食品毒理学 外源化学物质突变作用

2015/11/122•DNA(gene)与基因(genosome):•:DNA分子中昀小的完整功能单位.细胞或生物体的一套完整功能单位.•染色质(chromatin)与染色体(chromosome)：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.:细胞分裂时,染色质染色质螺旋化折叠而成基因基因组：染色质染色体•基因型(genotype)与表型(pheotype)基因型:控制生物性状的基因组成表型:发育过程中由基因所控制的生物性状的具体表现•细胞周期(cellcycle)•有丝分裂(mitosis)•减数分裂(meiosis)第二节化学毒物致突变的类型•基因突变（genemutation）•染色体畸变（chromosomeaberration）•染色体数目改变一、基因突变(genemutation)根据对遗传信息的改变分类不改变基因产物氨基酸序列的改变2．错义突变3．无义突变1．同义突变：致死性突变渗漏突变中性突变链终止突变延长突变同义突变（samesensemutation）突变的碱基未引起编码的氨基酸发生改变错义突变（missensemutation）碱基突变使密码子改变，编码氨基酸改变2015/11/123无义突变（non-sensemutation）-链终止突变碱基替换使编码氨基酸的密码子变成终止密码UAA、UAG或UGA无义突变-延长突变DNA分子中的某一个终止密码突变为编码氨基酸的密码，从而使多肽链的合成至此仍继续下去，直至下一个终止密码为止，形成超长的异常多肽链。DNATACTAA,AAGTACTATTACTCCRNAUACUAAUAGUACUAUUACUCCAATyrOchAmbTyrTyrTyrSer无义突变错义突变同义突变一、基因突变(genemutation)根据基因结构的改变分类1．碱基置换(base—pairsubstitution)指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。•转换(transition)•颠换(transvertion)2．移码突变(frameshiftmutation)指发生一对或几对（三对除外）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，并转译成为不正常的氨基酸。2015/11/1243．三核苷酸重复（三联体重复、三核苷酸扩展）指一特定的三联核苷酸被扩增，重复数目超过正常数目。如：CTG/CTG/CTG/CTG4．大段损伤(DNA重排、片段突变、小缺失）指DNA序列上有较长的一段序列的重新排布，包括大段的插入、缺失、取代、复制、放大和倒位。二、染色体畸变(chromosomeaberration)指染色体的结构改变–染色单体型畸变(chromatid-typeaberration)–染色体型畸变(chromosomeaberration)染色体畸变裂隙(gap)断裂(break)断片(fragment)和缺失(deletion)微小体(minutebody)无着丝点环环状染色体双着丝点染色体倒位(inversion)易位(translocation)插入(insertion)和重复(duplication)辐射体染色体缺失及环状染色体的形成图染色体插入和重复示意图://v.ku6.com/show/nBGJsoIpR5hAYyAa.html染色体的臂间倒位染色体相互易位示意图三、染色体数目改变1．非整倍体非整倍体(aneuploid)指细胞丢失或增加一条或几条染色体。缺失一条染色体时称为单体(monosome)，增加一条染色体时称为三体(trisome)。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。2．整倍体整倍体(euploid)指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，如形成三倍体(triploid)、四倍体(tetroploid)等。在人体，3n为69条染色体，4n为92条染色体。2015/11/125不同物种动物的染色体数目物种体细胞(2n)性细胞(n)物种细胞(2n)性细胞(n)人4623大鼠4221小鼠4020猫3819兔4422狗7839第三节致突变作用机制和后果一、DNA损伤与突变（一）碱基损伤1.碱基错配2.嵌入DNA链3.碱基类似物的取代5-BrU的碱基配对5-BrU:G:A烯醇式enolBrOHHOBr酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的渗入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二轮复制A·TG·C转变AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一轮复制酮式到稀醇式的转变烯醇式渗入为G·CA·T转变ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*5-溴尿嘧啶引起的突变酮式烯醇式5-BrU:G:A烯醇式enolBrOHHOBr酮式KetoHO4.碱基的化学结构改变或破坏亚硝酸：有氧化脱氨作用CU，与A配对，G·CA·TAH（次黄嘌呤），与C配对，A·T－G·CGX（黄嘌呤），仍与C配对，不引起突变胞嘧啶脱氨后变成尿嘧啶2015/11/126（二）DNA链受损1.二聚体的形成紫外线环丁烷嘧啶二聚体和(4-6)光产物（二）DNA链受损2.DNA加合物（DNAadducts）形成活性化学物+细胞大分子稳定复合物3.DNA-蛋白质交联物形成(DNA-Proteincrosslinks，DPC)致突变物对生物大分子的一种重要遗传损害二、引起突变的细胞分裂过程的改变非整倍体:同源染色体不分离（第一次减数分裂）姐妹染色单体不分离（第二次减数分裂或有丝分裂）多倍体：纺锤体受损，染色单体不能分离到子细胞中（有丝分裂）配子形成二倍体（减数分裂）一个卵子被多个精子受精生化机制--①与微管蛋白二聚体结合②与微管上的巯基结合③已组装的微管的破坏④中心粒移动受阻⑤其他作用2015/11/127微管的组装过程三、对DNA合成系统作用而引起的突变四、对DNA损伤修复系统作用而引起的突变对DNA合成和修复有关的酶系统作用可间接导致DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变。①DNA高保真复制需多种酶参与②DNA修复机体修复DNA损伤的机制可分为两大类：1.损伤耐受机制：指DNA遗传可绕过那些阻止DNA复制的DNA损伤。如:细菌的重组修复DNA损伤修复的类型2.修复机制：DNA修复O6-甲基鸟嘌呤修复错配碱基修复碱基切除修复核苷酸切除修复呼救性修复双链断裂修复O6-甲基鸟嘌呤修复：修复在O6位上含有烷基的鸟嘌呤，靠O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶将O6-甲基鸟嘌呤的甲基转移至该酶的半胱氨酸残基上，而恢复鸟嘌呤正常的碱基配对特性，该酶在修复过程中被不可逆地失活。2015/11/128尿嘧啶糖基酶修复RecombinationrepairingRecADNApol、ligase(重组修复)ABAB重组修复过程①受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。②完整的另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口。③以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，昀后由DNA连接酶连接，完成修补。SOS修复——易误修复DNA受到严重损伤，细胞处于应急状态时所诱导的一种DNA修复方式，结果是只能维持基因组的完整性，提高细胞生存率，但留下错误较多。SOS修复必须在损伤因素的诱导下发生，容易出现修复错误。主要在复制时起作用。2015/11/129六、突变的不良后果突变的不良后果体细胞突变生殖细胞突变癌变致畸衰老配子死亡死胎自发流产先天畸形1.体细胞突变与癌变癌基因的活化和肿瘤抑制基因的失活，并存在有缺失、易位、倒位等染色体畸变。2.体细胞突变与致畸诱变剂可通过胎盘，引起胚胎体细胞的突变，干扰胚胎的正常发育过程，使胎儿出现形态结构的异常。3.体细胞突变的其他不良后果动脉粥样硬化的斑块生物体的衰老一、体细胞突变的不良后果1.致死性突变诱变物引起生殖细胞的突变可以是致死性的，造成配子死亡、死胎、自发流产等.2.可遗传的改变生殖细胞发生非致死性突变会影响后代，表现为先天畸型等遗传性疾病，或导致遗传易感性改变等等.基因库（genepool）:某一物种在特定时期中能将遗传信息传至下一代的处于生育年龄的群体所含有的基因总和.遗传负荷（geneticload）:一种物种的群体中每个个体携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平。二、生殖细胞突变的不良后果一、观察项目的选择1．观察的效应终点类型•基因突变和染色体畸变的检测可直接反映化学毒物的致突变性，是评价化学毒物致突变性唯一可靠的方法。还有许多试验所观察到的现象并不反映基因突变、染色体畸变和染色体分离异常，而仅反映致突变过程中发生的其他事件。•因此，将试验观察到的现象所反映的各种事件统称为遗传学终点(geneticendpoint)。第四节致突变作用的评价方法–遗传学终点分为5类：①DNA完整性的改变(形成加合物，断裂，交联)；②DNA重排或交换；③DNA碱基序列改变；④染色体完整性改变；⑤染色体分离改变。–其中③实际上指基因突变，④指染色体畸变。2．成套的观察项目–遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理学试验。因为：①化学毒物的种类和结构多种多样，其致突变的机制不尽相同，作用的靶细胞也不一样，有的是体细胞，或生殖细胞，或两者兼而有之，故在成套观察项目中既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平还要从细胞水平来检测化学毒物的遗传毒性。2015/11/1210②致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为间接致突变作用，即需要在体内代谢活化后，才具有致突变作用。体内试验具有完整的活化系统，而体外试验则通过加入模拟代谢系统，如S9来弥补缺乏活化系统的不足。这是体内与体外试验的主要差别。③化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检测系统中是强致突变物，而在另一系统中可能是弱的致突变物。对于弱致突变物在某些系统中比较容易漏检，即出现假阴性。•关于遗传毒理学成套观察项目中那些试验可入选的原则有：–①选择的遗传毒性试验应包括5种类型的遗传学终点。–②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。–③体内试验与体外试验配合。–④应包括生殖细胞和体细胞。–原核细胞或体细胞的体外试验体内生殖细胞致突变试验遗传危害的评价主要的遗传毒理学试验染色体完整性改变:•细胞遗传学试验(1)•微核试验(1)•显性致死试验(1)•体外姐妹染色单体交换试验(SCE)(1)•可遗传易位试验DNA碱基序列改变•细菌回复突变试验(Ames试验)•哺乳动物细胞(TK或HPRT正向)突变试验•果蝇伴性隐性致死试验•转基因动物检测系统•DNA测序及分子杂交检测技术•小鼠特定基因座突变试验DNA重排或交换•酵母重组试验•体外姐妹染色单体交换试验(SCE)(2)DNA完整性•细菌DNA修复试验•体外UDS试验•单细胞凝胶电泳技术•DNA加合物检测技术2015/11/1211染色体分离改变•细胞遗传学试验(2)•微核试验(2)•显性致死试验(2)(一)细菌回复突变试验(Ames试验)利用突变体的测试菌株，观察受试物能否纠正或补偿突变体所携带的突变改变，判断其致突变性。常用菌株：鼠伤寒沙门氏菌大肠杆菌二、常用的致突变试验细菌回复突变试验(Ames试验)鼠伤寒沙门氏菌原养型(his+)组氨酸营养缺陷型突变株(his-)正向突变回复突变代谢活化系统受试物指示微生物PeterJ.Russell,iGenetics:Copyright©PearsonEducation,Inc.,publishingasBenjaminCummings.TheAmestestforassayingthepotentialmutagenicityofchemicals