食品毒理學(xué)第7章課件

1、第七章 致突變作用7-1 概述 一、基本概念1遺傳：生物物種通過各種繁殖方式來保證 世代間生命的延續(xù)的過程。2變異（variation）：親子之間或子代個體之間出現(xiàn)的不同程度的差異。3突變（mutation）：遺傳物質(zhì)本身的變化及其引起的變異。自發(fā)突變（spontaneous mutation），是在自然條件下發(fā)生的突變。誘發(fā)突變（induce mutation），是人為造 成的突變。4致突變作用（mutagenesis）：是外來因素，特別是化學(xué)因子引起細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力，而且這種改變可隨同細(xì)胞的分裂過程而遺傳。(誘變作用)突變是致突變作用的后果。能引起突變的物質(zhì)叫致突變物。二、

2、遺傳學(xué)基礎(chǔ)1DNA與基因DNA：脫氧核糖核酸，是細(xì)胞核里的遺傳物質(zhì)。 基因：是DNA分子中最小的完整功能單位。2染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)：在間期細(xì)胞的細(xì)胞核中，通過光鏡可 見的一種能被堿性染料著色的物質(zhì)。染色體：細(xì)胞分裂時，染色質(zhì)螺旋化并折疊而形 成染色體。3體細(xì)胞與生殖細(xì)胞4基因型與表型基因型：指控制基因性狀的基因組成， 是生物體的遺傳組成。表型：指在發(fā)育過程中由基因所控制的生物 改善的具體表現(xiàn)。5細(xì)胞周期、有絲分裂與減數(shù)分裂細(xì)胞周期：指細(xì)胞一次分裂結(jié)束，并開始生長， 到下一次分裂終了所經(jīng)歷的過程。細(xì)胞周期分為四個時期：G1期：細(xì)胞進(jìn)行劇烈合成時期；S期：完成DNA復(fù)制；G2期：為有絲分裂做準(zhǔn)備

3、；M期：有絲分裂期。有絲分裂：指細(xì)胞核分裂的過程，一個細(xì)胞由此生 成兩個子細(xì)胞，每個子細(xì)胞各具有與親 代完全相同的染色體。減數(shù)分裂：指通過兩個細(xì)胞周期使染色體數(shù)目減少 一半的細(xì)胞分裂方式。7-2 突變的類型 一、基因突變（點(diǎn)突變）指基因中DNA序列發(fā)生改變。 1堿基置換（base substitution）：指某一堿基配對性能改變或脫落所致的突變。即由一個錯誤的堿基對替代一個正確的堿基對的突變叫堿基置換突變。 轉(zhuǎn)換：嘌呤轉(zhuǎn)換嘌呤、嘧啶置換嘧啶。顛換：嘌呤轉(zhuǎn)換嘧啶、嘧啶置換嘌呤。2移碼突變（frameshift mutation）：指發(fā)生一對或幾對（3對除外）的堿基減少或增加，以至從受損點(diǎn)開始堿

4、基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。 移碼突變往往會使基因產(chǎn)物發(fā)生大的改變，引起明顯的表型效應(yīng)，常出現(xiàn)致死性突變。根據(jù)遺傳信息的改變方式，基因突變又可以分為： 錯義突變：由于一對或幾對堿基對的改變而使決定某一氨基酸的密碼子變?yōu)闆Q定另一種氨基酸的密碼子的基因突變。同義突變：沒有引起編碼氨基酸錯誤的基因 突變。無義突變：由于一對或幾對堿基對的改變而使決定某一氨基酸的密碼子變成一個終止密碼子的基因突變。 2. 染色體結(jié)構(gòu)異常的類型：缺失：染色體上丟失了一個片斷。重復(fù)：在一套染色體里，一個染色體片段 出現(xiàn)不止一次。倒位：一個染色體片斷發(fā)生顛倒。易位：一個染色體片斷的位置發(fā)生改變。

5、7-3 致突變作用機(jī)制 1.堿基類似物取代 與堿基非常相似的化學(xué)物，稱堿基類似物。堿基類似物能在S期中可與天然堿基競爭，并取代其位置。 2. 烷化劑的影響烷化劑是對DNA和蛋白質(zhì)都有強(qiáng)烈烷化作用的物質(zhì)。常見的有：烷基硫酸酯、N亞硝基化合物、氮芥和 硫芥等環(huán)狀烷化劑和鹵代亞硝基脲等。烷化活性：甲基化乙基化高碳烷基化一、直接損傷DNA的誘變3. 致突變物改變或破壞堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)有些化學(xué)物可對堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，有時還引起鏈斷裂。 有些化學(xué)物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機(jī)過氧化物或自由 基，可間接使嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞，容易出現(xiàn) DNA鏈斷裂。4. 平面大分子嵌入DNA鏈 有些大分子能以靜

6、電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間，稱為嵌入劑 。平面大分子嵌入DNA鏈造成移碼突變。 5共價(jià)結(jié)合形成加合物許多化學(xué)誘變劑或其活化產(chǎn)物是親電子化學(xué)物，可與DNA、RNA或蛋白質(zhì)等大分子親核物質(zhì)發(fā)生共價(jià)結(jié)合，形成穩(wěn)定的加合物（adduct），通常很難用化學(xué)的或生物的方法使其解離。DNA加合物的形成被普遍認(rèn)為是誘變作用的重要事件。二、導(dǎo)致染色體組畸變的作用機(jī)制非整倍性和多倍體的產(chǎn)生是由于染色體分離異常所至。 1. 非整倍體是由于正常細(xì)胞未分裂而產(chǎn)生的。原因是由于細(xì)胞在第一次減數(shù)分裂時同源染色體不分離，或在第二次減數(shù)分裂或有絲分裂過程中，姐妹染色單體不分離而形成

7、。2.多倍體涉及整個染色體組。在有絲分裂過程中，若 染色體己正常復(fù)制，但由于紡錘體受損，染色單體 不能分離到子細(xì)胞中，這時染色體數(shù)目就會加倍， 形成四倍體。減數(shù)分裂的異常也可使配子形成二倍 體，若二倍體的配子受精，可形成多倍體的受精卵。 7-4 突變作用后果突變的不良后果 體細(xì)胞突變 生殖細(xì)胞突變 癌變致畸衰老配子死亡死胎自發(fā)流產(chǎn)先天畸形二、體細(xì)胞突變的不良后果 1致癌體細(xì)胞基因突變、染色體畸變和非整倍性改變，都會引起癌基因激活和抑癌基因失活等改變而致病。2致畸與發(fā)育毒性 誘變劑可通過胎盤，引起胚胎體細(xì)胞的突變，干擾胚胎的正常發(fā)育過程，使胎兒出現(xiàn)形態(tài)結(jié)構(gòu)的異常。誘變劑作用于胚胎體細(xì)胞引起的畸型

8、不可遺傳；誘變劑作用于胚胎生殖細(xì)胞引起的畸型可遺傳。 3其他不良后果 動脈硬化：因動脈壁細(xì)胞被誘發(fā)突變而引起。 衰老：是因體細(xì)胞組織累積的突變所致。7-5 致突變試驗(yàn)一、觀察項(xiàng)目的選擇1. 觀察效應(yīng)終點(diǎn)遺傳學(xué)終點(diǎn)：指試驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象所反映的 各種事件。分5類：DNA完整性的改變。 DNA重排或交換。 DNA堿基序列改變。（基因突變） 染色體完整性改變。（染色體畸變） 染色體分離改變。（染色體組畸變）原發(fā)性DNA損傷2. 致突變試驗(yàn)項(xiàng)目的組合遺傳毒理學(xué)評價(jià)程序通常為一組體內(nèi)、外遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)。因?yàn)椋夯瘜W(xué)毒物的種類和結(jié)構(gòu)多種多樣，其致突變的機(jī)制 不盡相同，作用的靶細(xì)胞也不一樣。致突變物中僅少數(shù)具有

9、直接致突變作用，大多數(shù)為 間接致突變作用，即需要在體內(nèi)代謝活化后，才具 有致突變作用。化學(xué)毒物的致突變性有強(qiáng)，也有弱；有的在某一檢 測系統(tǒng)中是強(qiáng)致突變物，而在另一系統(tǒng)中可能是弱 的致突變物。入選原則：選擇的遺傳毒性試驗(yàn)應(yīng)包括5種類型的遺傳學(xué)終點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)指示生物應(yīng)包括若干進(jìn)化階段的物種，既要包括原核生物，又要包括真核生物。體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)配合。應(yīng)包括生殖細(xì)胞和體細(xì)胞。通常，對于一種受試物應(yīng)當(dāng)先用原核細(xì)胞或體細(xì)胞的體外試驗(yàn)按遺傳學(xué)終點(diǎn)合理配套進(jìn)行試驗(yàn)，并對有陽性結(jié)果的遺傳學(xué)終點(diǎn)驗(yàn)證其在體內(nèi)的真實(shí)性，再行選用生殖細(xì)胞致突變試驗(yàn)進(jìn)行遺傳危害的評價(jià)。 二、常用的致突變試驗(yàn)1鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變試驗(yàn)2微

10、核試驗(yàn)3. 染色體畸變分析姐妹染色單體交換試驗(yàn)（SCE）果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)顯性致死試驗(yàn)程序外DNA合成試驗(yàn)單細(xì)胞凝膠電泳（SCGE）試驗(yàn)微核：經(jīng)致突變物作用后，染色體無著絲點(diǎn)斷片或 因紡錘體受損傷而丟失的整個染色單體在細(xì)胞 分裂的后期仍留在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，成為一 個或幾個規(guī)則的次核，稱為微核。微核試驗(yàn)是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗(yàn)。主要可檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。方法：嚙齒類動物骨髓嗜多染紅細(xì)胞(PCE)微核 試驗(yàn)。 劑量分組：1/2LD50、1/4LD50、1/8LD50。同時設(shè)陰 性對照和陽性對照組。MNNCE四、致突變試驗(yàn)中的一些問題1.陰性、陽性對照組的設(shè)立陰性對照：即未處理對照或溶劑對照。目的：獲得試驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。陽性對照：是用某種已知能產(chǎn)生陽性反應(yīng)的物質(zhì)作對照。目的：*通過對陽性物質(zhì)的試驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)方法的可靠；*驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)者在本實(shí)驗(yàn)條件下，完成技術(shù)和鑒定致突 變物的能力；*證實(shí)經(jīng)一定時間后，本實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。2. 體外試驗(yàn)的活化系統(tǒng)前致突變物：本身不具致突變性，經(jīng)哺乳動物代謝才轉(zhuǎn)化成致突變物的化學(xué)物質(zhì)。哺乳動物細(xì)胞介導(dǎo)：使用完整的細(xì)胞，特別是大鼠肝原代 細(xì)胞，與測試細(xì)菌或細(xì)胞一起培養(yǎng)。S9：經(jīng)酶誘導(dǎo)劑處理后制備的肝勻漿，再經(jīng)9000g離心分 離所得上清液，加上適當(dāng)?shù)木彌_液和輔助因子。 純化酶和基因工程。純化酶：純化的細(xì)胞色素P450、谷光苷肽轉(zhuǎn) 移