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DNA的replication、损伤与修复
《生物化学与分子生物学》第十五章DNA损伤与修复思维导图，包括DNA 损伤、DNA 损伤的修复、DNA损伤和修复的意义等内容。
编辑于2022-01-22 22:26:20- 相似推荐
- 大纲
DNA的复制、损伤与修复
DNA复制

DNA复制的一般特征
DNA的半保留复制（semi-conservative replication）
DNA在复制时，以亲代DNA的每一条链作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一条亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semi-conservative replication)
DNA复制的一般特征
复制起始点
DNA的复制时特定的起始区域
富含A-T
包括起始蛋白结合位点和双链易解开的位点
不同生物的起始位点的组成和数目差异较大
原核生物通常只有一个复制原点
真核生物有多个复制原点
复制子（replicon）
基因组能独立进行复制的单位，一个复制子只含一个复制起点
在细菌、质粒、病毒和线粒体DNA中只含有一个复制起点，一个DNA分子就是一个复制子
真核生物DNA中有多个复制起点，同时进行复制，两个复制起点之间的DNA片段为一个复制子

复制叉
DNA分子复制时复制起点两条链解开成单链，两条单链分别作为模板，各自合成互补链，这种Y型的结构称为复制叉
复制方向和速度
大多数原核和真核DNA 都是从固定起始点开始，双向等速复制
也有一些特殊复制方向
单向等速复制，如质粒DNA ColE1
滚环复制

双向不等速
枯草杆菌复制叉移动不对称，一个走1/5，另一个复制叉走4/5
线粒体DNA也是不对称，一条链复制67%，另一条才开始复制
复制终点
环状DNA
存在复制重点序列，依靠蛋白因子识别：e.g. 大肠杆菌
简单的碰撞终止：e.g. λ噬菌体
线性DNA
一些病毒，如腺病毒等，利用末端蛋白结合提供-OH进行复制
真核细胞有端粒结构
DNA复制的酶学
解离双链的酶和蛋白
DNA解链酶
利用ATP水解能量解开DNA双链中碱基配对的氢键，有方向性
单链结合蛋白
拓扑异构酶I、II
天然DNA的负超螺旋虽然有利于DNA的解旋，但随着复制的进行，复制叉前方亲代DNA中仍积累巨大的张力（正超螺旋），因此复制中需要DNA旋转酶去除解旋酶的解链产生的扭曲张力 需要ATP的过程
拓扑异构酶I
使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关
多存在于核仁，催化不依赖ATP，结合至DNA双链而切割DNA单链以释放张力，酶与DNA3'-断端形成易解离复合物
拓扑异构酶II
能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子，中和正超螺旋。同复制有关
分为α和β两个亚型，Ⅱα亚型多存在于核基质及支架，G2/M期活性最强；Ⅱβ亚型多存在于核仁，活性不依赖细胞周期。均依赖ATP供能，结合于DNA双链且切割双链释放张力，酶与DNA5'-断端形成易解离复合物
细胞内DNA的正确缠结状态取决于拓扑异构酶I和II的平衡
复制过程中的酶
引物酶
DNA聚合酶
以DNA为模板的DNA合成酶
以dNTP为底物
需要Mg离子激活
聚合时必须有模板链和3’-OH末端存在
DNA聚合酶不能使两个dNTP聚合，而只能使一个dNTP加在引物或前一段多聚核苷酸的3’-OH端，释放出PPi，PPi可继续分解提供能量
链的延伸都方向为5'→3'
原核生物中的DNA聚合酶（大肠杆菌）
 按照结构，DNA聚合酶被分为7个家族，A、B、C、D、X、Y和RT。细菌的聚合酶I-III分别属于A-C家族，D是古细菌特有的，后三种用于修复、跨损伤合成和端粒维持等过程，与复制关系不大。
聚合酶I
单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段
大片段称为Klenow fragment，具有5’→3’聚合酶活性和3’→5’外切酶的活性
小片段具有5’→3’外切酶活性
聚合酶II
不参与DNA的复制，在DNA的损伤修复过程中起作用
聚合酶III
进行DNA链的延伸
α亚基具有5′→3′聚合DNA的酶活性
ε亚基具有3′→5′外切酶的活性
DNA聚合酶IV和V
1999年才被发现的，它涉及DNA的错误倾向修复(error prone repair)。当DNA受到较严重损伤时，即可诱导产生这两个酶，修复缺乏准确性，出现高突变率
属于Y家族DNA聚合酶，无3′→5′外切酶校正活性，其DNA合成忠实性、聚合效率、持续合成能力均较低
真核生物中的DNA聚合酶
目前发现的DNA聚合酶有十几种，最主要的有五种，分别命名为DNA聚合酶α，DNA聚合酶β，DNA聚合酶γ，DNA聚合酶δ，DNA聚合酶ε
polα(引物的合成)
polε主导前导链上子链的合成
polδ(主导后随链上子链的合成，也可以延长先导链，具有校正功能，与DNA损伤修复、校读和填补缺口有关)
polγ参与线粒体DNA复制
polβ在DNA修复中起作用
DNA连接酶
若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接
不能将两条游离的DNA单链连接起来
DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用
DNA的复制过程
DNA复制参与物质
模板
解链酶
单链结合蛋白
拓扑异构酶Ⅱ
引物：RNA
引物酶
DNA聚合酶
原料：dNTP
DNA连接酶
ATP
DNA的复制过程
真核和原核DNA细胞复制比较 
原核生物DNA的复制（以大肠杆菌为例）
大肠杆菌基因组以双链环状DNA分子的形式存在，其DNA复制的中间产物可形成一个θ，复制从定点开始双向等速进行，复制起始后，两个复制叉在距起始点180°处会合 
起始：双链解开、RNA引物的合成
需要多种蛋白因子参与
DnaA：结合于Ori C，有ATP酶活性，使A-T富含区解链，促进DnaB结合形成起始复合物。
DnaB ：DNA解旋酶，有解旋和解链作用。
DnaC ：运输DnaB，形成起始复合物。
DnaG ：DNA复制引发酶，合成引物。
Hu蛋白：组蛋白样蛋白，促进起始复合体的形成。
旋转酶：松弛正超螺旋，促进单链DNA产生。
单链结合蛋白：促进DNA解链，稳定单链DNA。
大肠杆菌复制原点Ori C成串排列的重复序列

起始过程
DnaA与起始位点OriC（9bp重复序列）紧密结合形成起始复合物。 DNA弯曲，使DnaA与A-T富含区作用，在Hu蛋白和ATP共同作用下解链，形成开放复合物。 单链结合蛋白SSB与单链DNA结合，稳定单链。 DnaA指导DnaB-DnaC复合物结合到解链区，进一步解开DNA双链，形成前引发复合物。 DnaB是使DNA解链的螺旋酶，能识别复制叉处潜在的单链结构，与DNA旋转酶协同作用，促使大范围的解链，并使解链过程中形成的正超螺旋解旋，暴露出引物形成位点。 DnaB引导DnaG引物合成酶的结合，形成引发复合物，合成RNA引物，形成3’-OH端，完成起始。 Hu蛋白促进引发过程。 引发体一直存在于复制过程中：在后随链冈崎片段的合成中起引发作用；DnaB蛋白作为螺旋酶使DNA解链。
大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合

在HU蛋白和ATP的共同作用下,DNA复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性,形成开链

解链酶（DnaB）分别与单链DNA相结合(需DnaC帮助)，进一步解开DNA双链

延伸：DNA链的延伸
半不连续复制过程

终止：切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段

需要Tus蛋白参与
当复制叉前移，遇到20bp重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物能阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉到达后在DNA拓扑异构酶的作用下使复制叉解体，释放子链DNA
真核生物DNA的复制

多个复制起点，多复制子

真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的复制(多复制叉)。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点
有多种DNA聚合酶参与
DNA-pol α：DNA引物合成（有引物酶亚基，合成RNA引物）
DNA-pol β：主要在DNA损伤的修复中起作用
DNA-pol δ：主要DNA复制酶，负责滞后链的复制，也参与DNA修复
DNA-pol γ：在线粒体DNA复制中起催化作用
DNA-pol ε：负责前导链的复制，也在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用
真核生物复制过程中组蛋白的装配
在真核生物的复制子上，亲代染色体的核小体被逐个打开，组蛋白以完整的八聚体形式直接转移到子代DNA的前导链上，新合成的组蛋白与后随链组装成核小体
DNA的复制是半保留的，而组蛋白的装配是全保留的
端粒和端粒酶
端粒（telomere）
真核生物染色体线性DNA分子末端的特殊结构，由一些富含G、C的不含遗传信息的短重复序列构成，可重复数十次至数百次，长达10kb以上。人的端粒重复序列为TTAGGG，长达15kb
端粒的生理功能
维持染色体结构的完整性，防止染色体被核酸酶降解及染色体间相互融和
防止染色体结构基因在复制时丢失。DNA复制时，DNA聚合酶必须在RNA引物基础上从5′向3′方向延伸，而5′端RNA引物去除后因无引物的存在而不能复制，结果每复制一次染色体末端将丢失一段序列。端粒的存在使每次丢失的仅为端粒的一部分，从而保护了染色体内部的结构基因
随着细胞不断增殖,端粒逐渐缩短,当细胞端粒缩至一定程度,细胞停止分裂,处于静止状态.故有人称端粒为正常细胞的“分裂钟” (Mitosis clock) ，端粒长短和稳定性决定了细胞寿命，并与细胞衰老和癌变密切相关
端粒酶
端粒的合成主要依靠端粒酶来催化
端粒酶是含有短的RNA分子的蛋白质复合物，具有逆转录酶活性。从单细胞的有机体到高等的动植物，端粒酶的结构和功能都很保守
端粒酶的主要作用是维持端粒的长度。它能利用端粒3′端单链为引物，自身的RNA为模板合成端粒重复序列添加到染色体末端，从而延长端粒的长度
端粒的丢失与保护
 左侧：在没有端粒酶的保护下，随着细胞的分裂，端粒的丢失导致染色体损伤 右侧：端粒酶保护端粒，使整个染色体在每一轮细胞分裂中都得到完整的复制
特殊类型的复制
D环复制

线粒体DNA单向复制的特殊方式
重链(H)：含有大部分鸟嘌呤
轻链(L)：含有大部分胞嘧啶
复制从特定复制起始点开始，复制开始时只有一条链用作复制模板
聚合酶γ催化该反应
过程
复制时先以H链作为模板从重链的复制起始点开始沿重链顺时针方向延伸合成新的L链，新的L链就取代原来的L链并和H链互补，而原来的L链保持单链状态
这个取代环的形状像字母D所以称为D环
当复制到三分之一时，暴露出L链复制起始点，启动轻链以逆时针方向复制
复制完成后，以环状双螺旋形式释放，形成2条线粒体环形DNA分子
滚环复制

环状DNA的单向复制的特殊方式
噬菌体中常见的DNA复制方式
滚环复制是在一条断裂的亲本链的3'-OH端不断地发生DNA聚合作用，因而又称共价延伸。由于断开的3'-OH端仍然与其互补链形成双螺旋结构，没有合成RNA引物
过程
亲本链（正链）为模板合成互补的环状负链，负链的合成类似于双链DNA的后随链，形成闭合的环状复制型，这种环状双链DNA可以进行滚环复制。 由噬菌体A基因编码的A蛋白识别并结合双螺旋DNA正链的复制原点，打开一个缺口，形成3’-OH端。 在polⅢ的作用下，以负链为模板，在开链的正链3’端不断合成新的DNA链，而原来的正链5’端被逐步从环上置换出来形成单链并由SSB结合。 不断循环，一个正链可以合成许多负链用于噬菌体颗粒的装配。 当5'-端从环上解下来后不久，即与单链结合蛋白结合，在其上形成引发体，以引发RNA引物的合成，然后由DNA聚合酶Ⅲ催化合成冈崎片段。最后由DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物，并填充间隙构成完整的DNA链。
逆转录病毒复制
病毒复制周期
吸附（adsorption）
吸附于宿主细胞表面
穿入（penetration）
病毒与细胞表面结合后，可通过胞饮、融合、直接穿入等方式进入细胞
脱壳（uncoating）
病毒脱去蛋白衣壳后，核酸才能发挥作用
生物合成（biosynthesis）
病毒脱壳后，进入生物合成阶段，即病毒利用宿主细胞提供的环境和物质合成大量病毒核酸和结构蛋白
装配与释放（assembly and release）
病毒核酸与蛋白质合成之后，在细胞浆内或细胞核内组装为成熟病毒颗粒的过程是病毒的装配。成熟的病毒体以不同方式释放于细胞外：无包膜病毒均以破胞方式释放，即病毒装配完成后，宿主细胞破裂而把病毒全部释放到周围环境中；有包膜的病毒，在装配完成后，以出芽方式释放到细胞外
双链DNA病毒复制（以单纯疱疹病毒为例）
线性双链DNA病毒 （1）病毒与细胞结合； （2）病毒进入细胞，去包膜； （3）脱壳； （4）病毒DNA进入细胞核； （5）病毒基因组复制（线性变环状开始复制），合成子代病毒及病毒mRNA； （6）以病毒基因转录的mRNA进入细胞质； （7）病毒mRNA翻译病毒子代蛋白，包括早期蛋白和晚期蛋白； （8）装配子代病毒； （9）出核，同时披上包膜； （10）释放到胞外 
逆转录病毒复制（以人类免疫缺陷病毒为例）
（1）病毒体与细胞受体（CD4）结合； （2）病毒进入细胞，去包膜； （3）脱衣壳； （4）以病毒基因组（RNA）为模板，由病毒逆转录酶作用逆转录合成cDNA，形成DNA-RNA中间体； （5）中间体中的RNA链由RNA酶H水解，以cDNA为模板合成双链DNA； （6）双链DNA进入细胞核； （7）整合到宿主细胞染色体，成为前病毒； （8）前病毒被激活，转录出子代RNA； （9）一部分子代RNA与核糖体结合，翻译子代蛋白，另一部分直接装配为子代病毒体； （10）翻译子代结构蛋白和酶蛋白； （11）合成的酶蛋白参与逆转录； （12）子代病毒体形成； （13）子代病毒获包膜并释放 
DNA损伤
DNA在遗传过程中必需保持高度的精确性和完整性 维护DNA遗传信息的稳定性对生物细胞来说是极其重要的 DNA损伤指一些内部因素或外界环境使DNA双螺旋结构发生不正常改变，或由于DNA链中核苷酸发生突变，使DNA碱基序列改变而影响复制和转录。 DNA修复系统，能对各种DNA的损伤进行修复，保持遗传信息的稳定性。 极少数不能修复的DNA损伤将会导致基因的突变，其中一部分突变将有利于物种的进化，而另一部分突变将导致细胞发生变异和死亡。 突变(mutation)：DNA碱基序列发生可遗传的改变。 野生型(wild type)基因：没有发生突变的基因。 自发突变(spontaneous mutation)：自然发生的突变。 诱发突变(induced mutaion)：物理因素或化学试剂引起的突变。 诱变剂(mutagen)：引起突变的物理或化学因素。 突变基因(mutant gene)：带有突变位点的基因。 突变体(mutant)：带有突变基因的生物个体或群体
DNA损伤类型

内源性损伤
DNA复制错误
碱基配对的错误频率约为10-1-10-2，在DNA聚合酶的作用下碱基错误配对频率降到约10-5-10-6
碱基自身互变异构形成的错误配对
DNA中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化（例如烯醇式与酮式碱基间的互变），这种变化会使碱基间的氢键改变，形成腺嘌呤—胞嘧啶、胸腺嘧啶—鸟嘌呤等错配，如果这些配对发生在DNA复制时，就会造成子代DNA序列与亲代DNA不同的错误性损伤
自发的化学变化
一个哺乳类细胞，37℃，20小时内，自发脱落的嘌呤最多可达10000个，嘧啶则为500个左右
脱嘌呤作用
指在DNA双螺旋链上脱氧核糖和嘌呤之间的糖苷键断裂，A或G被切下，成为无嘌呤位点
脱氨基作用
碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶会变成尿嘧啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤（H）、鸟嘌呤会变成黄嘌呤（X）等，复制时，U与A配对、H和X都与C配对就会导致子代DNA序列的错误变化
氧化作用造成的碱基损伤
细胞呼吸的副产物O2-、H2O2和-OH等会造成DNA损伤，能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物造成碱基错配，还可能引起DNA单链断裂等损伤 一个哺乳类细胞，每天DNA单链断裂的频率约为5万次。
外源性损伤
物理因素
主要源自各种放射源，包括太阳的紫外线（200-300 nm波长）和电离射线（X射线等）
紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线
紫外线的效应是最早研究的DNA分子损伤
DNA受到最易被其吸收波长（～260nm）的紫外线照射时，主要使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，相邻的两个T、或两个C、或C与T间都可以环丁基环连成二聚体，其中最容易形成的是TT二聚体
X、α、β、γ和宇宙射线等离子化射线作用与组织时会产生具有高度反应性的离子，即自由基，这些自由基会制造活性氧（ROS）从而对DNA造成损伤
DNA链戊糖和磷酸组成的骨架被破坏，造成单链断裂
双链解开
核苷酸的碱基变化
化学因素

碱基类似物
5-溴尿嘧啶（5-BU）

酮式可与A互补配对，烯醇式可与G互补配对。A-T→G-C
氨基嘌呤（2-AP）
正常状态与T配对，稀有的亚胺形式与C配对。A-T→C-G
碱基修饰剂
不是直接掺入到DNA分子中，而是通过修饰碱基的化学结构，造成碱基变化而导致突变 
亚硝酸
氧化脱氨作用
G→X-C，C→U-A, A→H-C
腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤（H）后引起的转换过程

腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He）
He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK）
DNA第一次复制时，HK 与胞嘧啶（C）配对
DNA第二次复制时，C与G正常配对，实现了转换。
C-G → A-T，A-T → G-C
羟胺
特异地和C反应，使C-OH-A
G-C → T-A
烷化剂
使碱基烷基化，使G烷基化-T，T烷基化-G，以及断裂、以及多处烷基化产生交联，包括DNA链内、链间以及与蛋白质的交联
一些抗癌药，如环磷酰胺等就是烷化剂
DNA插入剂
主要是吖啶类染料，包括原黄素、吖啶黄、吖啶橙和α-氨基吖啶等，以及一系列称为ICR的化合物。它们是一种平面型三环分子，结构与一个嘌呤–嘧啶对十分相似，故能嵌入两个相邻DNA碱基对之间，引起相邻碱基对的移动，使碱基对距离增加约一个碱基的位置。从而在DNA复制过程中，吖啶位置互补链不能加入正确的碱基配对，而是随机增加或减少一个碱基，结果就引起了移码突变
DNA损伤的意义
损伤是进化、分化的分子基础
损伤可导致基因型改变
个体之间基因型的差别称为多态性(polymophism)
损伤是某些疾病的发病基础
损伤导致死亡
DNA的修复
复制修复
校正DNA复制过程中产生的碱基错误连接
尿嘧啶糖激酶修复系统

为防止体内dUTP进入DNA复制，细胞内dUTP酶可以将dUTP分解成dUMP和PPi，dUMP不能成为合成DNA的原料。但仍有少数dUTP未被分解而掺入DNA合成中；
DNA中C能自发脱氨氧化生成U，U与A互补结合且不被pol Ⅲ的校正功能识别；
这两种情况下产生的U就由尿嘧啶糖基修复酶系统修复
错配修复系统

DNA聚合酶的校正功能(3’→5’外切酶活性)可以校正大多数的错配碱基，但还需要通过错配修复将复制的精确性提高10^2-10^3倍。
复制错配中的错配碱基存在于新合成的子代链中，因此，必须有一种能识别模板链与新合成DNA链的机制，以保证从新合成的DNA链中去除错配碱基
大肠杆菌
在大肠杆菌中主要通过对模板链的甲基化来区分新合成的DNA链。
大肠杆菌中的Dam甲基化酶，会对DNA模板链的5’-GATC-3’序列(每隔250个碱基对中出现一个GATC)中腺嘌呤的N6位置进行甲基化，而新合成的链短时间内是非甲基化的，以此区别模板链和新合成的链。
错配修复系统由mutS、mutL、mutH编码的蛋白、外切酶、DNA聚合酶和连接酶共同组成。
错配修复系统作用机制

MutS蛋白识别错配碱基。
在水解ATP的作用下，MutS，MutL与碱基错配位点的DNA双链相结合。
MutS-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链。
3’→5’外切酶切除含有错配碱基的DNA。
DNA聚合酶合成正确的DNA，DNA连接酶填补缺口，dam甲基化酶在新合成链的GATC上使A甲基化
无嘌呤/嘧啶（AP）修复系统
DNA链中脱氧核糖与碱基形成的糖苷键稳定性比RNA低，容易发生自发水解作用，产生无嘌呤碱或无嘧啶碱作用，称为去嘌呤/嘧啶(apurinic or apyrimidinic, AP)作用。
自发的去嘌呤作用是突变的主要来源。
细胞中AP内切酶能切除DNA中无碱基核糖，通过DNA聚合酶填补单链DNA区域，DNA连接酶封闭缺口
损伤修复
光复活修复(photoreactivation repair)

光复活能够修复嘧啶二聚体的损伤
修复过程
光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物
在300～600nm可见光(蓝光)照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复
光复活酶从DNA上解离
甲基转移酶修复
O^6-甲基鸟嘌呤转移酶能去除O^6位上甲基使其恢复成正常的鸟嘌呤
切除修复（excision repairing）
是一个普遍存在的多步骤酶反应过程，将损伤的DNA片段从双链分子中除去，用正常的链为模板重新合成一段DNA的过程。
碱基切除修复
一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变
腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对
鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对
胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对
过程

糖苷水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-β-糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点(AP位点)

由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖苷-磷酸键切开

DNA聚合酶I切除损伤部位，补上核苷酸，DNA连接酶连接

核苷酸切除修复

碱基切除修复只能修复能够被特异性的糖基酶所识别的特定类型的碱基修复，而核苷切除修复通过特异的核酸内切酶识别损伤部位
由酶和蛋白因子的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸
DNA聚合酶以母链为模板复制合成新子链
DNA连接酶将切口补平
人类核苷酸切除修复有关的基因（XPA、XPB、XPC、XPD、XPF、XPG）缺陷的话，会引起着色性干皮病，表现为：光敏、皮癌、视力缺陷、神经错乱
复制后修复
大肠杆菌的重组修复系统(recombination repair)
DNA复制时，DNA聚合酶到达一个损伤部位停止DNA链的合成，经过短暂时间后，跳过损伤部位重新开始合成，复制产生的两个子代DNA分子，一个是正常的双链结构，一个是新合成的带有缺口的DNA分子。重组修复系统可修复带有缺口的DNA分子
修复过程

将另一条正常母链上的一段与损伤子链缺口同源的DNA片段转移到损伤子链缺口上，形成完整子链，但供体母链上形成缺口
供体母链的缺口以自身正常子链为模板，DNA聚合酶Ⅰ指导合成修复，形成正常双链
SOS系统
DNA分子受到长片段高密度损伤，使DNA复制过程在损伤部位受到抑制。损伤诱导一种特异性较低的新的DNA聚合酶，以及重组酶等的产生,由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位DNA的复制。修复结果是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，又称为错误倾向修复(error-prone repair)，修复的结果是细胞有较高的突变率。
这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以SOS借喻细胞处于危急状态。
SOS修复系统正常时无活性，只有DNA分子受损范围比较大而且复制受到抑制时才启动。
SOS修复能诱发多种复制相关蛋白质的表达
限制与修饰
限制修饰系统由限制性内切酶将外来的DNA片段切断。如果菌株自身DNA也含有酶切位点，那菌株的甲基化酶会在这些识别位点上将A甲基化N6-甲基A，或将C甲基化成5-甲基C，从而保护自身DNA不被限制性内切酶降解
DNA损伤修复系统与药物
药物价值
损伤修复能力增强是引起肿瘤细胞耐药的一个重要因素。
抑制参与DNA损伤识别与修复的酶的活性，降低DNA修复功能，增强放疗和化疗对肿瘤的治疗效果
寻找抗辐射药物对治疗辐射损伤，辅助肿瘤放射治疗有重要意义
DNA损伤后果

细胞提前衰老，进入不可逆的休眠状态。癌症细胞在体内和体外均会发生衰老现象，停止有丝分裂，阻止细胞进一步演化。
细胞可能发生凋亡。DNA损伤达到一定程度,就可能触发一条凋亡信号转导通路，迫使细胞进入程序性细胞死亡过程。
细胞可能会恶变，即出现永生化的性质并开始不受控制地分裂
DNA损伤是癌症细胞发生发展的关键因素
临床癌症治疗应用持续性损伤来迫使恶性细胞进入凋亡或衰老进程
博来霉素、丝裂霉素、顺铂等化疗
细胞DNA修复机制是一把双刃剑：一方面它可以减少致癌突变从而帮助保持基因组的完整性；而在恶性细胞中，同样的机制却让细胞幸免于更多的DNA损伤以及持续发生不可控的生长
为了阻断癌症细胞中的这一存活机制，人们正尝试使用特定的DNA修复酶（包括MGMT、PARP和DNA-PK）的抑制剂来开展临床实验
聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶（PARP）抑制剂 PARP在剪辑切除修复的DNA单恋缺口修复中具有关键作用，抑制其活性可以增强放疗效果和DNA损伤类化疗药物的作用效果
改善生活方式有助于防病治病
吸烟、酗酒会改变和影响DNA，继而可能影响DNA修复系统的蛋白质，削弱或抑制DNA修复系统
减少紫外线照射
运动