1. 诱变机制 • 诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率 的任何理化因子，就称为诱变剂 • 种类：诱变剂的种类很多，作用方式多 样。即使是同一种诱变剂，也常有几种 作用方式。 • 按照遗传物质结构变化的特点讨论几种 有代表性的诱变剂的作用机制
1. 诱变机制 • 诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率 的任何理化因子，就称为诱变剂 • 种类：诱变剂的种类很多，作用方式多 样。即使是同一种诱变剂，也常有几种 作用方式。 • 按照遗传物质结构变化的特点讨论几种 有代表性的诱变剂的作用机制
（1）碱基置换（substitution） • 定义：对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损 伤（microlesion），一般也称点突变（point mutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。 • 分类：转换（transition），即DNA链中的一个嘌呤被另 一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换； 颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一 个嘧啶被一个嘌呤所置换。 对某一具体诱变剂来 说，即可同时引起转 换与颠换，也可只具 其中的一种功能。根 据化学诱变剂是直接 还是间接地引起置换， 可把置换的机制分成 以下两类来讨论
（1）碱基置换（substitution） • 定义：对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损 伤（microlesion），一般也称点突变（point mutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。 • 分类：转换（transition），即DNA链中的一个嘌呤被另 一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换； 颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一 个嘧啶被一个嘌呤所置换。 对某一具体诱变剂来 说，即可同时引起转 换与颠换，也可只具 其中的一种功能。根 据化学诱变剂是直接 还是间接地引起置换， 可把置换的机制分成 以下两类来讨论
Transition and Transversion Mutations Second generation Rare and temporary chact Wild enol tautomeric First form of guanine generation pIff type Parental DNA TTTT■ GTTGA CAACT GTTGA Mutant w CAGCT DNA replication T■题 Wild DNA replication type Wild GTCGA type (b)
★直接引起置换的诱变剂 • 定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂， 不论在机体内或是在离体条件下均有作用。 • 种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二 乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亚硝基胍，N-甲 基-N-亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。 • 作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而 引起DNA复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发 生变异。 – 羟胺只引起G┇C→A : T， – 其余都是可使G┇C=A : T发生互变的。 – 能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有（参 见下表）
★直接引起置换的诱变剂 • 定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂， 不论在机体内或是在离体条件下均有作用。 • 种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二 乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亚硝基胍，N-甲 基-N-亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。 • 作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而 引起DNA复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发 生变异。 – 羟胺只引起G┇C→A : T， – 其余都是可使G┇C=A : T发生互变的。 – 能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有（参 见下表）
若干诱变剂的作用机制及诱变功能 诱变因素 在DNA上的初级效应 遗传效应 碱基类似物 掺入作用 AT=GC双向转换 羟 胺 与胞嘧啶起反应 GC→AT的转换 亚硝酸 A、G、C的氧化脱氨作用 AT=GC双向转换 交 联 缺失 烷化剂 烷化碱基（主要是G） AT=GC双向转换 烷化磷酸基团 AT→TA的颠换 丧失烷化的嘌呤 GC→CG的颠换 糖-磷酸骨架的断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丫啶类 碱基之间的相互作用（双链变形） 码组移动（＋或－） 紫外线 形成嘧啶的水合物 GC→AT转换 形成嘧啶的二聚体 码组移动（＋或－） 交 联 电离辐射 碱基的羟基化核降解 AT=GC双向转换 DNA降解 码组移动（＋或－） 糖-磷酸骨架的断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丧失嘌呤 加热 C脱氨基 CG→TA转换 Mu噬菌体 结合到一个基因中间 码组移动
若干诱变剂的作用机制及诱变功能 诱变因素 在DNA上的初级效应 遗传效应 碱基类似物 掺入作用 AT=GC双向转换 羟 胺 与胞嘧啶起反应 GC→AT的转换 亚硝酸 A、G、C的氧化脱氨作用 AT=GC双向转换 交 联 缺失 烷化剂 烷化碱基（主要是G） AT=GC双向转换 烷化磷酸基团 AT→TA的颠换 丧失烷化的嘌呤 GC→CG的颠换 糖-磷酸骨架的断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丫啶类 碱基之间的相互作用（双链变形） 码组移动（＋或－） 紫外线 形成嘧啶的水合物 GC→AT转换 形成嘧啶的二聚体 码组移动（＋或－） 交 联 电离辐射 碱基的羟基化核降解 AT=GC双向转换 DNA降解 码组移动（＋或－） 糖-磷酸骨架的断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丧失嘌呤 加热 C脱氨基 CG→TA转换 Mu噬菌体 结合到一个基因中间 码组移动
亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用。 HNO2 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） HNO2 腺嘌呤（A） 次黄嘌呤（H） HNO2 鸟嘌呤（G） 黄嘌呤（X） 这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响， 主要是使碱基对发生转换。 碱基转换的分子机制——以亚硝酸为例
亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用。 HNO2 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） HNO2 腺嘌呤（A） 次黄嘌呤（H） HNO2 鸟嘌呤（G） 黄嘌呤（X） 这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响， 主要是使碱基对发生转换。 碱基转换的分子机制——以亚硝酸为例
IINO 互变异 氧化悦氨基 腺吟 次黄嘌岭 胞嘧啶 (烯醇式》 N-H IINO 互变异构 (b 胞壁安 乐鬓) 腺隳岭 道 餐化脱线基 N- G G 鸟嘌玲 黄原岭 胞哦啶 图5.？.22亚俏酸引起碱基氧化脱城甚效应 ()像愿吟氧化脱锰基城为次蔚嘌岭，刷啼啶配对：(b)脂密雌名化脱效求为尿@啶.与除呼呤对： ()鸟隙呤司化脱氨基成为战骠岭，仍与胞喏啶待.不能引起基转换 备
腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤（H）后引起的转换过程： ①腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He） ② He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK） ③DNA复制时，HK 与胞嘧啶（C）配对 ④ DNA第二次复制时，C与G正常配对，实现了转换
腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤（H）后引起的转换过程： ①腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He） ② He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK） ③DNA复制时，HK 与胞嘧啶（C）配对 ④ DNA第二次复制时，C与G正常配对，实现了转换
亚硝酸引起的AT-GC转换细节
亚硝酸引起的AT-GC转换细节
这类诱变剂主要是一些碱基类似物 ,如：5-溴尿嘧 啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、叠氮胸腺嘧啶（ AIT）等等； 作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到DNA分子中， 主要是在DNA复制时碱基类似物插入DNA中，引起碱基 对配对错误，造成碱基置换。 以5-溴尿嘧啶(5-BU)为例：5-BU是胸腺嘧啶（T）的 的类似物 ，酮式的5-BU可以和A配对，烯醇式的5-BU 可以和G配对，在DNA分子复制的过程中，由于5-BU的 插入和互变异构导致碱基置换。 ★间接引起置换的诱变剂
这类诱变剂主要是一些碱基类似物 ,如：5-溴尿嘧 啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、叠氮胸腺嘧啶（ AIT）等等； 作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到DNA分子中， 主要是在DNA复制时碱基类似物插入DNA中，引起碱基 对配对错误，造成碱基置换。 以5-溴尿嘧啶(5-BU)为例：5-BU是胸腺嘧啶（T）的 的类似物 ，酮式的5-BU可以和A配对，烯醇式的5-BU 可以和G配对，在DNA分子复制的过程中，由于5-BU的 插入和互变异构导致碱基置换。 ★间接引起置换的诱变剂