1、1外源性化學物致突變作用外源性化學物致突變作用（Mutagenesis of Xenobiotics )2掌握致突變作用的概念和突變掌握致突變作用的概念和突變的類型的類型熟悉致突變作用的后果熟悉致突變作用的后果熟悉致突變作用評價方法熟悉致突變作用評價方法了解致突變作用的遺傳學基礎了解致突變作用的遺傳學基礎【目的要求目的要求】3基本概念：突變、遺傳毒理學、致突變作基本概念：突變、遺傳毒理學、致突變作 用、致突變物用、致突變物致突變的類型：基因突變、畸變、染色體致突變的類型：基因突變、畸變、染色體數目改變數目改變【內容內容】4致突變作用機制致突變作用機制突變的后果：生殖細胞突變，體細胞突變突變的后

2、果：生殖細胞突變，體細胞突變機體對致突變作用的影響機體對致突變作用的影響致突變試驗致突變試驗5第一節第一節 概概 述述6遺傳和變異n遺傳：親代能產生與自己相似的后代的現象叫做遺傳。即俗語所說的“種瓜得瓜，種豆得豆”。遺傳是保持種族特性的根本，但遺傳的穩定性是相對的。n變異：親代與子代之間、子代的個體之間，是絕對不會完全相同的，總是或多或少地存在著差異，這樣現象叫變異。即俗語所說的“一母生九子，九子各不同”。變異是生物體推陳出新的來源。 可遺傳的變異（由遺傳結構本身的變化引起的）突變突變 不可遺傳的變異（由環境因素引起的變化）7孟德爾為現代遺傳學奠定了基礎孟德爾為現代遺傳學奠定了基礎8孟德爾通過

3、豌豆雜交實驗，用抽象的孟德爾通過豌豆雜交實驗，用抽象的遺傳遺傳因子因子來分析實驗結果，揭示了單個性狀遺來分析實驗結果，揭示了單個性狀遺傳的法則：傳的法則：和多個性狀遺傳的法和多個性狀遺傳的法則：則：。9基因與染色體基因與染色體 在孟德爾的成果獲得承認后，生物界在孟德爾的成果獲得承認后，生物界都知道是遺傳因子（即基因）決定了都知道是遺傳因子（即基因）決定了生物性狀的遺傳。但是，生物性狀的遺傳。但是，基因究竟在基因究竟在細胞內的什么地方？細胞內的什么地方？摩爾根以果蠅為摩爾根以果蠅為試驗對象回答了這一問題，試驗對象回答了這一問題，基因在染基因在染色體上色體上。 n摩爾根摩爾根(Morgan)(Mo

4、rgan)以黑腹以黑腹果蠅為材料所進行的一果蠅為材料所進行的一系列實驗，導致了遺傳系列實驗，導致了遺傳學的許多重大發現。由學的許多重大發現。由于在染色體遺傳理論上于在染色體遺傳理論上的貢獻，摩爾根于的貢獻，摩爾根于19331933年獲諾貝爾醫學和生理年獲諾貝爾醫學和生理學獎，這是遺傳學領域學獎，這是遺傳學領域的第一個諾貝爾獎。的第一個諾貝爾獎。1011 摩爾根在摩爾根在基因論基因論中繪制了果蠅中繪制了果蠅基因位置圖，首次完成了當時最新的基基因位置圖，首次完成了當時最新的基因概念的描述：因概念的描述： 基因基因是在染色體上呈線性排列的遺傳是在染色體上呈線性排列的遺傳單位，它不僅是決定性狀的單位，

5、它不僅是決定性狀的功能單位功能單位，也是一個也是一個突變單位突變單位和和交換單位交換單位。 至此，人們對基因概念的理解更加至此，人們對基因概念的理解更加具體和豐富了。具體和豐富了。 12摩爾根果蠅遺傳實驗具有劃時代意義摩爾根果蠅遺傳實驗具有劃時代意義 人類第一次把基因與染色體聯系起人類第一次把基因與染色體聯系起來，認為基因是一種物質，是染色體上來，認為基因是一種物質，是染色體上的一個特定的區段。的一個特定的區段。 確立并發展了染色體的遺傳理論。確立并發展了染色體的遺傳理論。 131415A G T C腺嘌呤腺嘌呤 鳥嘌呤鳥嘌呤 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 16DNA的半保留復制17轉錄轉錄

6、翻譯翻譯信使信使RNA 5端端編碼鏈編碼鏈 3端端氨基酸鏈氨基酸鏈DNA遺傳信息的轉錄和翻譯遺傳信息的轉錄和翻譯185端端3端端19突變（突變（mutation)：是指是指遺傳物質遺傳物質本身的本身的變化及其引起的變化及其引起的可遺傳的可遺傳的變異。變異。 因為這種變化起源于基因和染色體，因此，因為這種變化起源于基因和染色體，因此，是是可遺傳的變異可遺傳的變異1901年年De Vries 首次提出突變這一術語首次提出突變這一術語 一、基本概念一、基本概念 20自發突變自發突變(spontaneous mutation):是由是由于普遍存在的未知因素作用下，在自于普遍存在的未知因素作用下，在自然

7、條件下發生的突變。然條件下發生的突變。 如如1909年摩爾根發現在紅眼果蠅中有年摩爾根發現在紅眼果蠅中有白眼果蠅白眼果蠅v特點：特點：發生過程長、頻率很低，與物發生過程長、頻率很低，與物種進化有關種進化有關從發生原因上，可分為：從發生原因上，可分為：21誘發突變誘發突變(induced mutation)：是指人是指人為地造成突變。為地造成突變。 如太空育種如太空育種v特點：特點：發生過程短、頻率高，既可被發生過程短、頻率高，既可被人類利用，也可能對人類產生危害人類利用，也可能對人類產生危害22突變研究簡史突變研究簡史年份年份事事 件件作者作者1904發現發現X射線可以改變生殖細射線可以改變生

8、殖細胞的遺傳物質胞的遺傳物質De Vries1927用用X射線照射發現可以引起射線照射發現可以引起基因突變基因突變Muller1943發現芥子氣可誘發基因突變發現芥子氣可誘發基因突變和染色體畸變和染色體畸變Averbach & Robson1951用用X射線可誘發小鼠突變射線可誘發小鼠突變1966化學物可誘發小鼠突變化學物可誘發小鼠突變Russed1969成立國際環境誘變劑學會成立國際環境誘變劑學會Guttanach23致突變作用（致突變作用（mutagenesis)：是指外來因是指外來因素特別是化學因子引起細胞核中的素特別是化學因子引起細胞核中的遺傳物遺傳物質發生改變質發生改變的能力

9、，而且此種改變可隨同的能力，而且此種改變可隨同細胞分裂過程而細胞分裂過程而傳遞。傳遞。致突變物致突變物(mutagen)：凡能引起生物體遺凡能引起生物體遺傳物質發生改變的傳物質發生改變的化學物質化學物質或任何或任何環境因環境因子子，又稱，又稱誘變劑。誘變劑。遺傳毒性遺傳毒性(genotoxicity）：）：遺傳毒性是指對基因組的遺傳毒性是指對基因組的損害能力，包括對基因組毒作用引起的致突變性及損害能力，包括對基因組毒作用引起的致突變性及其他各種不同效應。其他各種不同效應。遺傳毒物（遺傳毒物（genotoxic agent)：具有遺傳毒性的化學具有遺傳毒性的化學物質稱為遺傳毒物。物質稱為遺傳毒物

10、。遺傳毒性和致突變性既有聯系又有區別。遺傳毒性遺傳毒性和致突變性既有聯系又有區別。遺傳毒性包括但不限于致突變性，前者更偏重于對作用機制包括但不限于致突變性，前者更偏重于對作用機制的描述，包含的范圍更寬泛；后者偏重于對作用后的描述，包含的范圍更寬泛；后者偏重于對作用后果的描述，遺傳毒性的效應可能轉變（固定）為突果的描述，遺傳毒性的效應可能轉變（固定）為突變，也可能被修復或表現為其他后果。因此，在實變，也可能被修復或表現為其他后果。因此，在實際運用中兩者經常被混淆。際運用中兩者經常被混淆。致突變物能引起遺傳物質的改變，具有遺傳毒性，致突變物能引起遺傳物質的改變，具有遺傳毒性，屬于遺傳毒物。屬于遺傳

11、毒物。25 1927年，年，Muller推測體細胞突變可致癌，直推測體細胞突變可致癌，直到到60年代，人們才認識到致突變作用和其他遺年代，人們才認識到致突變作用和其他遺傳毒性可能給生物體帶來各種各樣的健康危害，傳毒性可能給生物體帶來各種各樣的健康危害，隨之產生了一門新學科：隨之產生了一門新學科：v遺傳毒理學遺傳毒理學(genetic toxicology)：研究化研究化學性和放射性物質的致突變作用以及人學性和放射性物質的致突變作用以及人類接觸致突變物可能引起的健康效應的類接觸致突變物可能引起的健康效應的科學科學26直接致突變物（直接致突變物（direct-acting mutagen)： 具有

12、很高的化學活性，其原型就可引起生具有很高的化學活性，其原型就可引起生物體突變的物質物體突變的物質間接致突變物（間接致突變物（indirect-acting mutagen)：本身不能引起突變，必須在體內經過代謝本身不能引起突變，必須在體內經過代謝活化，才具有致突變性的物質活化，才具有致突變性的物質27第二節第二節 化學毒物致突變的類型化學毒物致突變的類型從遺傳學角度或突變角度分為：從遺傳學角度或突變角度分為：基因突變基因突變染色體畸變（染色體結構改變）染色體畸變（染色體結構改變）非整倍體和多倍體（染色體數目改變）非整倍體和多倍體（染色體數目改變）28也可以從機理角度分為：也可以從機理角度分為：

13、對對DNA為靶的損傷（包括基因突變、染為靶的損傷（包括基因突變、染色體畸變）色體畸變）不以不以DNA為靶的損傷為靶的損傷(染色體數目改變）染色體數目改變）29從損傷大小角度從損傷大小角度可可分為：分為：不可用光學顯微鏡觀察的：基因突變不可用光學顯微鏡觀察的：基因突變可用光學顯微鏡觀察的：染色體畸變可用光學顯微鏡觀察的：染色體畸變（染色體結構改變）、非整倍體和多倍（染色體結構改變）、非整倍體和多倍體（染色體數目改變）體（染色體數目改變）30v基因突變（基因突變（genetic mutation)：是指基是指基因在結構上發生了堿基對組成和排列因在結構上發生了堿基對組成和排列序列的改變（序列的改變（

14、point mutation)可分為可分為堿基置換堿基置換和和移碼突變移碼突變兩種類型兩種類型 突變基因：突變基因：基因內存在突變的基因基因內存在突變的基因野生型基因：野生型基因：沒有發生突變的基因沒有發生突變的基因一、基因突變一、基因突變31(一一) 堿基置換（堿基置換（base subsititution)轉換轉換(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到即嘌呤到嘌呤或嘧啶到 嘧啶的變化嘧啶的變化顛換顛換(transversion):即嘌呤到嘧啶或嘧啶即嘌呤到嘧啶或嘧啶 到嘌呤的變化到嘌呤的變化堿基置換是某一堿基配對性能改變或脫堿基置換是某一堿基配對性能改變或脫落而引起的突變，簡而言之

15、，就是不正落而引起的突變，簡而言之，就是不正確的堿基取代了正確的堿基。確的堿基取代了正確的堿基。32Transitions are more common than transversions 3334堿基置換突變的后果堿基置換突變的后果同義突變同義突變(synonymous mutation)：指沒有指沒有改變基因產物氨基酸序列的改變（無影響）改變基因產物氨基酸序列的改變（無影響）錯義突變錯義突變(missense mutation)：指堿基序列指堿基序列的改變引起了產物氨基酸序列的改變（嚴的改變引起了產物氨基酸序列的改變（嚴重程度不等）重程度不等）無義突變無義突變(nonsense mut

16、ation)：指某個堿基指某個堿基的改變使代表某個氨基酸的密碼子變為蛋的改變使代表某個氨基酸的密碼子變為蛋白質合成的終止密碼子，導致多肽鏈在成白質合成的終止密碼子，導致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變（常比較嚴重）熟之前終止合成的改變（常比較嚴重）35致死突變：致死突變：發生在必需基因的重要氨基發生在必需基因的重要氨基酸位點上，將嚴重影響蛋白質功能酸位點上，將嚴重影響蛋白質功能滲漏突變：滲漏突變：突變的產物仍有部分活性，突變的產物仍有部分活性，表現型介于突變型與野生型之間表現型介于突變型與野生型之間中性突變：中性突變：突變不影響或基本不影響蛋突變不影響或基本不影響蛋白質的功能，性狀改變不明顯白質

17、的功能，性狀改變不明顯 錯義突變錯義突變36無義突變無義突變37“終止密碼突變終止密碼突變”v鏈終止突變：鏈終止突變：指無義突變使肽鏈過指無義突變使肽鏈過早終止早終止v延長突變：延長突變：指如果終止密碼子因突指如果終止密碼子因突變而為氨基酸編碼，結果產生過長變而為氨基酸編碼，結果產生過長的肽鏈的現象的肽鏈的現象38指發生一對或幾對指發生一對或幾對不等于不等于3的倍數的倍數的堿的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉譯為不正常的氨基酸譯為不正常的氨基酸由于堿基序列所形成的一系列三聯體密由于堿基序列

18、所形成的一系列三聯體密碼子相互間并無標點符號，于是從受損碼子相互間并無標點符號，于是從受損位點開始密碼子的閱讀框架完全改變位點開始密碼子的閱讀框架完全改變（二）移碼突變（二）移碼突變（frameshift mutation)3940移碼突變的結果：嚴重移碼突變的結果：嚴重使讀碼框架改變，從原始損傷的密碼子使讀碼框架改變，從原始損傷的密碼子開始一直到信息末端的氨基酸序列完全開始一直到信息末端的氨基酸序列完全改變改變若其中某一點形成無義密碼，則產生一若其中某一點形成無義密碼，則產生一個無功能的肽鏈片段個無功能的肽鏈片段移碼產生嚴重的大范圍的錯義或無義密移碼產生嚴重的大范圍的錯義或無義密碼，較易成為

19、致死性突變碼，較易成為致死性突變 41注意：注意：v如果減少或增加堿基對剛好是如果減少或增加堿基對剛好是3對，則對，則基因產物的肽鏈中僅減少或增加一個基因產物的肽鏈中僅減少或增加一個氨基酸，其后果與堿基置換相似，與氨基酸，其后果與堿基置換相似，與移碼突變不一樣，不包括在移碼突變移碼突變不一樣，不包括在移碼突變范疇，稱為范疇，稱為密碼子的缺失或插入。密碼子的缺失或插入。4243二、染色體畸變（染色體結構異常）二、染色體畸變（染色體結構異常）44染色體畸變（結構異常）（染色體畸變（結構異常）（structural structural chromosome aberrationchromosome

20、 aberration）：）：是指由于染是指由于染色體或染色單體色體或染色單體斷裂斷裂，造成染色體或染，造成染色體或染色單體缺失或引起各種重排，從而出現色單體缺失或引起各種重排，從而出現染色體結構異常染色體結構異常q斷裂劑：斷裂劑：凡能引起染色體斷裂的物質凡能引起染色體斷裂的物質q斷裂作用：斷裂作用：染色體斷裂的發生或過程染色體斷裂的發生或過程45染色體畸變又可分為染色體畸變又可分為染色體型畸變（染色體型畸變（chromosome-type aberrations)：指染色體中兩條染色單指染色體中兩條染色單體同一位點受損后所產生的結構異常體同一位點受損后所產生的結構異常染色單體型畸變（染色單體

21、型畸變（chromatid-type aberrations)：指畸變涉及復制后的染指畸變涉及復制后的染色體中兩條染色單體中的一條色體中兩條染色單體中的一條 產生何種畸變取決于損傷發生在染色體復產生何種畸變取決于損傷發生在染色體復制前還是復制后。制前還是復制后。46(1) 裂隙和斷裂：裂隙和斷裂：都是指染色體上狹窄都是指染色體上狹窄的非染色帶的非染色帶 過去以帶寬超過染色單體寬度為斷過去以帶寬超過染色單體寬度為斷裂，不超過者為裂隙裂，不超過者為裂隙染色體畸變的類型染色體畸變的類型47(2) 無著絲粒斷片和缺失（無著絲粒斷片和缺失（deletion) 一個染色體發生一次或多次斷裂而不一個染色體發

22、生一次或多次斷裂而不重接，并且這些已斷裂的節段重接，并且這些已斷裂的節段遠遠分遠遠分開開，就會出現一個或多個無著絲粒斷，就會出現一個或多個無著絲粒斷片和一個缺失了部分染色質并帶有著片和一個缺失了部分染色質并帶有著絲粒的異常染色體，后者稱為絲粒的異常染色體，后者稱為帶著絲帶著絲粒斷片粒斷片 48常將無著絲粒斷片簡稱為斷片，在下一常將無著絲粒斷片簡稱為斷片，在下一次細胞分裂時斷片因無著絲粒，故不能次細胞分裂時斷片因無著絲粒，故不能進入分裂的核中而滯留在細胞質中，稱進入分裂的核中而滯留在細胞質中，稱為為微核微核如斷片很小，小于染色單體寬度，則稱如斷片很小，小于染色單體寬度，則稱為微小體為微小體49(

23、3) 環狀染色體：環狀染色體：染色體染色體兩臂各發生一次斷裂，兩臂各發生一次斷裂，其帶有著絲粒的節段其帶有著絲粒的節段的兩斷端連接形成一的兩斷端連接形成一個環時，稱為環狀染個環時，稱為環狀染色體色體(4)易位易位(translocation)：從某個染色體斷下的從某個染色體斷下的節段接到另一染色體節段接到另一染色體上稱為易位上稱為易位50(5) 插入和重復：插入和重復：當同一當同一對染色體中發生三處斷對染色體中發生三處斷裂，帶有兩斷端的斷片裂，帶有兩斷端的斷片插入到另一臂或另一染插入到另一臂或另一染色體的斷裂處重接起來，色體的斷裂處重接起來，稱為插入稱為插入缺失缺失插入和重復插入和重復倒位倒位

24、(6)(6)倒位倒位(inversion)(inversion)：當某一染色體發生兩當某一染色體發生兩次斷裂后，其中間節段倒轉次斷裂后，其中間節段倒轉180180 再重接，稱為再重接，稱為倒位倒位51n染色體畸變（結構異常）是染色體或染色染色體畸變（結構異常）是染色體或染色單體斷裂所致。單體斷裂所致。 當斷端不發生重接或雖重接而不在原處，即當斷端不發生重接或雖重接而不在原處，即可出現染色體畸變?？沙霈F染色體畸變。52三、非整倍體和多倍體（染色體數目異常）三、非整倍體和多倍體（染色體數目異常）Normal human Karyotype:46,XY動物正常體細胞染色體數目動物正常體細胞染色體數目

25、2n為標準，為二倍體，又為標準，為二倍體，又稱稱雙體雙體（disomy）。）。53 染色體數目染色體數目異常可能表現為異?？赡鼙憩F為：整倍性畸變：整倍性畸變：可能出現可能出現單倍體單倍體、三倍體三倍體或或四倍體四倍體。超過二倍體的整倍性畸變也。超過二倍體的整倍性畸變也統稱為統稱為多倍體多倍體。非整倍性畸變：非整倍性畸變：系指比二倍體多或少一系指比二倍體多或少一條或多條染色體條或多條染色體54整倍性畸變55缺體缺體是指缺少一對同源染色體，是指缺少一對同源染色體，單體單體或或三體三體系指某一對同源染色體相應地系指某一對同源染色體相應地少或多一個，少或多一個，四體四體則指其比同源染色則指其比同源染色

26、體多一對；于是在染色體數目上相應體多一對；于是在染色體數目上相應為為2n-2、2n-1，2n+1和和2n+2 人類中常見有三種三體：人類中常見有三種三體： （1 1）21-21-三體，即三體，即DownDown氏綜合征；氏綜合征； （2 2）18-18-三體，即三體，即EdwardEdward綜合征綜合征 （3 3）13-13-三體，即三體，即PatauPatau綜合征。綜合征。 56類型類型公式公式染色體組染色體組整倍體整倍體單倍體單倍體n(ABCD)二倍體二倍體2n(ABCD) (ABCD)三倍體三倍體3n(ABCD) (ABCD) (ABCD) 四倍體四倍體4n(ABCD) (ABCD)

27、 (ABCD) (ABCD) 非整倍體非整倍體單體單體2n-1(ABCD) (ABC)三體三體2n+1(ABCD) (ABCD) (A)四體四體2n+2(ABCD) (ABCD) (AA) 雙三體雙三體2n+1+1(ABCD) (ABCD) (AB) 缺體缺體2n-2(ABC) (ABC)注：注：A、B、C、D代表非同源染色體代表非同源染色體染色體數目異常的基本類型染色體數目異常的基本類型57 染色體分裂過程異常是產生非整倍體和多染色體分裂過程異常是產生非整倍體和多倍體的原因！倍體的原因！58非整倍性畸變59第三節第三節 化學毒物致突變作用的化學毒物致突變作用的機制及后果機制及后果60（一）堿

28、基損傷（一）堿基損傷 1.烷化劑烷化劑(alkylating agent):是指對是指對DNA和和蛋白質具有強烈烷化作用的物質蛋白質具有強烈烷化作用的物質 一般情況下甲基化乙基化高碳烷基化一般情況下甲基化乙基化高碳烷基化烷化劑所致甲基化易產生烷化劑所致甲基化易產生堿基錯配，引起突變堿基錯配，引起突變烷化堿基易脫落，烷化堿基易脫落，形成形成AP位點，引起突變位點，引起突變N位烷化可位烷化可引起染色體畸變引起染色體畸變一、引起突變的一、引起突變的DNA變化變化(以以DNA為靶為靶的損傷機制的損傷機制)61目前認為最常受到烷化的是目前認為最常受到烷化的是鳥嘌呤的鳥嘌呤的N7位，其次是位，其次是O6位

29、位腺嘌呤的腺嘌呤的N1、N3和和N7也易烷化也易烷化腺嘌呤腺嘌呤 鳥嘌呤鳥嘌呤 62AP位點（位點（apurinic or apyrimidinic site)：是指丟失堿基的是指丟失堿基的DNA留下了一個無嘌呤留下了一個無嘌呤或無嘧啶的位點或無嘧啶的位點63有些化學物的結構與堿基非常相似，稱有些化學物的結構與堿基非常相似，稱堿基類似物堿基類似物它們能在它們能在S期中可與天然堿基競爭，并期中可與天然堿基競爭，并取代其位置，取代后堿基類似物常造成取代其位置，取代后堿基類似物常造成錯誤配對，發生錯誤配對，發生堿基置換堿基置換例如例如5溴脫氧尿嘧啶核苷溴脫氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧能取代胸腺嘧啶；啶；

30、2氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP）能取代鳥嘌呤）能取代鳥嘌呤2.堿基類似物取代堿基類似物取代 64化學物可對化學物可對堿基產生氧化堿基產生氧化作用，從而破壞或改作用，從而破壞或改變堿基的結構，進而引起變堿基的結構，進而引起堿基置換，堿基置換，有時還引有時還引起起鏈斷裂鏈斷裂有些化學物質可在體內有些化學物質可在體內形成有機過氧化物或自形成有機過氧化物或自由基由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等，可間接使嘌呤的化學結構破壞，容易出現可間接使嘌呤的化學結構破壞，容易出現DNA鏈斷裂鏈斷裂3.堿基的化學結構的改變或破壞堿基的化學結構的改變或破壞65嵌入劑（嵌入劑（i

31、ntercalating agent)：指能以靜電吸附形式嵌入指能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結構的相鄰多核苷酸雙螺旋結構的相鄰多核苷酸鏈之間的物質鏈之間的物質如如丫啶類丫啶類染料分子多數是多環的平面結構，特別是三環結染料分子多數是多環的平面結構，特別是三環結構，其長度為構，其長度為6.8 102nm，恰好是，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離單鏈相鄰堿基距離的兩倍的兩倍通常引起通常引起移碼突變移碼突變（二）平面大分子嵌入（二）平面大分子嵌入DNA鏈鏈66（三）（三）DNA鏈受損鏈受損1.二聚體的形成：二聚體的形成：紫外線紫外線 環丁烷環丁烷嘧啶和嘧啶和 4-

32、6光產物光產物 阻止阻止DNA復制復制 引起引起細胞死亡細胞死亡67活性化學物質與細胞活性化學物質與細胞 大分子之間通過大分子之間通過共價鍵形成的穩定復合物，難以解離。共價鍵形成的穩定復合物，難以解離。如如生物毒素生物毒素、多環芳烴多環芳烴和和芳香胺類芳香胺類致癌致癌物可使物可使DNA形成形成大加合物大加合物，使，使DNA的立的立體構象發生明顯變化，阻斷受損部位的體構象發生明顯變化，阻斷受損部位的半保留復制和轉錄，可引起半保留復制和轉錄，可引起基因突變基因突變，活化癌基因活化癌基因，影響抑癌基因等表達影響抑癌基因等表達2.DNA加合物形成加合物形成684.DNA-蛋白質交聯（蛋白質交聯（DNA

33、-protein crosslinks，DPC） ：對對DNA構象和功構象和功能產生嚴重影響能產生嚴重影響。如如亞硝酸亞硝酸、絲裂霉素絲裂霉素C、氮氮和硫的芥子氣和硫的芥子氣以及各種以及各種鉑的衍生物鉑的衍生物3.DNA-DNA交聯（交聯（DNA-DNA crosslinks，DDC）：）：DNA分子上一條鏈的堿基與互補分子上一條鏈的堿基與互補鏈上的相應堿基形成鏈上的相應堿基形成共價共價連接連接69二、引起突變的細胞分裂過程改變（不二、引起突變的細胞分裂過程改變（不以以DNA為靶的損傷機制）是染色體數為靶的損傷機制）是染色體數目改變的原因目改變的原因a是中心粒，b是紡錘絲，c是染色體，d是著絲

34、點。紡錘絲把著絲點（內部已經一分為二）拉開，復制過的染色體就一分為二了。 70一些化學物能作用于紡錘體，中心一些化學物能作用于紡錘體，中心?；蚱渌藘燃毎鳎瑥亩蓴_有?；蚱渌藘燃毎?，從而干擾有絲分裂過程，誘發這種作用的物質絲分裂過程，誘發這種作用的物質稱為稱為有絲分裂毒物有絲分裂毒物，又稱，又稱干擾劑。干擾劑。有些干擾劑僅使細胞群體的有絲分有些干擾劑僅使細胞群體的有絲分裂數減少，被稱之為裂數減少，被稱之為抗有絲分裂劑?？褂薪z分裂劑。71 無論無論紡錘體紡錘體是是部分部分或或完全完全受抑制，都稱受抑制，都稱為為有絲分裂效應。有絲分裂效應。完全抑制時細胞分裂完全抑制，細胞停完全抑制時細胞分裂

35、完全抑制，細胞停滯于分裂中期。滯于分裂中期。秋水仙堿秋水仙堿是典型的引起是典型的引起細胞分裂完全抑制的物質，因此這種效細胞分裂完全抑制的物質，因此這種效應又應又稱秋水仙堿效應。稱秋水仙堿效應。72 致突變物對紡錘體功能的干擾可包括致突變物對紡錘體功能的干擾可包括與微管蛋白二聚體結合與微管蛋白二聚體結合與微管上的巰基結合與微管上的巰基結合破壞已組裝的微管破壞已組裝的微管妨礙中心粒移動妨礙中心粒移動其他作用其他作用731.不分離（不分離（nondisjunction)一種是同源染色體在一種是同源染色體在減數分裂第一次分裂減數分裂第一次分裂中期聯會復合中不分中期聯會復合中不分離（可能聯會復合體離（可

36、能聯會復合體受損），不分離的結受損），不分離的結果是紡錘體的一極接果是紡錘體的一極接受了一對同源染色體，受了一對同源染色體，而另一極則沒有。而另一極則沒有。74另一種是姊妹染另一種是姊妹染色單體在有絲分裂色單體在有絲分裂中或減數分裂第二中或減數分裂第二次分裂中因著絲粒次分裂中因著絲粒受損未縱裂而不分受損未縱裂而不分離，兩條姊妹染色離，兩條姊妹染色單體進入同一個子單體進入同一個子細胞，而另一個子細胞，而另一個子細胞中則沒有該染細胞中則沒有該染色單體色單體752.染色體丟失（染色體丟失（chromosome loss)紡錘紡錘體體形成的不完全障礙或形成的不完全障礙或著絲粒著絲粒受損使受損使細胞分裂

37、過程中細胞分裂過程中個別個別染色體行動滯后染色體行動滯后沒有進入子細胞核沒有進入子細胞核3.聯會復合體形成障礙聯會復合體形成障礙和和減數分裂第減數分裂第一次分裂時著絲粒早熟分離一次分裂時著絲粒早熟分離而產生非而產生非整倍性整倍性764.核內復制和減數分裂失敗引起整倍體核內復制和減數分裂失敗引起整倍體（endoreduplication)核內復制核內復制是指在一次細胞分裂時，核膜不發生分是指在一次細胞分裂時，核膜不發生分裂，或者是染色體復制兩次或多次，這是發生核裂，或者是染色體復制兩次或多次，這是發生核內多倍化的原因。內多倍化的原因。在細胞增殖過程，細胞周期正常染色體復制，但在接下在細胞增殖過程

38、，細胞周期正常染色體復制，但在接下來的有絲分裂期，染色體分裂時，由于某些原因，染色單來的有絲分裂期，染色體分裂時，由于某些原因，染色單體不能分離，產生一個體不能分離，產生一個4倍體的細胞。倍體的細胞。在配子形成過程中，由于分裂錯誤，在配子形成過程中，由于分裂錯誤，減數分裂失減數分裂失敗敗，配子為，配子為2倍體，而不是單倍體，所以會產生一倍體，而不是單倍體，所以會產生一個多倍體的受精卵，隨之產生一個多倍體的子代。個多倍體的受精卵，隨之產生一個多倍體的子代。77三、其他的致突變途徑三、其他的致突變途徑對對DNA合成和修復有關的酶系統的作用合成和修復有關的酶系統的作用一些氨基酸類似物可使與一些氨基酸

39、類似物可使與DNA合成有關的合成有關的酶系統遭受破壞從而誘發突變，脫氧核糖酶系統遭受破壞從而誘發突變，脫氧核糖核苷三磷酸在核苷三磷酸在DNA合成時的不平衡也可誘合成時的不平衡也可誘發突變發突變鈹和錳除可直接與鈹和錳除可直接與DNA相互作用外，還可相互作用外，還可與酶促防錯修復系統相作用而產生突變與酶促防錯修復系統相作用而產生突變 對組蛋白和非組蛋白功能的影響對組蛋白和非組蛋白功能的影響78四、突變的后果四、突變的后果q突變的后果取決于化學毒物所作用的靶突變的后果取決于化學毒物所作用的靶細胞細胞體細胞：體細胞：其影響僅能在直接接觸該物質其影響僅能在直接接觸該物質的個體身體上表現出來，不可能遺傳到

40、的個體身體上表現出來，不可能遺傳到下一代（如腫瘤）下一代（如腫瘤）生殖細胞：生殖細胞：其影響有其影響有可能可能遺傳到下一代遺傳到下一代 （如遺傳性疾?。ㄈ邕z傳性疾病）79DNA損傷損傷修復障礙修復障礙體細胞突變體細胞突變生殖細胞突變生殖細胞突變良性良性腫瘤腫瘤惡性惡性轉化轉化細胞細胞衰老衰老未分化未分化的胚胎的胚胎細胞細胞分化的分化的胚胎細胚胎細胞受損胞受損顯性顯性致死致死隱性隱性致死致死存活存活突變突變動脈動脈硬化硬化未知未知疾病疾病癌癌變變老老化化出生缺出生缺陷（功陷（功能或結能或結構畸形）構畸形）癌變癌變流產流產/死死胎胎, 出生缺出生缺陷（功陷（功能或結能或結構畸形）構畸形）流產流產

41、死產死產出生缺陷出生缺陷基因負荷基因負荷先天性疾病先天性疾病化學物遺傳危害示意圖化學物遺傳危害示意圖80（1）致死性突變：）致死性突變：顯性致死：顯性致死：精子不能受精，或精子不能受精，或 隱性致死：隱性致死：1.生殖細胞突變的后果生殖細胞突變的后果81（2）非致死性突變（可遺傳的改變）非致死性突變（可遺傳的改變）先天畸形等遺傳性疾病先天畸形等遺傳性疾病遺傳易感性改變遺傳易感性改變致死性突變將導致死胎，它影響后代的數量而非質量。致死性突變將導致死胎，它影響后代的數量而非質量。非致死性突變主要影響后代的質量。非致死性突變主要影響后代的質量。82生物個體生殖細胞發生突變或染色體畸生物個體生殖細胞發

42、生突變或染色體畸變后，有些可能會在世代傳遞、選擇過變后，有些可能會在世代傳遞、選擇過程中在人群中固定下來，增加人類的遺程中在人群中固定下來，增加人類的遺傳負荷傳負荷遺傳負荷（遺傳負荷（genetic load)：指人群中每個指人群中每個個體所攜帶有害基因或致死基因的平均個體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平水平 83（1）癌變：）癌變：體細胞突變是細胞癌變體細胞突變是細胞癌變的重要基礎，在許多腫瘤中，都可的重要基礎，在許多腫瘤中，都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等失活，并存在缺失、易位、倒位等染色體畸變染色體畸變2.體細胞突變的后果體

43、細胞突變的后果8485（2）致畸胎：）致畸胎：致突變物可透過胎盤致突變物可透過胎盤作用于胚胎體細胞引起畸胎，所以致作用于胚胎體細胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細胞突變的畸作用不完全是親代生殖細胞突變的后果后果（3）其他不良后果：）其他不良后果：動脈粥樣硬化、動脈粥樣硬化、衰老衰老 86常染色體異常常染色體異常nDown syndromeDown syndrome (trisomy 21):(trisomy 21):先天愚型先天愚型或唐氏綜合征唐氏綜合征 87nPatau syndrome (trisomy 13)帕陶氏綜合征帕陶氏綜合征 :serious eye, brain, ci

44、rculatory defects as well as cleft palate. Children rarely live more than a few months. 88nEdwards syndrome (trisomy 18)愛德華氏綜合征愛德華氏綜合征 :almost every organ system affected. Children with full Trisomy 18 generally do not live more than a few months. 89性染色體不分離（性染色體不分離（X和和Y染色體）染色體）nKlinefelter syndrome:

45、 47, XXY 克蘭費爾特綜合征males. Male sex organs; unusually small testes, sterile. Breast enlargement and other feminine body characteristics. Normal intelligence. 90n47, XYY males: Individuals are somewhat taller than average and often have below normal intelligence. nTrisomy X: 47, XXX females. healthy and

46、 fertile - usually cannot be distinguished from normal female except by karyotype 91nMonosomy X (Turners syndrome)特納氏綜合癥特納氏綜合癥 : the only viable monosomy in humans - women with Turners have only 45 chromosomes! XO individuals are genetically female, however, they do not mature sexually during pubert

47、y and are sterile. Short stature and normal intelligence. (98% of these fetuses die before birth)92染色體結構改變染色體結構改變nDeletion:cry of the cat A specific deletion of a small portion of chromosome 5; these children have severe mental retardation, a small head with unusual facial features, and a cry that s

48、ounds like a distressed cat. 93nDuplication: Fragile X: the most common form of mental retardation. The X chromosome of some people is unusually fragile at one tip - seen hanging by a thread under a microscope. Most people have 29 repeats at this end of their X-chromosome, those with Fragile X have

49、over 700 repeats due to duplications. Affects 1:1500 males, 1:2500 females.94nTranslocation: cause difficulties in egg or sperm development and normal development of a zygote. Acute Myelogenous Leukemia is caused by this translocation:95第四節第四節 機體對致突變作用的影響機體對致突變作用的影響96DNA執行高保真的復制執行高保真的復制 修復修復DNA損傷損傷

50、v損傷耐受機制損傷耐受機制:是指是指DNA遺傳可繞過遺傳可繞過那些阻止那些阻止DNA復制的復制的DNA損傷機制損傷機制v修復機制：直接修復和切除修復修復機制：直接修復和切除修復遺傳信息代遺傳信息代代相傳，并代相傳，并且高度保真且高度保真 971.DNA損傷不僅可因外源性因素所致，損傷不僅可因外源性因素所致，也可因內源性因素所致也可因內源性因素所致2.不同類型不同類型DNA損傷通過不同的損傷通過不同的DNA修復途徑修復修復途徑修復DNA損傷修復的一般特點損傷修復的一般特點983.不同類型不同類型DNA損傷修復速度是不同的損傷修復速度是不同的4.DNA損傷修復機制有些是基本的，有些損傷修復機制有些

51、是基本的，有些是可誘導的是可誘導的5.DNA損傷修復功能存在物種和個體差異損傷修復功能存在物種和個體差異99一、一、DNA損傷的修復損傷的修復1.光復活（光復活（photoreactivation)：修復紫外修復紫外線損傷產生的胸腺嘧啶二聚體，廣泛存線損傷產生的胸腺嘧啶二聚體，廣泛存在原核和真核生物體內在原核和真核生物體內2.“適應性適應性”反應：反應：主要是主要是O6-甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉移酶（甲基轉移酶（MGMT)修復鳥嘌修復鳥嘌呤呤O6位的烷基化損傷位的烷基化損傷1001013.切除修復切除修復 切除修復分為：切除修復分為：堿基切除修復（堿基切除修復（BER)：核苷酸切除修

52、復（核苷酸切除修復（NER)：總基因組修復總基因組修復（GGR)；轉錄偶聯修復（；轉錄偶聯修復（TCR)錯配修復（錯配修復（mismatch repair，MMR)：識別并切除錯配的堿基對，如識別并切除錯配的堿基對，如G:T和和A:C102（1）識別：糖基化酶識別）識別：糖基化酶識別異常的堿基，隨異常的堿基，隨后使異常嘌呤的后使異常嘌呤的N-9位或異常嘧啶的位或異常嘧啶的N-3位與脫氧位與脫氧核糖之間的鍵發生水解，形成無嘌呤或嘧啶的位核糖之間的鍵發生水解，形成無嘌呤或嘧啶的位點（點（apurinic-apyrimidinic site, AP位點）位點）（2）AP內切酶將內切酶將DNA鏈切斷鏈

53、切斷（3）DNA聚合酶合成聚合酶合成DNA片段，填補片段，填補空缺空缺（4）DNA連接酶將新合成的補片接上連接酶將新合成的補片接上103堿堿基基切切除除修修復復104核核苷苷酸酸切切除除修修復復1054.DNA雙鏈斷裂雙鏈斷裂修復修復同源重組修復同源重組修復（homology recombination，HR) 非同源末端連接非同源末端連接(non-homology end joining，NHEJ)(實質上是耐受過實質上是耐受過程，易錯。程，易錯。)106（1）誘導性修復）誘導性修復（2）修復過程有）修復過程有明顯的錯誤明顯的錯誤（3）SOS系統為多基因控制系統為多基因控制特點特點5.呼救性

54、修復（呼救性修復（SOS修復）修復） 一種能夠引起誤差修復的緊急呼救修復，是在無一種能夠引起誤差修復的緊急呼救修復，是在無模板模板DNA 情況下合成酶的誘導修復。正常情況下無活情況下合成酶的誘導修復。正常情況下無活性有關酶系，性有關酶系，DNA受損傷而復制又受到抑制情況下發受損傷而復制又受到抑制情況下發出信號，激活有關酶系，對出信號，激活有關酶系，對DNA損傷進行修復，其中損傷進行修復，其中DNA多聚酶起重要作用，在無模板情況下，進行多聚酶起重要作用，在無模板情況下，進行DNA修復再合成，并將修復再合成，并將DNA片段插入受損片段插入受損DNA空隙處，其空隙處，其原則是：原則是：喪失某些信息而

55、存活總比死亡好一些喪失某些信息而存活總比死亡好一些。 107易錯修復（易錯修復（error-prone repair)：是指突是指突變作為修復的結果或作為損傷旁路發變作為修復的結果或作為損傷旁路發生的生的DNA修復修復光復活、適應性修復和切除修復傾向于無誤光復活、適應性修復和切除修復傾向于無誤修復修復SOS修復就是易錯修復，是修復就是易錯修復，是DNA受到受到嚴重嚴重損損傷、細胞處于傷、細胞處于危急危急狀態時所誘導的一種狀態時所誘導的一種DNA修復方式，修復結果只是能維持基因組的完修復方式，修復結果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生存率，但留下的錯誤較整性，提高細胞的生存率，但留下的錯誤較

56、多，故又稱為錯誤傾向修復（多，故又稱為錯誤傾向修復（error-prone repair），使細胞有較高的突變率。），使細胞有較高的突變率。 108109DNA損傷、修復及后果損傷、修復及后果110遺傳毒物遺傳毒物終致突變物終致突變物+DNA解毒解毒 加合物加合物DNA損傷損傷修復修復無錯無錯易錯修復易錯修復復制后修復復制后修復細胞死亡、細胞死亡、靜止狀態靜止狀態的細胞的細胞DNA復制復制加合的堿加合的堿基錯配基錯配損傷正在復損傷正在復制的制的DNA 突突 變變細胞細胞存活存活細胞細胞存活存活111突變模式：突變模式：DNA損傷損傷-修復修復-突變突變任何任何DNA損傷，只要修復無誤，突變損傷

57、，只要修復無誤，突變就不會發生，如果修復錯誤或未經修就不會發生，如果修復錯誤或未經修復，損傷就固定下來，于是發生突變復，損傷就固定下來，于是發生突變112第五節第五節 觀察化學毒物致突變觀察化學毒物致突變 作用作用 的基本方法的基本方法（致突變試驗（致突變試驗/遺傳毒性試驗）遺傳毒性試驗）113 檢測外源化學物的致突變性檢測外源化學物的致突變性(遺傳遺傳毒性毒性)，預測其對哺乳動物和人的潛在，預測其對哺乳動物和人的潛在致癌性，以及其他不良效應。致癌性，以及其他不良效應。致突變試驗致突變試驗/遺傳毒性試驗的目的遺傳毒性試驗的目的114一、觀察項目的選擇一、觀察項目的選擇1.觀察效應終點（遺傳學終

58、點）的類型：觀察效應終點（遺傳學終點）的類型：（1）DNA堿基序列改變（基因突變）堿基序列改變（基因突變）（2）染色體結構改變（染色體畸變）染色體結構改變（染色體畸變）（3）染色體數目改變（非整倍體和多倍體）染色體數目改變（非整倍體和多倍體）（4）DNA原始損傷、重組、交換等（致突變過程原始損傷、重組、交換等（致突變過程中發生的其他事件，間接反映致突變的可能性）中發生的其他事件，間接反映致突變的可能性）115在實際工作中，沒有一項致突變試驗能在實際工作中，沒有一項致突變試驗能涵蓋所有的涵蓋所有的遺傳學終點遺傳學終點，故需用一組試，故需用一組試驗配套進行檢測。最理想的試驗組應包驗配套進行檢測。最

59、理想的試驗組應包括每一類型的遺傳學終點，如回復突變括每一類型的遺傳學終點，如回復突變試驗、微核試驗、細菌試驗、微核試驗、細菌DNA修復試驗和修復試驗和體外姐妹染色單體交換試驗（體外姐妹染色單體交換試驗（SCE)，這，這一組試驗包括主要類型遺傳學終點。一組試驗包括主要類型遺傳學終點。2.試驗組合的原則試驗組合的原則116試驗組應包括試驗組應包括體內試驗體內試驗與與體外試驗體外試驗（+S9和和-S9），體細胞體細胞突變試驗和突變試驗和生殖生殖細胞細胞突變試驗突變試驗試驗組中的試驗組中的指示生物指示生物應包括幾個進化階應包括幾個進化階段，至少要包括段，至少要包括原核細胞原核細胞與與真核細胞真核細胞兩

60、兩個系統個系統117例如：食品安全性毒理學評價明確要求例如：食品安全性毒理學評價明確要求 “遺傳毒性試驗的組合必須考慮原核細胞和真核細胞、生遺傳毒性試驗的組合必須考慮原核細胞和真核細胞、生殖細胞和體細胞、體內和體外試驗相結合的原則殖細胞和體細胞、體內和體外試驗相結合的原則” 從從Ames試驗或試驗或V79/HGPRT基因突變試驗基因突變試驗、骨髓骨髓細胞微核試驗或哺乳動物骨髓細胞染色體畸變試驗、細胞微核試驗或哺乳動物骨髓細胞染色體畸變試驗、TK基因突變試驗或基因突變試驗或“小鼠精子畸形分析或睪丸染色體畸變小鼠精子畸形分析或睪丸染色體畸變分析分析”中分別各選一項。中分別各選一項。P143用何種方法組合來