（L5178Y）細(xì)胞胸苷激酶位點(diǎn)（tk）突變檢測(cè)；中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢（CHO）細(xì)胞及中國(guó)倉(cāng)鼠肺（V79）細(xì)胞次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖基酶位點(diǎn)（hgprt）突變檢測(cè)。第37頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）小鼠淋巴瘤細(xì)胞tk基因突變實(shí)驗(yàn)dUMPdTMPDNA甲基化胸苷+PidTMPDNA胸苷激酶（TK）5-溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）三氟胸苷（TFT）細(xì)胞死亡第38頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）小鼠淋巴瘤細(xì)胞tk基因突變實(shí)驗(yàn)小鼠淋巴瘤細(xì)胞（tk基因）受試物±代謝活化系統(tǒng)嘧啶類似物存在下的存活情況第39頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）微核試驗(yàn)微核是染色體的無(wú)著絲粒片段或整條染色體在細(xì)胞分裂后期，不能進(jìn)入子代細(xì)胞核中，而在子代細(xì)胞的間期胞漿內(nèi)形成的游離團(tuán)塊物質(zhì)，它與細(xì)胞核著色一致但體積小。微核試驗(yàn)用于檢測(cè)染色體斷裂劑及非整倍體誘變劑。第40頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小鼠骨髓多染紅細(xì)胞微核試驗(yàn)原理：當(dāng)成紅細(xì)胞發(fā)展為紅細(xì)胞時(shí)，主核排出，成為多染紅細(xì)胞，然后成為正染紅細(xì)胞進(jìn)入外周血中。在主核排出時(shí)，微核可留在胞漿中，并維持一定時(shí)間。觀察并計(jì)數(shù)多染紅細(xì)胞中的微核，可反映染色體斷裂劑和紡錘體的損傷情況。第41頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小鼠骨髓多染紅細(xì)胞微核試驗(yàn)原理：骨髓血液成紅細(xì)胞多染紅細(xì)胞正染紅細(xì)胞小鼠受試物第42頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）染色體畸變?cè)囼?yàn)制備中期分裂相染色體標(biāo)本，光鏡下可直接觀察染色體的數(shù)目和形態(tài)的改變。染色體畸變?cè)囼?yàn)也稱為細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn)。染色體畸變?cè)囼?yàn)可進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)，也可進(jìn)行體外試驗(yàn)；可進(jìn)行體細(xì)胞的分析，也可進(jìn)行生殖細(xì)胞的分析。第43頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）程序外DNA合成試驗(yàn)原理：正常細(xì)胞一般僅在間期的S期進(jìn)行DNA的復(fù)制合成，稱為“程序性DNA合成”。當(dāng)DNA受損后，DNA的修復(fù)合成可發(fā)生在S期以外的其他時(shí)期，稱為“程序外DNA合成”。第44頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）程序外DNA合成試驗(yàn)方法：用無(wú)精氨酸的培養(yǎng)基將細(xì)胞阻斷于G1期，并用藥物（羥基脲）將正常的DNA半保留復(fù)制阻斷。然后用受試物處理細(xì)胞，并在加有[3H]-胸苷的培養(yǎng)液中培養(yǎng)。如果受試物損傷了DNA，并啟動(dòng)了DNA損傷修復(fù)合成，[3H]-胸苷就會(huì)摻入到DNA鏈中，利用放射自顯影測(cè)定DNA的放射活性，即可了解受試物對(duì)DNA鏈的損傷情況。第45頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（六）果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)原理：利用果蠅的眼色性狀是由X染色體上的基因決定，并與X染色體的遺傳相關(guān)聯(lián)的特征來(lái)觀察X染色體上基因的突變情況。主要用于雄性生殖細(xì)胞遺傳損傷的分析。B：棒眼，b：圓眼；Bb：腎形眼。

W：紅眼，w：杏眼。第46頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（六）果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)×P：♂XWY（紅色圓眼）b♀XwXw（杏色棒眼）BF1：×XWXwbBXw

YBF2：XwY（杏棒）XwXw（杏棒）XwXWY（紅圓）XWXw（紅腎）XWYXw

精