食品毒理学(致突变)

1,掌握致突变作用的概念和突变的类型 熟悉致突变作用的后果 熟悉致突变作用评价方法 了解致突变作用的遗传学基础,【目的要求】,2,基本概念：突变、遗传毒理学、致突变作 用、致突变物 致突变的类型：基因突变、畸变、染色体数目改变,【内容】,3,致突变作用机制 突变的后果：生殖细胞突变，体细胞突变 机体对致突变作用的影响 致突变试验,4,第一节 概 述,5,遗传和变异,遗传：亲代能产生与自己相似的后代的现象叫做遗传。即俗语所说的“种瓜得瓜，种豆得豆”。遗传是保持种族特性的根本，但遗传的稳定性是相对的。 变异：亲代与子代之间、子代的个体之间，是绝对不会完全相同的，总是或多或少地存在着差异，这样现象叫变异。即俗语所说的“一母生九子，九子各不同”。变异是生物体推陈出新的来源。 可遗传的变异（由遗传结构本身的变化引起的）突变 不可遗传的变异（由环境因素引起的变化）,6,孟德尔为现代遗传学奠定了基础,7,孟德尔通过豌豆杂交实验，用抽象的遗传因子来分析实验结果，揭示了单个性状遗传的法则：分离定律和多个性状遗传的法则：自由组合定律。,8,基因与染色体,在孟德尔的成果获得承认后，生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了生物性状的遗传。但是，基因究竟在细胞内的什么地方？摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，基因在染色体上。,摩尔根(Morgan)以黑腹果蝇为材料所进行的一系列实验，导致了遗传学的许多重大发现。由于在染色体遗传理论上的贡献，摩尔根于1933年获诺贝尔医学和生理学奖，这是遗传学领域的第一个诺贝尔奖。,9,10,摩尔根在基因论中绘制了果蝇基因位置图，首次完成了当时最新的基因概念的描述： 基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位和交换单位。 至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。,11,摩尔根果蝇遗传实验具有划时代意义,人类第一次把基因与染色体联系起来，认为基因是一种物质，是染色体上的一个特定的区段。 确立并发展了染色体的遗传理论。,12,13,14,A G T C,腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶,15,DNA的半保留复制,16,转录,翻译,信使RNA 5端,编码链 3端,氨基酸链,DNA遗传信息的转录和翻译,17,5端,3端,18,突变（mutation)：是指遗传物质本身的变化及其引起的可遗传的变异。 因为这种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异 1901年De Vries 首次提出突变这一术语,一、基本概念,19,自发突变(spontaneous mutation):是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然条件下发生的突变。 如1909年摩尔根发现在红眼果蝇中有白眼果蝇 特点：发生过程长、频率很低，与物种进化有关,从发生原因上，可分为：,20,诱发突变(induced mutation)：是指人为地造成突变。 如太空育种 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,21,突变研究简史,22,致突变作用（mutagenesis)：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。 致突变物(mutagen)：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。,遗传毒性(genotoxicity）：遗传毒性是指对基因组的损害能力，包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他各种不同效应。 遗传毒物（genotoxic agent)：具有遗传毒性的化学物质称为遗传毒物。 遗传毒性和致突变性既有联系又有区别。遗传毒性包括但不限于致突变性，前者更偏重于对作用机制的描述，包含的范围更宽泛；后者偏重于对作用后果的描述，遗传毒性的效应可能转变（固定）为突变，也可能被修复或表现为其他后果。因此，在实际运用中两者经常被混淆。 致突变物能引起遗传物质的改变，具有遗传毒性，属于遗传毒物。,24,1927年，Muller推测体细胞突变可致癌，直到60年代，人们才认识到致突变作用和其他遗传毒性可能给生物体带来各种各样的健康危害，随之产生了一门新学科： 遗传毒理学(genetic toxicology)：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,25,直接致突变物（direct-acting mutagen)： 具有很高的化学活性，其原型就可引起生物体突变的物质 间接致突变物（indirect-acting mutagen)：本身不能引起突变，必须在体内经过代谢活化，才具有致突变性的物质,26,第二节 化学毒物致突变的类型,从遗传学角度或突变角度分为： 基因突变 染色体畸变（染色体结构改变） 非整倍体和多倍体（染色体数目改变）,27,也可以从机理角度分为： 对DNA为靶的损伤（包括基因突变、染色体畸变） 不以DNA为靶的损伤(染色体数目改变）,28,从损伤大小角度可分为： 不可用光学显微镜观察的：基因突变 可用光学显微镜观察的：染色体畸变（染色体结构改变）、非整倍体和多倍体（染色体数目改变）,29,基因突变（genetic mutation)：是指基因在结构上发生了碱基对组成和排列序列的改变（point mutation) 可分为碱基置换和移码突变两种类型 突变基因：基因内存在突变的基因 野生型基因：没有发生突变的基因,一、基因突变,30,(一) 碱基置换（base subsititution),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,碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱落而引起的突变，简而言之，就是不正确的碱基取代了正确的碱基。,31,Transitions are more common than transversions,32,33,碱基置换突变的后果 同义突变(synonymous mutation)：指没有改变基因产物氨基酸序列的改变（无影响） 错义突变(missense mutation)：指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变（严重程度不等） 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密码子，导致多肽链在成熟之前终止合成的改变（常比较严重）,34,致死突变：发生在必需基因的重要氨基酸位点上，将严重影响蛋白质功能,渗漏突变：突变的产物仍有部分活性，表现型介于突变型与野生型之间,中性突变：突变不影响或基本不影响蛋白质的功能，性状改变不明显,错义突变,35,无义突变,36,“终止密码突变” 链终止突变：指无义突变使肽链过早终止 延长突变：指如果终止密码子因突变而为氨基酸编码，结果产生过长的肽链的现象,37,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 由于碱基序列所形成的一系列三联体密码子相互间并无标点符号，于是从受损位点开始密码子的阅读框架完全改变,（二）移码突变（frameshift mutation),38,39,移码突变的结果：严重 使读码框架改变，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 若其中某一点形成无义密码，则产生一个无功能的肽链片段 移码产生严重的大范围的错义或无义密码，较易成为致死性突变,40,注意： 如果减少或增加碱基对刚好是3对，则基因产物的肽链中仅减少或增加一个氨基酸，其后果与碱基置换相似，与移码突变不一样，不包括在移码突变范畴，称为密码子的缺失或插入。,41,42,二、染色体畸变（染色体结构异常）,43,染色体畸变（结构异常）（structural chromosome aberration）：是指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异常 断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质 断裂作用：染色体断裂的发生或过程,44,染色体畸变又可分为 染色体型畸变（chromosome-type aberrations)：指染色体中两条染色单体同一位点受损后所产生的结构异常 染色单体型畸变（chromatid-type aberrations)：指畸变涉及复制后的染色体中两条染色单体中的一条 产生何种畸变取决于损伤发生在染色体复制前还是复制后。,45,(1) 裂隙和断裂：都是指染色体上狭窄的非染色带 过去以带宽超过染色单体宽度为断裂，不超过者为裂隙,染色体畸变的类型,46,(2) 无着丝粒断片和缺失（deletion) 一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，并且这些已断裂的节段远远分开，就会出现一个或多个无着丝粒断片和一个缺失了部分染色质并带有着丝粒的异常染色体，后者称为带着丝粒断片,47,常将无着丝粒断片简称为断片，在下一次细胞分裂时断片因无着丝粒，故不能进入分裂的核中而滞留在细胞质中，称为微核 如断片很小，小于染色单体宽度，则称为微小体,48,(3) 环状染色体：染色体两臂各发生一次断裂，其带有着丝粒的节段的两断端连接形成一个环时，称为环状染色体 (4)易位(translocation)：从某个染色体断下的节段接到另一染色体上称为易位,49,(5) 插入和重复：当同一对染色体中发生三处断裂，带有两断端的断片插入到另一臂或另一染色体的断裂处重接起来，称为插入,缺失,插入和重复,倒位,(6)倒位(inversion)：当某一染色体发生两次断裂后，其中间节段倒转180再重接，称为倒位,50,染色体畸变（结构异常）是染色体或染色单体断裂所致。 当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现染色体畸变。,51,三、非整倍体和多倍体（染色体数目异常）,Normal human Karyotype:46,XY,动物正常体细胞染色体数目2n为标准，为二倍体，又称双体（disomy）。,52,染色体数目异常可能表现为： 整倍性畸变：可能出现单倍体、三倍体或四倍体。超过二倍体的整倍性畸变也统称为多倍体。 非整倍性畸变：系指比二倍体多或少一条或多条染色体,53,整倍性畸变,54,缺体是指缺少一对同源染色体，单体或三体系指某一对同源染色体相应地少或多一个，四体则指其比同源染色体多一对；于是在染色体数目上相应为2n-2、2n-1，2n+1和2n+2 人类中常见有三种三体： （1）21-三体，即Down氏综合征； （2）18-三体，即Edward综合征 （3）13-三体，即Patau综合征。,55,染色体数目异常的基本类型,56,染色体分裂过程异常是产生非整倍体和多倍体的原因！,57,非整倍性畸变,58,第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果,59,（一）碱基损伤 1.烷化剂(alkylating agent):是指对DNA和蛋白质具有强烈烷化作用的物质 一般情况下甲基化乙基化高碳烷基化 烷化剂所致甲基化易产生碱基错配，引起突变 烷化碱基易脱落，形成AP位点，引起突变 N位烷化可引起染色体畸变,一、引起突变的DNA变化(以DNA为靶的损伤机制),60,目前认为最常受到烷化的是 鸟嘌呤的N7位，其次是O6位 腺嘌呤的N1、N3和N7也易烷化,腺嘌呤 鸟嘌呤,61,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,62,有些化学物的结构与碱基非常相似，称碱基类似物 它们能在S期中可与天然碱基竞争，并取代其位置，取代后碱基类似物常造成错误配对，发生碱基置换 例如5溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；2氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤,2.碱基类似物取代,63,化学物可对碱基产生氧化作用，从而破坏或改变碱基的结构，进而引起碱基置换，有时还引起链断裂 有些化学物质可在体内形成有机过氧