外源化学物致突变作用课件.ppt
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1、外源化学物致突变作用,(chemical mutagenesis),第七章7外源化学物致突变作用(chemical mutage,【目的要求】,掌握突变、致突变作用、致突变物的基本概念;,熟悉突变的类型(基因突变、染色体畸变与数目改变) 以及生殖细胞、体细胞突变的主要后果;,熟悉致突变试验的方法分类及其配套原则;,了解常见的致突变试验的方法的原理与意义。,*,2,【目的要求】掌握突变、致突变作用、致突变物的基本概念;熟,【主要内容】,概述化学毒物致突变的类型化学毒物致突变作用的机制与后果机体对致突变作用的影响观察化学毒物致突变作用的基本方法,*,3,【主要内容】概述*3,第一节 概 述,*,4
2、,外源化学物致突变作用,第一节 *4外源化学物致突变作用,突变(mutation)是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。这种变化起源于基因和染色体,是可遗传的变异。,一、基本概念,变异(variation)由于普遍存在的内外环境因素的影响,在种族世代繁衍的过程中,亲代与子代或子代之间出现不同程度上的生物学性状的差异。,1901年De Vries 首次提出突变这一术语,1909年摩尔根发现在红眼果蝇中有白眼果蝇,*,5,外源化学物致突变作用,突变(mutation)一、基本概念 变异(variat,遗传毒理学(genetic toxicolog
3、y),致突变作用(mutagenesis),致突变物(mutagen),遗传毒物(genetic agent),*,6,外源化学物致突变作用,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。,是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,而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。,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。,由于致突变物能损伤遗传物质,因此致突变物又称为遗传毒物。,遗传毒理学(genetic toxicology)致突变,二、突变的主要类型,1.自发突变(spontaneous mutation) 在普遍存
4、在的未知因素的作用下,生物体在自然条件下发生的突变。,2.诱发突变(induced mutation) 人为的用已知的某种化学、物理和生物因素所引起的突变。,*,7,外源化学物致突变作用,特点:发生过程长、频率很低,与物种进化有关。 通常只发生在某一个基因位点上,而且通常是隐性的。,特点:发生过程短、频率高,可被人类利用(筛选或转基因技术等),也可能对人类产生危害(遗传毒性)。,二、突变的主要类型1.自发突变(spontaneous mu,第二节 化学毒物致突变的类型,*,8,外源化学物致突变作用,第二节 *8外源化学物致突变作用,基因突变,染色体畸变,碱基置换,移码突变,结构异常,数目改变,
5、突变,整码突变,片段突变,*,9,外源化学物致突变作用,基因突变染色体畸变碱基置换移码突变结构异常数目改变突变整码突,一、基因突变(genetic mutation),是指基因中DNA序列的变化,即DNA碱基组成和排列顺序的改变。由于基因突变限制在某一特定的部位又称点突变(point mutation)。,可分为碱基置换和移码突变两种类型,1.碱基置换(base subsititution):,类型: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。,*,10,外源化学物致突变作用,某一碱基配对性能改变或脱落所致的突
6、变。即DNA分子内一个碱基被另一个碱基所替代。,一、基因突变(genetic mutation)是指基因中D,*,11,外源化学物致突变作用,组成碱基对的碱基包括腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U),*11外源化学物致突变作用组成碱基对的碱基包括腺嘌呤(A)、,同义突变(missense mutation):指没有改变基因产物氨基酸序列的改变,碱基置换的后果,错义突变(synonymous 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
7、密码子,导致多肽链在成熟之前终止合成的改变,*,12,外源化学物致突变作用,同义突变(missense mutation):指没有改变,遗传密码子,*,13,外源化学物致突变作用,苯丙氨酸-Phe;亮氨酸-Leu;异亮氨酸-Ile;蛋氨酸-Met;缬氨酸-Val;丝氨酸-Ser;脯氨酸-pro;苏氨酸-Thr;丙氨酸-Ala;酪氨酸-Tyr;组氨酸-His;谷氨酰胺-Gln;天冬酰胺-Asn;赖氨酸-Lys;天冬氨酸-Asp;谷氨酸-Glu;半胱氨酸-Cys;色氨酸-Trp;精氨酸-Arg;甘氨酸-Gly,遗传密码子*13外源化学物致突变作用苯丙氨酸-Phe;亮氨酸,*,14,外源化学物致突变
8、作用,321*14外源化学物致突变作用,2.移码突变(frameshift mutation):,*,15,外源化学物致突变作用,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。,2.移码突变(frameshift mutation):*,移码突变结果:,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,移码较易成为致死性突变,*,16,外源化学物致突变作用,移码突变结果:是从原始损伤的密码子开始一直到信息末端的氨基,二、染色体畸变,定义
9、:指染色体的结构改变。通常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的异常。根据畸变涉及的范围分为染色单体型畸变与染色体型畸变。,*,17,外源化学物致突变作用,染色体结构改变的基础是DNA链的断裂,表明遗传物质严重的损伤,可在光学显微镜下观察到某些损伤的类型。,二、染色体畸变 定义:指染色体的结构改变。通常由于染色体或,(1) 缺失(deletion):染色体上丢失了片段。 末端缺失:ABCDEABCD 中间缺失:ABCDEABCE(2) 重复(duplication):染色体连续出现两段或两段以上完全相同的片段。 ABCDEABCDEde(3) 倒
10、位(inversion):染色体片段在染色体内作180的颠倒。 根据倒位的染色体有无着丝点分为臂间倒位与臂内倒位。 ABCDEFGABCEDFG (4) 易位(translocation):非同源染色体间相互交换了染色体片段。 ABCDEABCIJ FGHIJFGHDE,染色体的结构异常的类型,1.稳定性畸变: 可通过细胞分裂而传递下去的畸变类型。,*,18,外源化学物致突变作用,(1) 缺失(deletion):染色体上丢失了片段。染色体,染色体结构异常示意图,*,19,外源化学物致突变作用,染色体结构异常示意图*19外源化学物致突变作用,2.不稳定性畸变:,这种类型的畸变常由于丧失重要的遗
11、传物质或有丝分裂的机械障碍导致细胞死亡。,*,20,外源化学物致突变作用,无中心粒片段、双中心粒染色体、环状染色体及各种其他不对称重排等。,2.不稳定性畸变:这种类型的畸变常由于丧失重要的遗传物质或有,*,21,外源化学物致突变作用,染色体畸变裂隙(gap) 断裂(break) 断片(frag,染色体畸变的后果,涉及的基因数量非常大,可对整个基因组造成严重影响;,*,22,外源化学物致突变作用,双着丝粒、环、无着丝粒断片等不稳定的畸变,在细胞分裂过程中容易丢失导致细胞死亡;,缺失、倒位、重复及易位等稳定的畸变,在细胞分裂过程中细胞的复制不受影响,故畸变可通过细胞分裂传给子代,并可能导致遗传性疾
12、病。,染色体畸变的后果涉及的基因数量非常大,可对整个基因组造成严重,三、染色体数目改变,正常体细胞染色体数目为2n,染色体数目异常可能表现为单条或多条或成倍性染色体数目的增减。,*,23,外源化学物致突变作用,非整倍体:指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 如:缺体(2n-2)、单体(2n-1)、三体(2n+1)、四体(2n+2),多倍体:指染色体数目以染色体组为单位成倍的增加。 如:三倍体(3n)、四倍体(4n) 。,影响:将导致基因平衡的失调,能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常,对生殖细胞有时可能致死性的。,如:21-三体综合征(Down氏综合征、先天愚型);在肿瘤细胞及人类自然流产的
13、胎儿细胞中常见三倍体细胞的存在。,三、染色体数目改变正常体细胞染色体数目为2n,染色体数目异常,染色体数目异常的基本类型,注:A、B、C、D代表非同源染色体,*,24,外源化学物致突变作用,染色体数目异常的基本类型注:A、B、C、D代表非同源染色体,Take a break,*,25,外源化学物致突变作用,Take a break*25外源化学物致突变作用,第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果,*,26,外源化学物致突变作用,第三节 *26外源化学物致突变作用,一、引起突变的DNA变化,烷化剂(alkylating agent):是指对DNA和蛋白质具有强烈烷化作用的物质。,(一)碱基损伤,
14、1.碱基错配,致突物攻击DNA链上的碱基(共价结合)碱基错误配对基因突变或染色体畸变,主要致突变物:烷化剂,*,27,外源化学物致突变作用,一、引起突变的DNA变化烷化剂(alkylating age,目前认为最常受到烷化的位点是: 鸟嘌呤的N-7位,其次是O-6位 腺嘌呤的N-1、N-3和N-7也易烷化,AP位点(apurinic or apyrimidinic site):是指丢失碱基的DNA留下了一个无嘌呤或无嘧啶的位点。,一般情况下甲基化乙基化高碳烷基化,烷化作用:指烷化剂提供甲基或乙基等烷基与DNA共价结合的过程。,*,28,外源化学物致突变作用,目前认为最常受到烷化的位点是: AP
15、位点(apurinic,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。,如丫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6.8102nm,恰好是DNA单链相邻碱基距离的两倍。,通常引起移码突变,*,29,外源化学物致突变作用,2.平面大分子嵌入DNA链嵌入剂(intercalatin,3.碱基类似物取代:,4.破坏或改变碱基的化学结构:,*,30,外源化学物致突变作用,致突物的结构与碱基相似即碱基类似物细胞DNA合成期(S期)取代正常的碱基错配碱基置换。,常见的
16、致突变物: Brdu胸腺嘧啶 2-氨基嘌呤鸟嘌呤,致突物对碱基产生氧化作用破坏或改变碱基结构碱基置换、染色体畸变,如:亚硝酸盐、甲醛、氨基甲酸乙酯等,3.碱基类似物取代:4.破坏或改变碱基的化学结构:*30外源,1.二聚体的形成: 紫外线照射DNA链环丁烷嘧啶二聚体和(4-6)光产物大损伤染色体畸变。 这类大损伤可阻止DNA复制并引起细胞死亡,2.DNA加合物形成: 致突物与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物突变(碱 基置换、移码突变) DNA加合物形成可活化癌基因 如:烷化剂、芳香胺、多环芳烃、黄曲霉毒素以及一些植物毒素等,3.DNA-蛋白质交联物(DPC)形成: 致突物细胞内DNA与
17、蛋白质稳定的共价结合物(DPC)影响DNA构象与功能染色体畸变 如:烷化剂、B(a)P、砷化合物、醛类化合物及重金属等。,(二)DNA链受损,*,31,外源化学物致突变作用,1.二聚体的形成:2.DNA加合物形成: 3.DNA-蛋白质,二、引起突变的细胞分裂过程改变,致突物纺锤体、中心粒和其他核细胞器干扰细胞有丝分裂染色体分离异常产生非整倍体和多整倍体。,如:秋水仙碱、常春新碱、灰黄霉素等,秋水仙碱是典型的引起细胞分裂完全抑制的物质,因此这种效应又称秋水仙碱效应或细胞有丝分裂,有些干扰剂仅使细胞群体的有丝分裂数减少,被称之为抗有丝分裂剂,*,32,外源化学物致突变作用,二、引起突变的细胞分裂过
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