DNA分子结构的任何异常改变都可看作DNA损伤，也称为突变（mutation），但在一定条件下，生物体能使其DNA的一些损伤得到修复。DNA复制的准确性是遗传稳定性的保证，而DNA突变所造成的变异是生物进化的基础。因此遗传和变异是对立而又统一的自然规律，没有变异就没有进化。
（一）引发DNA损伤的因素
1．自发突变 DNA是生物大分子，且生物细胞增殖速度很快，复制过程中即使是极低频率（10－9）的自发突变，在代代相传的过程中逐渐累积，也会产生可观的变异现象。
2．物理因素 常见的是紫外线、电离辐射等，如紫外线可使DNA分子中相邻的碱基发生共价交联形成嘧啶二聚体，最常见的是胸腺嘧啶二聚体（图9－8）。
图9－8 嘧啶二聚体形成与解聚
3．化学因素 通常为化学诱变剂或致癌剂，已发现6万多种，常见的有氮芥类、亚硝酸盐、5－氟尿嘧啶、6－巯基嘌呤、溴化乙锭和苯并芘等。
4．生物因素 某些病毒或噬菌体的感染可导致基因突变，与某些肿瘤或癌症的发生密切相关，如乙肝病毒和人类免疫缺陷病毒等。
（二）基因突变的后果
1．致死性突变 突变对生物体产生严重影响，导致生物细胞和个体的死亡。
2．致病性突变 如一些遗传性疾病或先天性代谢障碍性疾病的发生都与基因突变有关。
3．基因型改变表现型不变 这是基因多态性的基础，据此可以识别个体及种属差异，并用于疾病的预防和治疗。
4．有利于生物进化 即发生了有利于物种生存和进化的结果。
（三）基因突变的类型
1．点突变 DNA分子上单个碱基发生错配称为点突变，包括碱基的转换、颠换。如果是同型碱基的改变称为转换，如腺嘌呤变为鸟嘌呤或胞嘧啶变为胸腺嘧啶；如果是异型碱基之间的改变则为颠换，如嘌呤变为嘧啶。
2．缺失、插入及框移突变 包括多个碱基或一段核苷酸序列的缺失、插入。密码子的缺失或插入常可导致翻译时读码框架的改变，使合成的蛋白质分子氨基酸排列顺序及功能发生改变，称框移突变。
3．重排 DNA分子中较大片段的交换称为重排。重排可以发生在同一个染色体上，也可以发生在不同染色体之间。
（四）DNA损伤的修复
DNA损伤和修复是细胞内同时并存的两个过程，是保证遗传物质稳定性的重要机制。DNA损伤的修复机制大致分为四类：光修复、切除修复、重组修复和SOS修复，其中以切除修复最普遍。
1．光修复 波长300～600nm的可见光可激活细胞内的光复活酶，该酶能特异地识别共价交联的嘧啶二聚体，断裂两嘧啶环间的共价键，使二聚体解聚，DNA恢复正常（图9－8）。
2．切除修复 切除修复是一种重要的DNA修复机制，其基本过程包括识别、切除、修补和连接4个步骤。在原核细胞中，由UvrA、UvrB和UvrC蛋白首先形成ABC切除核苷酸酶复合物，然后在损伤位点切除包括损伤部位在内的一段核苷酸序列，留下的缺口由DNA－polⅠ和DNA连接酶来修补（图9－9）。如着色性干皮病基因突变会造成切除修复缺陷，因此，患者对光尤其是紫外光非常敏感，容易发生皮肤癌。
图9－9 E．coli的切除修复
3．重组修复 当DNA分子损伤面较大，来不及修复便进行复制时，一般采用重组修复。复制时，亲链有损伤的部位不能作为模板指导子链的合成，造成子链上出现缺口，这时通过重组可以将另一条正常亲链相应部位的序列填补至该缺口。此时，虽然正常亲链上又出现了缺口，但因有正常子链作为模板，因此缺口可被完全修补（图9－10）。通过重组修复，受损部位仍然保留，但经过不断的复制，损伤链所占的比例会越来越少。
图9－10 DNA的重组修复
4．SOS修复 DNA损伤广泛而难以继续复制时所诱发的一系列复杂反应，用国际海难信号命名为SOS修复。这种修复反应特异性低，对碱基识别能力差。通过SOS修复，复制若能继续，细胞可以存活，但DNA保留较多错误，会导致较广泛而长期的突变。
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