Il complesso meccanismo della duplicazione del DNA è straordinariamente preciso, ma non è perfetto. Innanzitutto la DNA polimerasi compie una quantità notevole di errori: il tasso osservato in E. coli di un errore ogni 10⁵ basi duplicate, per quanto basso, produrrebbe 60 000 mutazioni ogni volta che una cellula umana si divide. Inoltre, il DNA delle cellule che non sono in divisione è soggetto a danni provocati da alterazioni chimiche naturali delle basi o da agenti ambientali. Per fortuna le cellule dispongono di almeno tre meccanismi di riparazione:

1. una correzione di bozze che corregge gli errori di a mano a mano che la DNA polimerasi li compie;
2. una riparazione delle anomalie di appaiamento, che esamina il DNA subito dopo che si è duplicato e corregge gli appaiamenti sbagliati;
3. una riparazione per escissione che elimina le basi anomale dovute a un agente chimico e le sostituisce con basi funzionali.

Ogni volta che introduce un nuovo nucleotide in un filamento polinucleotidico in allungamento, la DNA polimerasi (coadiuvata da altre proteine del complesso di duplicazione) svolge una funzione di correzione di bozze (▶figura 17A). Se si accorge di un appaiamento sbagliato, toglie il nucleotide introdotto impropriamente e ci riprova. Questo processo ha un tasso di errore di uno ogni 10 000 coppie di basi e riduce il tasso generale di errore di duplicazione a circa una base ogni 10⁹ basi duplicate.

Dopo che il DNA è stato duplicato, una seconda serie di proteine esamina la molecola neoformata in cerca di errori di appaiamento sfuggiti alla correzione di bozze (▶figura 17B). Questo meccanismo di riparazione delle anomalie è in grado di accorgersi che una coppia di basi, per esempio AC, non va bene: ma come fa a «sapere» se la coppia giusta è AT oppure GC? Il meccanismo di riparazione delle anomalie riesce a riconoscere la base sbagliata perché un filamento di DNA appena duplicato subisce dei cambiamenti chimici. Per esempio, nei procarioti ad alcune adenine si va ad aggiungere un gruppo metile (–CH₃). Subito dopo la duplicazione, il filamento neoformato, che contiene l’errore, non è ancora metilato ed è quindi riconoscibile dal meccanismo di riparazione.

Le molecole di DNA si possono danneggiare anche durante la vita della cellula a causa di radiazioni ad alta energia, di agenti chimici mutageni presenti nell’ambiente o di reazioni chimiche spontanee. Di questo tipo di danni si occupa il meccanismo di riparazione per escissione.

Appositi enzimi ispezionano costantemente il DNA della cellula (▶figura 17C) e, quando trovano basi appaiate in modo improprio, basi alterate o punti nei quali un filamento contiene più basi dell’altro (con conseguente formazione di un’ansa non appaiata), tagliano via il filamento difettoso. Un altro enzima rimuove la base colpevole e quelle adiacenti, mentre la DNA polimerasi e la DNA ligasi sintetizzano e attaccano una nuova sequenza di basi al posto di quella estirpata.