1、 化學物質與核酸的化學物質與核酸的相互作用相互作用化學物質 核酸 破壞模板作用 核酸鏈斷裂 影響基因調控和表達功能 抗腫瘤藥物的母體 癌變的預警標示物 一切生物的變異和進化都可以認為是由于DNA結構的改變而引起蛋白質組成和性質變化的結果 郝璐璐郝璐璐 整容前整容前郝璐璐郝璐璐 整容后整容后呵呵，奇怪，這一株呵呵，奇怪，這一株水稻結出的稻谷好大水稻結出的稻谷好大拿它作種子明年肯定拿它作種子明年肯定大豐收大豐收!大量的事實告訴我們，生物是能夠大量的事實告訴我們，生物是能夠發生變異的。這些變異有的能夠遺傳給發生變異的。這些變異有的能夠遺傳給后代，有的卻不能！后代，有的卻不能！變異的概念：生物的后代出

2、現與親本不變異的概念：生物的后代出現與親本不同的性狀（也包括后代個體間的差異）同的性狀（也包括后代個體間的差異）可遺傳的變異可遺傳的變異不遺傳的變異不遺傳的變異一、基因突變的類型一、基因突變的類型基因突變： 由DNA堿基順序的改變引起生物遺傳性狀顯著變化的現象，是基因的核苷酸順序或數目發生改變。 單個堿基改變 點突變（點突變（point mutation） 多個堿基改變 缺失、重復和插入缺失、重復和插入 基因突變的類型 堿基置換移碼大段損傷 （1）堿基置換（）堿基置換（substitution） 它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。 分類分類：轉換（轉換（t

3、ransitiontransition），），即即DNADNA鏈中的一個嘌呤被另一鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換；個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換； 顛換（顛換（transversiontransversion），），即一個嘌呤被一個嘧啶即一個嘌呤被一個嘧啶, ,或或是一個嘧啶被一個嘌呤所置換。是一個嘧啶被一個嘌呤所置換。對某一具體誘變劑來對某一具體誘變劑來說，即可同時引起轉說，即可同時引起轉換與顛換，也可只具換與顛換，也可只具其中的一種功能。根其中的一種功能。根據化學誘變劑是據化學誘變劑是直接直接還是還是間接間接地引起置換，地引起置換，可把置換的機制分成可把置換

4、的機制分成以下兩類來討論。以下兩類來討論。直接引起置換的誘變劑直接引起置換的誘變劑 定義：一類可直接與核酸的堿基發生化學反應的誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發生化學反應的誘變劑，不論在機體內或是在離體條件下均有作用。，不論在機體內或是在離體條件下均有作用。 種類：很多。例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二種類：很多。例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基甲基-N硝基硝基-N-亞硝基胍，亞硝基胍，N-甲甲基基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環氧乙酸，氮芥等）。亞硝基脲，乙烯亞胺，環氧乙酸，氮芥等）。 作用：它們可與一個或幾個核苷酸發生化學反應，從而作用

5、：它們可與一個或幾個核苷酸發生化學反應，從而引起引起DNA復制時堿基配對的轉換，并進一步使微生物發復制時堿基配對的轉換，并進一步使微生物發生變異。生變異。 羥胺只引起羥胺只引起GCA : T， 其余都是可使其余都是可使GC=A : T發生互變的。發生互變的。 能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有（參能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有（參見下表）。見下表）。若干誘變劑的作用機制及誘變功能若干誘變劑的作用機制及誘變功能誘變因素誘變因素在在DNA上的初級效應上的初級效應遺傳效應遺傳效應堿基類似物堿基類似物摻入作用摻入作用AT=GC雙向轉換雙向轉換羥羥 胺胺與胞嘧啶起反應與胞嘧啶起反應G

6、CAT的轉換的轉換亞硝酸亞硝酸A、G、C的氧化脫氨作用的氧化脫氨作用交交 聯聯AT=GC雙向轉換雙向轉換缺失缺失烷化劑烷化劑烷化堿基（主要是烷化堿基（主要是G）烷化磷酸基團烷化磷酸基團喪失烷化的嘌呤喪失烷化的嘌呤糖糖-磷酸骨架的斷裂磷酸骨架的斷裂AT=GC雙向轉換雙向轉換ATTA的顛換的顛換GCCG的顛換的顛換巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）吖啶類吖啶類堿基之間的相互作用（雙鏈變形）堿基之間的相互作用（雙鏈變形）碼組移動（或）碼組移動（或）紫外線紫外線形成嘧啶的水合物形成嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚體形成嘧啶的二聚體交交 聯聯GCAT轉換轉換碼組移動（或）碼組

7、移動（或）電離輻射電離輻射堿基的羥基化核降解堿基的羥基化核降解DNA降解降解 糖糖-磷酸骨架的斷裂磷酸骨架的斷裂喪失嘌呤喪失嘌呤AT=GC雙向轉換雙向轉換碼組移動（或）碼組移動（或） 巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）加熱加熱C脫氨基脫氨基CGTA轉換轉換Mu噬菌體噬菌體結合到一個基因中間結合到一個基因中間碼組移動碼組移動亞硝酸可以使堿基發生氧化脫氨作用。亞硝酸可以使堿基發生氧化脫氨作用。 HNO2胞嘧啶（胞嘧啶（C） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） HNO2腺嘌呤（腺嘌呤（A） 次黃嘌呤（次黃嘌呤（H） HNO2鳥嘌呤（鳥嘌呤（G） 黃嘌呤（黃嘌呤（X）這些反應及形成

8、物均可在這些反應及形成物均可在DNA復制中產生影響，復制中產生影響，主要是使堿基對發生轉換。主要是使堿基對發生轉換。堿基轉換的分子機制堿基轉換的分子機制以亞硝酸為例以亞硝酸為例亞硝酸引起的亞硝酸引起的AT-GC轉換細節轉換細節這類誘變劑主要是一些這類誘變劑主要是一些堿基類似物堿基類似物 ,如：如：5-溴尿嘧溴尿嘧啶啶(5-BU)和和5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（5AU）、）、疊氮胸腺嘧啶（疊氮胸腺嘧啶（AIT）等）等等等； 作用方式作用方式：通過活細胞的代謝活動參入到通過活細胞的代謝活動參入到DNA分子中，分子中，主要是在主要是在DNA復制時堿基類似物插入復制時堿基類似物插入DNA中，中，引起堿

9、基引起堿基對配對錯誤，造成堿基置換。對配對錯誤，造成堿基置換。以以5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-BU)為例：為例： 5-BU是胸腺嘧啶（是胸腺嘧啶（T）的）的的的類似物類似物 ，酮式的，酮式的5-BU可以和可以和A配對，配對，烯醇式的烯醇式的5-BU可以和可以和G配對，在配對，在DNA分子復制的過程中，由于分子復制的過程中，由于5-BU的的插入和互變異構導致堿基置換。插入和互變異構導致堿基置換。間接引起置換的誘變劑間接引起置換的誘變劑5-BU引起的轉換引起的轉換5-BU引起的轉換引起的轉換 從上圖中，還可以看到從上圖中，還可以看到5-BU的摻入引起的的摻入引起的GC回復到回復到A?T的過程。通過這

10、兩個圖示，就很容易理的過程。通過這兩個圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產生回復突變的原因了。使它產生回復突變的原因了。也可以知道，為什么像也可以知道，為什么像5-BU這類代謝類似物只有這類代謝類似物只有對正在進行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用對正在進行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對休止細胞、游離的噬菌體粒子或離體的，而對休止細胞、游離的噬菌體粒子或離體的DNA分子卻不起作用。分子卻不起作用。（2）移碼突變）移碼突變 frame-shift mutation 或或 phase-shift mutation，指誘變劑

11、使，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一分子中增加（插入）或缺失一個或少數幾個核苷酸，從而使該部位后面的全部個或少數幾個核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發生轉錄和轉譯錯誤的一類突變。遺傳密碼發生轉錄和轉譯錯誤的一類突變。 由移碼突變所產生的突變株，稱為由移碼突變所產生的突變株，稱為（frame-shift mutant）。與染色體畸變相比，移）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。分子的微小損傷。 丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和-氨基丫啶等，以及一系列稱為氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合

12、物，類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。都是移碼突變的有效誘變劑。圖圖 能誘發移碼突變的幾種代表性化合物能誘發移碼突變的幾種代表性化合物引起移碼突變的誘變劑：主要是引起移碼突變的誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。黃、吖啶橙等等。這類化合物都是平面型的三環分子，它們的結構與一這類化合物都是平面型的三環分子，它們的結構與一個嘌呤個嘌呤嘧啶對十分相似。嘧啶對十分相似。吖啶類化合物的誘變機制：吖啶類化合物的誘變機制： 至今還不很清楚。至今還不很清楚。 有人認為，由于它們是一種平面型三環分子，有人認為，由于它們是一種平面型三環分子，結構與一個結構與一個嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶十

13、分相似，故能十分相似，故能嵌入嵌入兩個相鄰兩個相鄰DNADNA堿基對之間，造成雙螺旋的部分堿基對之間，造成雙螺旋的部分解開（兩個堿基對原來相距解開（兩個堿基對原來相距0.34nm0.34nm，當嵌入一，當嵌入一個丫啶分子時，就變成個丫啶分子時，就變成0.68nm0.68nm），從而在），從而在DNADNA復制過程中，會使鏈上增添或缺失一個堿基，復制過程中，會使鏈上增添或缺失一個堿基，結果就引起了移碼突變。結果就引起了移碼突變。吖啶類化合物誘發的移碼突變及其回復突變圖示：吖啶類化合物誘發的移碼突變及其回復突變圖示：基因突變的特點基因突變的特點 普遍性普遍性 隨機性隨機性 稀有性稀有性 有害性有害

14、性 不定向性不定向性 二、實例鐮刀型細胞貧血癥正常人的紅細胞鐮刀型貧血癥患者 的 紅 細 胞討論：鐮刀型細胞貧血癥的發病原因是什么？臨床表現臨床表現血紅蛋白血紅蛋白6(N端端)mRNA基因基因(DNA上上)正常表現正常谷氨酸CTTGAAGAA鐮刀型貧血異常纈氨酸CATGTAGUA基因突變的實例基因突變的實例鐮刀型細胞貧血癥鐮刀型細胞貧血癥基因突變的實例：基因突變的實例：正常綿羊有時生下正常綿羊有時生下短腿短腿“安康羊安康羊”紅花紅花藍紫色藍紫色物理因素：主要是各種射線。如：紫外線、物理因素：主要是各種射線。如：紫外線、射線、射線、射線、射線、射線等。射線等。化學因素：主要是各種能與化學因素：主

15、要是各種能與DNADNA發生化學反應發生化學反應的化學物質。如煙堿、秋水仙素、黃曲霉毒素、的化學物質。如煙堿、秋水仙素、黃曲霉毒素、硫酸二乙酯等。硫酸二乙酯等。生物因素：主要是某些寄生在細胞內的病毒。生物因素：主要是某些寄生在細胞內的病毒。三、基因突變的原因1.1.人工誘變的方法：人工誘變的方法：用射線（如紫外線、用射線（如紫外線、X X射線、激光等）照射或致突射線、激光等）照射或致突變物質處理生物的敏感部位（植物的萌發種子、動物變物質處理生物的敏感部位（植物的萌發種子、動物的生殖腺等）。的生殖腺等）。例：我國科技人員用例：我國科技人員用60CO產生的射線照射水稻萌發的種子，產生的射線照射水稻

16、萌發的種子，培育出優質高產、抗病蟲害強的培育出優質高產、抗病蟲害強的新品種。新品種。四、基因突變的應用例：例：19451945年愛爾蘭科學家費來明發現青年愛爾蘭科學家費來明發現青霉素以來，世界各地科學家用紫外線照射的方霉素以來，世界各地科學家用紫外線照射的方法處理青霉，將青霉素的產量提高了幾千倍，法處理青霉，將青霉素的產量提高了幾千倍，價格下降到原來的幾萬分之一。價格下降到原來的幾萬分之一。紫外線照紫外線照射處理射處理例：例：19871987年，我國科學家將普通青椒種年，我國科學家將普通青椒種子搭載在人造衛星上使之接受宇宙射線照射發子搭載在人造衛星上使之接受宇宙射線照射發生基因突變，培育出產量

17、特高，質量特別好的生基因突變，培育出產量特高，質量特別好的“太空椒太空椒”。2.2.人工誘變的優點：人工誘變的優點：自然突變由于變異頻率很低，產生的極少量變異自然突變由于變異頻率很低，產生的極少量變異個體混雜于大量未變異個體中，難以被發現并選出來個體混雜于大量未變異個體中，難以被發現并選出來進行培育。而人工誘變可以產生大量的變異個體，容進行培育。而人工誘變可以產生大量的變異個體，容易發現發生有利變異的個體并將其從中選擇出來。如易發現發生有利變異的個體并將其從中選擇出來。如我國近年每年都有許多優質高產的農作物新品種出現，我國近年每年都有許多優質高產的農作物新品種出現，其中大多數都經過了人工誘變處

18、理。其中大多數都經過了人工誘變處理。如青霉素的生產，從如青霉素的生產，從19451945年到年到19651965年年2020年時間就年時間就將單位產量提高了幾十萬倍。將單位產量提高了幾十萬倍。3.3.人工誘變的缺點：人工誘變的缺點：，并且常常，并且常常是一個個體中既發生了有利變異又發生了不利是一個個體中既發生了有利變異又發生了不利變異，必須通過雜交方法將有利變異組合到同變異，必須通過雜交方法將有利變異組合到同一個體中來。一個體中來。，生物發生，生物發生的變異絕大多數是不利變異，因此的變異絕大多數是不利變異，因此必須處理大必須處理大量材料量材料形成大量變異個體再從中選擇發生有利形成大量變異個體再

19、從中選擇發生有利變異的個體。變異的個體。，如，如有泄漏將造成人體傷害或環境污染。有泄漏將造成人體傷害或環境污染。燈籠形，特大果燈籠形，特大果平均單果重平均單果重250克左右，克左右，最大果可達最大果可達720克克露地栽培露地栽培畝產畝產5000公斤左右公斤左右大棚栽培大棚栽培產量可達產量可達8000公斤公斤 五、化學致癌物質以其作用機制直接致癌物 直接作用于RNA、DNA、蛋白質等 烷化劑、亞硝胺物質 間接致癌物 需經代謝活化才與大分子化合物結合 多環芳烴類、亞硝胺類、芳香胺 促癌物 本身不致癌，但與致癌物同時作用時，能明顯地強化致癌 巴豆油、丙酮、酚、氧化鐵粉塵 有機致癌物 多環芳烴類、芳香

20、胺類、偶氮類、烷化劑類、亞硝胺類及亞硝酰胺類、內酯類、性激素、霉菌素 多環芳烴、亞硝胺及霉菌毒素是環境中三類最普遍最重要的致癌物 一、共價結合一、共價結合1氮丙啶類抗生素絲裂霉素C 2氨茴霉素、茅屋霉素等抗生素3螺旋丙烷類抗生素二、非共價結合二、非共價結合大多數抗癌藥物與DNA的作用都是非共價結合 典型溝區結合的藥物分子典型溝區結合的藥物分子 典型溝區結合的藥物分子典型溝區結合的藥物分子嵌插結合嵌插結合（1）經典的嵌插結合 藥物分子通過嵌入DNA令DNA構象發生改變，使其不能或不易復制，而顯現出抗腫瘤、抗病毒的活性。（2）雙嵌插 將兩個嵌插環通過不同長度的鏈共價連接起來 （3）帶有多個大取代基

21、的嵌插劑 三、剪切作用RNA可成為新型小分子藥物的作用靶點 一、一、RNA藥靶的優越性藥靶的優越性1RNA種類多樣性2RNA結構的多樣性在RNA分子中，并不遵守DNA中堿基種類的數量比例關系，即分子中的嘌呤堿基總數不一定等于嘧啶堿基的總數。RNA分子中，部分區域也能形成雙螺旋結構，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環。RNA還可以形成更復雜的三級結構。盡管轉錄于同一DNA，翻譯相同的蛋白質，不同的轉錄子形式有不同的序列和獨特的RNA三級結構形狀。二、作用于二、作用于RNA的小分子藥物的小分子藥物兩大類：一類是傳染性疾病新型抗菌和抗病毒藥物研制；另一類是非傳染性疾病包括抗癌和抗炎癥藥物研制。 1與H

22、IV TAR RNA作用的小分子化合物反式激活（TAR） 反式激活依賴于Tat蛋白和一個RNA序列特異區（TAR RNA）的相互結合。 HIV 1基因表達是由一類病毒編碼的蛋白調控的，其中包括一種轉錄的反式激活子Tat。當基因表達的Tat水平增高時，病毒的復制才能夠進行。這是通過RNA聚合酶轉錄復合物延長的增加而達到的，也叫做反式激活（TAR）。 （a）新霉素B；（b）2, 4-氨基喹唑啉；（c）喹唑啉-2, 3-二酮；（d）吖啶衍生物CGP40336A2與rRNA作用的小分子化合物核糖霉素、巴龍霉素和利維霉素可與原核rRNA的A位點亞結構域形成特定的復合物；而安普霉素對原核亞結構域的強結合依

23、賴于1408位點RNA具有高親和性和特異性的靶點，小分子化合物可以作為基因研究的工具一、分光光度法一、分光光度法1測糖法（1）二苯胺法 在強酸性條件下，水解后的DNA能與二苯胺反應，并有藍色產物生成，其最大吸收波長位于600mn處，由此可以測得樣品中核酸的含量，測定DNA的范圍為25250g/ml。 優點：與UV法相比，該方法更準確，靈敏度更高， 并且可以測定混合物。缺點：方法冗長（需1620h），條件苛刻， 在測定過程中容易造成樣品的損失。 在硫酸中水解DNA，加入高碘酸和硫代巴比妥酸，則有粉紅色反應物生成，max位于532nm處，可用于DNA的測定。（2）硫代巴比妥酸優點：RNA和蛋白質不

24、干擾測定RNA經熱酸水解和轉化之后，與地衣酚（5-甲基-1,3-苯二酚）在濃HCL及Cu2或FeCl3存在下反應，溶液呈綠色，max位于670nm處。在一定范圍內，吸收強度與RNA的濃度成正比，用于測定RNA及其衍生物，靈敏度為0.015mol/L。（3）地衣酚法（4）定磷法 將核酸和核苷酸用強酸消化，使有機磷變成磷酸根，再用一般測定磷的試劑顯色。根據磷的含量即可推算出核酸和核苷酸的含量 優點：反應靈敏缺點：DNA和RNA都含有磷，測定時必須分別測定 2染料結合法基于多核苷酸中兩個單核苷酸殘基之間的電離具有較低的pK值（pK=1.5），當溶液的pH高于4時，全部解離，呈多陰離子狀態，具有與某些

25、陽離子染料結合的能力。 優點：簡便、快速、靈敏、準確 缺點：蛋白質對體系的測定干擾嚴重 （1）甲基綠 在pH 7.9的Tris-HCl緩沖溶液中，將甲基綠與核酸的混合液加熱至45，3h之后，在最大吸收峰630nm處溶液的吸光度，吸光度的強度與一定濃度的核酸成正比，將該方法用以測定DNA，其測定范圍為0300g，檢出限為2g。 2染料結合法（2）甲苯胺藍 甲苯胺藍的水溶液在628nm處有一最大吸收峰，當有痕量DNA存在時，會導致最大吸收峰降低，吸收峰的降低程度與一定濃度的DNA成正比。 測定微克級的DNA，線性范圍04.0g/ml，檢出限0.048g/ml 目前測定痕量DNA的較好方法 （3）乙基紫 pH6.47.4時，乙基紫的max位于595nm處，當加入DNA后，乙基紫的吸收峰顯著下降，而在507nm處出現新的吸收峰。可用于DNA定量測定。線性范圍為1.0810-5mol/L。方法操作簡便，靈敏度高，選擇性較好，且反應迅速（2min后即可測定） 二、熒光法二、