脱氧核糖核酸的损伤与修复

DNA是遗传信息的携带者，一旦DNA的密码性质或复制和转录的功能有了改变就形成了DNA的损伤。损伤的范围可以小到一个碱基的缺失或差错，造成DNA顺序的改变；也可大到改变DNA的结构，从而影响其复制。在细胞中，损伤不断发生，发生的原因可能是自发的，也可能是化学物质或辐射引起的。这些损伤在细胞中不断得到修复。所谓修复是指损伤可被一种蛋白质所识别，从而发动一系列生化反应，导致损伤的消除，恢复DNA的原来结构。一旦损伤得不到修复就会导致突变或癌变，造成物种的变异或死亡。
修复的机制，除了光重新激活外，一般都是切除修复。
切除修复只能发生在DNA的双链部分，而且在其复制过程之前。其过程包括四个步骤。
❶剪切： 经损伤特异性内切酶又名UV特异性内切酶在损伤部位5′端的附近将磷酸二酯键切断；
❷修复合成：以切口的3′端为引物，以其互补链为模板，由DNA聚合酶Ⅰ催化，顺着5′→3′的方向进行修复合成；
❸切除： DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切酶活性将损伤的部分切除；
❹DNA连接酶将损伤链的新合成部分和原有的部分连接起来。
如损伤只是一个碱基，则此碱基可被糖苷化酶切除，然后生成的无嘌呤或无嘧啶 (AP)部位可被损伤特异性内切酶辨认，进行上述的过程或直接成为插入酶的直接底物，进行修复（图）。

修复的DNA
DNA切除修复示意图

另一种主要修复机制名为光重新激活作用。这种修复作用可以举人类的着色性干皮病为例。它是一种少见的遗传性皮肤病，纯合子患者的皮肤对日光或紫外线非常敏感，患者在婴儿时期皮肤即呈现显著改变，且日益严重，皮肤逐渐干燥，表皮萎缩，出现角化，眼睑发生瘢痕，角膜出现溃疡，一般在身体多处形成皮肤癌。由于皮肤癌的转移，患者一般在30岁以前死亡。
研究工作显示紫外线照射能在人类DNA上产生嘧啶二聚体，如得不到修复，此种二聚体能阻断DNA的复制。在正常情况下，皮肤成纤维母细胞由于紫外线照射所产生的嘧啶二聚体的半数在24小时内可被切除掉。但着色性干皮病患者的成纤维母细胞，在同样时间内，经照射产生的嘧啶二聚体几乎毫未被切除。切除嘧啶二聚体的过程是通过光化学反应使之逆转，其机制是二聚体和光重新活化酶结合形成酶-DNA复合体。此复合体能吸收可见光，以催化嘧啶二聚体的结合共价键的断裂，而不影响磷酸二酯键。光重新活化作用是一种特殊作用，因它只限于断裂嘧啶的二聚体，且需要光线。