إنزيم

أصل الكلمة والتاريخ

بحلول أواخر القرن السابع عشر وبدايات القرن الثامن عشر، كان قد تم التعرّف على هضم المعدة للَّحم بواسطة مفرزاتها،
 وتحويل النشا إلى سكاكر عبر المستخلصات النباتية واللعاب، إلا أن الآليات التي يتم من خلالها هذا كانت مجهولة.
كان الكيميائي الفرنسي أنسيلم باين أول من اكتشف إنزيماً وهو إنزيم دي أسيتاز عام 1833. بعد عدّة عقود وأثناء دراسة تخمّر السكر وتحوله إلى كحول بواسطة الخميرة، خلص لويس باستور أن قوةً حيوية هي من تسبب هذا التخمّر وهي موجودة في خلايا الخميرة، أطلق على هذه القوة اسم "Ferments" "التخمّر"، واِعْتُقِدَ أن التخمّر وظيفة موجودة فقط في الكائنات الحيّة. كتب باستر أن "التخمّر الكحولي فعل مرتبط بحياة وتنظيم خلايا الخميرة، و ليس مرتبطاً بموت أو تعفّن هذه الخلايا".

عام 1877، استخدم الفيزيولوجي الألماني  فيلهام كون  (1837-1900) المصطلح "إنزيم" للمرة الأولى، مشتَقَّةً من الكلمة اليونانية ἔνζυμον والتي تعني "مُخمَّر" أو "في الخميرة"، وقد استخدم هذا المصطلح النشاط كيميائي تقوم به الكائنات الحية.
قدّم إدوارد بوخنر أول ورقة له عن دراسة مستخلصات الخمائر عام 1897. وجد بوخنر في سلسلة من التجارب التي أُجريت في جامعة برلين أن السكر تخمّر بواسطة مستخلصات الخمائر حتى عندما لم يحتوِ المزيج على خلايا خمائر حيّة  و أطلق اسم "زيماز" على الإنزيم الذي خمّر السكروز. تلقى بوخنر جائزة نوبل في الكيمياء عام 1907 عن "اكتشافه التخمّر دون الخلايا". سُمِّيت الإنزيمات بعد بوخنر تبعاً للتفاعل الذي تقوم بإجراءه، حيث اِصطُلح على إدماج اللاحقة "ase" "از"مع اسم الركيزة (مثلاً اللاكتاز هو الإنزيم الذي يقسم اللاكتوز) أو مع اسم التفاعل (مثلاً دنا بوليميراز يقوم بتشكيل بوليميرات الحمض النووي الريبي منقوص الأوكسجين).
لم يتم التعّرف على الهوية الكيمائية الحيوية للإنزيمات في بدايات القرن العشرين، على الرغم من أن الكثير من العلماء لاحظوا النشاط الإنزيمي الذي كان مترافقاً مع البروتينات، ولكن بعض العلماء الآخرين (منهم الحائز على جائزة نوبل ريتشارد فيلستاتر) جادلوا في أن البروتينات عبارة عن ناقلة للإنزيمات الحقيقية وأن البروتينات غير قادرة على التحفيز. أظهر جيمس بي. سيمنر عام 1926 أن إنزيم اليوراز بروتينٌ نقيّ وقام ببلورته، قام بالمثل أيضاً عام 1937 مع إنزيم الكاتالاز. أثبت جون هوارد نورثروب و فيندل ميردريث ستانلي اللذان عملا على إنزيم الببسين الهاضم عام 1930 وإنزيم الكيموتربسين والتريبسين، أثبتا أن البروتينات النقية يمكن أن تكون إنزيمات. حصل هؤلاء العلماء الثلاثة على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1946.

مكّن اكتشاف إمكانية بلورة الإنزيمات من تحليل بنى الإنزيمات بدراسة البلورات بواسطة الأشعة السينية، وتم القيام بهذا الأمر للمرة الأولى من أجل دراسة إنزيم الليزوزوم، وهو إنزيم موجود في اللعاب والدموع وبياض البيض ويقوم هذا الإنزيم بهضم معطف بعض أنواع البكتيريا، حيث تم فهم هيكل هذا الإنزيم من قبل مجموعة من العلماء يقودهم دافيد تشيلتون فيليبس، و نُشر الأمر 1965. شكّل هيكل الليزوزوم عالي الدقة بدايةً لحقل البيولوجيا الهيكلية وبدايةً لجهود فهم كيف تعمل الإنزيمات على المستوى الذري.

ربط الركيزة

يجب أن تربط الإنزيمات ركائزها قبل أن تحفّز تفاعلاتها.عادةً ما تكون الإنزيمات نوعية جداً بالنسبة لركائزها التي تربطها و التفاعلات التي تحفّزها. تتحدد هذه النوعية بجيوب الربط ذات الشكل و الشحنة الملائمين بالإضافة إلى الصفة المحبة أو الكارهة للماء ، بناء على الصفات السابقة تستطيع الإنزيمات التفريق بين الركائز المتشابهة جداً.
تكون الإنزيمات المشاركة في عملية النسخ و تعبير الجينوم عالية الدقة و النوعية، حيث تمتلك بعض هذه الإنزيمات آلية "القراءة للإثبات" مثل إنزيم دنا بوليميراز الذي يحفّز تفاعلاً أولاً و من ثم يتأكد من كون المنتج صحيحاً. تؤدي هاتان الخطوتان إلى معدّل أخطاء أقل من 1 إلى 100 مليون تفاعل في بوليميراز عالية الدقة عند الثدييات. هناك آليات تأكد شبيهة موجودة في رنا بوليميراز، و أمينو أسيل رنا الناقل سينثيتازات،  و الريبوزومات.
و على العكس من ذلك يوجد العديد من الإنزيمات التي تظهر اختلاطاً إنزيمياً ، حيث تمتلك نوعية واسعة و تمارس تأثيراً على ركائز عديدة مختلفة فيزيولوجياً. تؤدي العديد من الإنزيمات إلى حدوث نشاطات جانبية صغيرة، و قد تمثل هذه النشاطات نقطة بداية لانتقاء تطوّري لوظيفة جديدة.

نموذج القفل و المفتاح

لشرح النوعية الملحوظة للإنزيمات اقترح إميل فيشر عام 1894 أن للإنزيم و الركيزة أشكال هندسية محددة تناسب بعضها بعضاً. تمت الإشارة إلى هذه الفكرة بـ"نموذج القفل و الفتاح". نجح هذا النموذج في تفسير نوعية الإنزيمات إلا أنه فشل في تفسير استقرار الحالة الانتقالية التي تحققها الإنزيمات.

نموذج التلاؤم المُستحث

اقترح دانيال كوشلاند عام 1958 تعدلاً على نموذج القفل و المفتاح لأن هياكل الإنزيمات مرنة نوعاً ما، حيث يتغير شكل الموقع النشط باستمرار من خلال التفاعل مع الركيزة. و بالنتيجة فإن الركيزة لا ترتبط ببساطة بموقع نشط جامد، أن السلاسل الجانبية للحموض الأمينية التي تكوّن الموقع النشط تتوضع في أماكن معينة بدقة بالغة حتى تمكّن الإنزيم من أداء وظيفته التحفيزية. يتغير شكل الركيزة أيضاً في بعض الحالات بمجرد دخولها للموقع النشط مثل إنزيم الغلوكوزيداز.  يستمر الموقع النشط بتغيير شكله حتى ترتبط الركيزة بشكل تام و توفق هذه اللحظة تحديد الشكل النهائي و توزع الشحنات. يزيد التلاؤم المُستحث من دقة التعرّف الجزيئي في ظل وجود منافسة و ضوضاء جزيئية، و هذا يكسب التفاعلات التي تتم بإشراف الإنزيم تدقيقاً للركائز.

الديناميكية

الإنزيمات ليست هياكل جامدة ثابتة، بل على العكس من ذلك فإن للإنزيمات حركة ديناميكية داخلية معقدة، حيث تتحرك أجزاء من بنية الإنزيم كثمالات الأحماض الأمينية المفردة، أو الزمر لتشكل عروة بروتينية أو وحدة بنية ثانوية أو حتى نطاق بروتين كامل. تؤدي هذه الحركات إلى مجموعة متجانسة من البنى البروتينية المختلفة قليلاً التي تتداخل مع بعضها البعض عند التوازن. تؤدي هذه الحركات إلى اختلافات في وظائف الإنزيم باختلاف الحالات. على سبيل المثال إنزيم ديهيدروفولات ريدوكتاز يقوم بربط الركيزة و يحفّز و يطلق العامل المرافق و يطلق المنتج خلال دورة تحفيزه.

العوامل المرافقة للإنزيمات

العوامل المرافقة للإنزيمات جزيئات عضوية صغيرة ترتبط ارتباطاً شديداً أو ضعيفاً بالإنزيم. تنقل العوامل المرافقة للإنزيم زمراً كيميائية من إنزيم إلى آخر. مثلاً ثنائي نوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين NADH و فوسفات ثنائي نيوكليوتيد الأدينين وأميد النيكوتين NADPH و الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP. تُشتق بعض العوامل المرافقة للإنزيمات من الفيتامينات  مثلاً الفلافين أحادي النيكليوتيد FMN و ثنائي نيوكليوتيد الفلافين والأدينين FAD و الثيامين بيروفوسفات TPP و تيتراهيدروفولات THF، لا يمكن اصطناع هذه الإنزيمات المشتقة من الفيتامينات بشكل جديد de novo في الجسم، لذلك يجب الحصول على المكبات المرتبطة بها (الفيتامينات المشتقة منها) في حالات الحميات الغذائية. تشمل الزمر الكيميائية المحمولة أيون الهيدريد (H) الذي تحمله مركبات NAD  و  NADP⁺، كذلك زمرة الفوسفات التي يحملها مركب الأدينوزين ثلاثي الفوسفات، زمرة الأستيل التي يحملها مرافق الإنزيم A ، زمر الفورميل أو الميثينيل أو الميثيل يحملها حمض الفوليك، و كذلك يحمل أدينوزيل ميثيونين S زمرة الميثيل.
يمكن اعتبار العوامل المرافقة للإنزيمات نوعاً خاصاً من الركائز نظراً لتغيرها الكيميائي نتيجة التفاعل الإنزيمي، أو يمكن اعتبارها ركائز ثانوية شائعة للعديد من الإنزيمات، مثلاً NADH يستخدمها أ:ثر من 1000 إنزيم معروف حتى الآن.
يتم تجديد العوامل المرافقة للإنزيمات بشكل مستمر و تبقى تراكيزها في مستوى ثابت تقريباُ داخل الخلية. مثلاً يتجدد NADH عبر سبيل البنتوز فوسفات، كذلك أدينوزيل ميثيونين S يتجدد بواسطة الميثيونين أدينوزيلترانسفيراز.

التثبيط

يمكن أن تنفض سرعات تفاعل إنزيمي بمثبطات الإنزيم المتنوعة.

المثبط التنافسي

لا يمكن أن يرتبط المثبط التنافسي و الركيزة مع الإنزيم في الوقت ذاته. معظم المثبطات التنافسية تشبه بشكل كبير ركائز الإنزيمات التي تثبطها. على سبيل المثال، عقار الميثوتركسات مثبط تنافسي لإنزيم ديهيدروفولات ريدوكتاز الذي يحفّز إرجاع ديهيدروفولات إلى تيتراهيدروفولات. في الشكل المجاور يظهر التشابه بين بنية الميثوتركسات و الديهيدروفولات. يمكن التغلب على التثبيط في هذه الحالة بزيادة تركيز الركيزة. في بعض الحالات يرتيط المثبط بموقع غير الموقع الرابط للركيزة المعتادة و يمارس تأثيراً تفارغياً يغير بموجبه الشكل المعتاد للموقع الرابط.

المثبط غير التنافسي

يرتبط المثبط غير التنافسي بموقع غير موقع ربط الركيزة. ترتبط الركيزة و تتمتع بألفتها المعتادة و تبقى قيمة Kₘ ذاتها. يقوم المثبط بخفض الفعالية التحفيزية للإنزيم فتنخفض بذلك قيمة السرعة العظمى Vₘₐₓ. على النقيض من المثبط التنافسي، فإن المثبط غير التنافسي لا يمكن التغلب عليه عبر زيادة تركيز الركيزة.

مثبط ضد التنافسي

لا يستطيع المثبط ضد التنافسي أن يرتبط بالإنزيم الحر، بل يرتبط فقط بالمعقد إنزيم-ركيزة،و بالتالي فإن هذا النوع من المثبطات هو الأكثر فعالية في التراكيز المرتفعة من الركيزة. في وجود المثبط يصبح المعقد إنزيم-ركيزة غير فعّال. إلا أن هذا النوع من المثبطات نادر.

مختلط

يرتبط المثبط المختلط بموقع تفارغي و يتآثر ارتباط الركيزة و ارتباط المثبط. تقلّ وظيفة الإنزيم و لكن لا تختفي عند ارتباط المثبط به. هذا النوع من الثبطات لا يتبع لمعادلة ميكايليس-مينتين.

المثبط غير العكوس

اليعطل المثبط غير العكوس الإنزيم بشكل دائم، و ذلك عادةً عبر تشكيل رابطة تساهمية للبروتين. من الأمثلة الشائعة عن هذه الطريقة أدوية البنسلين، و الأسبرين.

وظائف المثبطات

تعتبر المثبطات جزءاً من آليات التلقيم الراجع في العديد من الأحياء. فإذاا أنتج إنزيم ما كمية أكبر من اللازم لركيزة ما في الكائن الحي، يمكن لهذه المادة المنتجة أن تمارس دوراً مثبطاً لهذا الإنزيم في المراحل الأولى من المسار الإنتاجي، مما يؤدي لإبطاء إنتاج هذه المادة أو إيقافه عند وجود كمية كافية منها. يعتبر هذا شكلاً من أشكال التقليم الراجع السلبي. تستخدم مسارات الاستقلاب الرئيسية هذه الآلية.
بما أن مثبطات الإنزيم تعدل الوظيفة الإنزيمية فقد اِستُخدمت كأدوية. العديد من الأدوية هي مثبطات تنافسية عكوسة تشبه ركيزة الإنزيم الأصلية، كما هو الحال في مثال الميثوتركسات أعلاه، من الأمثلة المعروفة الأخرى الستاتينات التي تستخدم لمعالجة الكوليسترول المرتفع، و مثبطات إنزيم البروتياز التي تستخدم لعلاج عدوى الفيروس العكسي كفيروس HIV. أما الأسبرين فيعتبر مثالاً شائعاً للمثبطات الإنزيمية غير العكوسة التي تستعمل دوائياً، و هو يثبط إنزيمات COX-1 و COX-2 التي تنتج البروستاجلاندين رسول الالتهاب. المثبطات الإنزيمية الأخرى سموم، مثلاً سم السيانيد هو مثبط إنزيمي غير عكوس يجتمع مع النحاس و الحديد في الموقع النشط للإنزيم السيتوكروم سي أوكسيداز و يقوم بإحصار التنفس الخلوي.

الوظيفة البيولوجية

يقوم الإنزيم بوظائف عديدة داخل الكائن الحي. فلا غنى عن الإنزيمات من أجل التنبيه الإشاري في التنظيم الخلوي و غالباً عبر إنزيمات الكيناز و الفوسفاتاز. كما أنها تقوم بتوليد الحركة عبر توليد التقلص العضلي و نقل المواد عبر الخلية كجزء من الهيكل الخلوي. إنزيمات أخرى مرتبطة بـ ATP موجودة في غشاء الخلية و هي مضخات أيونية تقوم بالنقل الفاعل لهذه الأيونات عبر الغشاء. تشترك الإنزيمات كذلك في وظائف أكثر غرابةً كتوليد الضوء في اليراعات. يمكن أن تحتوي الفيروسات أيضاً على إنزيمات تقوم بوظائف دخل الخلية المصابة مثل إنزيم HIV إنترغاز، و ترانسكريبتاز العكسي، أو لإطلاق الفيروس من الخلية مثل إنزيمات نيورامينيداز الخاص بفيروس الإنفلونزا.
في الحيوانات تظهر وظيفة هامة للإنزيمات في الجهاز الهضمي كإنزيمات الأميلاز و البروتياز التي تقوم بتحطيم الجزيئات الكبيرة (النشا و البروتينات على التوالي) إلى جزيئات صغيرة، لتتمكّن الأمعاء من امتصاصها. مثلاً جزيئات النشا كبيرة جداً لتستطيع الأمعاء امتصاصها، تقوم الإنزيمات بحلمهة هذه سلاسل النشا الطويلة إلى جزيئات صغيرة كالمالتوز و من ثم تنتهي إلى جزيئات غلوكوز هي قابلة للامتصاصا في الأمعاء. تختلف الإنزيمات الهاضمة باختلاف ركائزها. في المجترات ذات النظام الغذائي العاشب، تنتج الأحياءالدقيقة داخل أمعائها إنزيم السيللوز الذي يكسر جدران الخلايا النباتية في الألياف النباتية.

الاستقلاب

العديد من الإنزيمات يمكن أن تعمل معاً في تكامل من أجل صنع مسار استقلابي. في المسار الاستقلابي، يأخذ الإنزيم نواتج الإنزيم السابق كركيزة له، و من ثم تمرر نواتج التفاعل إلى الإنزيم الذي يليه ليستخدمه كركيزة. في بعض الأحيان قد يُحفّز التفاعل بأكثر من إنزيم بشكل متوازي، يسمح هذا التحفيز بتنظيم أكثر تعقيداً، على سبيل المثال انخفاض النشاط التفاعلي لأحد الإنزيمات بينما يستمر النشاط في إنزيم ثاني.
تحدد الإنزيمات الخطوات التي تحدث في هذه المسارات الاستقلابية. و بدون الإنزيمات لن تستمر العلميات الاستقلابية في الخطوات نفسها، و لا يمكن حتى تنظيم الاستقلاب لتلبية احتياجات الخلية. معظم المسارات الاستقلابية المركزية تُنظَّم عبر خطوات مفتاحية، عبر الإنزيمات من خلال الإنزيمات ذات النشاط المرتبط بحلمهة ATP، لأن هذه التفاعلات تطلق كمية كبيرة من الطاقة، بينما يوجد تفاعلات أخرى غير مناسبة من ناحية الديناميكا الحرارية يمكن أن تقترن بحلمهة ATP، حيث تمثل حلمهة ATP  شرارة كل أنماط التفاعلات الاستقلابية التي تليها.

التحكم في النشاط

هناك خمسة طرق رئيسية للتحكم بنشاط الإنزيم في الخلية.

التنظيم

يمكن للإنزيمات أن تكون منشطة أو مثبطة بواسطة جزيئات عديدة. على سبيل المثال المنتج (أو المنتجات) النهائي لأحد المسارات الاستقلابية غالباً هي مثبطات لواحد من الإنزيمات الأولى في هذا المسار، هذه الآلية من التنظيم تُدعى بالتلقيم الراجع السلبي ، لأن كمية المنتج النهائي التي يتم إنتاجها يتم ضبطها عبر تركيز هذا المنتج. يمكن لآلية التلقيم الراجع السلبي أن تضبط بشكل فعّال معدل تخليق المستقلبات المتوسطة تبعاً لطلب الخلايا. تساعد هذه الآلية في تخصيص فعّال للمواد و اقتصاد في الطاقة و تمنع تصنيع فائض من المنتجات النهائية. التحكم في الفعل الإنزيمي يساعد عفي الحفاظ على بيئة داخلية متوازنة في المتعضيات الحية كما كل أجهزة ضبط الاستتباب الداخلي.

تعديل بعد الترجمة

تتضمن الأمثلة على آلية التعديل بعد الترجمة الفسفرة و الغلكزة. مثلاً في الاستجابة للإنسولين، تتم فسفرة إنزيمات متعددة بما في ذلك الغليكوجين سينثاز ، تساعد هذه الفسفرة في التحكم في تصنيع أو تقويض الغليكوجين و تسمح للخلايا بالاستجابة للتغيرات في السكر الدم. مثالٌ آخر على التعديل بعد الترجمة هو تقسيم سلسلة عديد الببتيد، مثلاً إنزيم الكيموتربسين و هو من نوع إنزيمات البروتياز، يتم إنتاجه في البنكرياس و يكون اسمه الكيموتربسينوجين أو مولد الكيموتربسين و هو الشكل غير الفعّال، و من ثم يُنقل و هو في الشكل غير الفعّال إلى المعدة حيث يتم تفعيله. هذا السلوك يمنع الإنزيم من هضم البنكرياس أو الأنسجة الأُخرى قبل أن يدخل لمعة المعي. هذا النمط من طليعة الإنزيم غير الفعّالة تُعرف باسم  طليعة الإنزيم.

الكمية

يمكن أن ينخفض أو يزداد إنتاج الإنزيم (نسخ و ترجمة جينات الإنزيم) في الخلية كاستجابة للتغيرات في بيئة الخلية. هذا النموذج من التنظيم الجيني يدعى بتحريض الإنزيم. مثلاً إنزيم السيتوكروم بي450 أوكسيداز في الكبد و هو مهم جداً في استقلاب الأدوية. يمكن أن يؤدي تحريض أو تثبيط هذه الإنزيمات إلى تداخلات دوائية. مستويات الإنزيم يمكن أن تُنظم أيضاً عبر تغيير معدل تقويض الإنزيم.

التوزيع داخل الخلوي

يمكن أن تُجزأ الإنزيمات عبر مسارات استقلابية تحدث في الحجرات الخلوية المختلفة. مثلاً تُصنّع الحموض الدسمة بواسطة مجموعة واحدة من الإنزيمات في العصارة الخلوية و الشبكة الإندوبلازمية و جهاز غولجي، بينم تستخدم من قبل مجموعة مختلفة من الإنزيمات كمصدر للطاقة في الميتاكوندريا عبر أكسدة بيتا. بالإضافة إلى ذلك فإن نقل الإنزيم إلى حجرات مختلفة يمكن أن يغير في درجة البروتونات (حيث السيتوبلاسم محايد بينما الليزوزوم حامضي) أو في الحالة التأكسدية، و هذا يؤثر على نشاط الإنزيم.

اختصاص الأعضاء

في عديدات الخلايا حقيقيات النوى، تمتلك الخلايا في النسج المختلفة أنماطاً مختلفة في التعبير الجيني، لذا فإنها تمتلك مجموعات مختلفة من الإنزيمات (تُعرف باسم الإيزوزيمات) متاحة للتفاعلات الاستقلابية. هذا يوفر آلية للتنظيم لكل استقلاب العضوية. مثلاً الهيكسوكيناز أول إنزيم في سبيل تحلل الغلوكوز له شكل خاص يدعى الغلوكوكيناز يتم التعبير عنه في الكبد و البنكرياس ، لهذا الشكل من الإنزيم ألفة منخفضة للغلوكوز و لكنه أكثر حساسية لتركيز الغلوكوز. يشترك هذا الإنزيم في التحسس لسكر الدم و تنظيم إنتاج الأنسولين.

المشاركة في الأمراض

يعتبر التحكم الصارم في نشاط الإنزيم أمراً ضرورياً للاستتباب ، حيث أن أي خلل (طفرة، أو إنتاج مفرط، أو إنتاج أقل، أو حذف) في إنزيم حرج واحد يقود إلى مرض وراثي. الخلل في نوع واحد من الإنزيمات من بين آلاف الأنواع الموجودة في جسم الإنسان يمكن أن يكون قاتلاً. من الأمثلة على الأمراض الوراثية القاتلة بسبب قصور إنزيم مرض تاي-ساكس حيث يكون لدى المريض عوز في إنزيم الهيسكوسامينيداز.
أحد أمثلة عوز الإنزيم هو النمط الأكثر شيوعاً من بيلة الفينيل كيتون. العديد من الطفرات في أحماض أمينية مفردة في إنزيم الفينيل ألانين هيدروكسيلاز ، و هو الإنزيم الذي يحفز الخطوة الأولى في تقويض الفينيل ألانين ، و هذا ما يؤدي إلى تراكم الفينيل ألانين و المنتجات ذات الصلة. توجد بعض الطفرات في الموقع النشط، تعطِّل بشكل مباشر الارتباط و التحفيز، و لكن العديد من الطفرات تكون بعيدة عن الموقع النشط و هي تقلل النشاط عبر زعزعة استقرار بنية البروتين، أو عبر آليات أخرى. يمكن أن يؤدي هذا إلى إعاقة ذهنية إذا لم يتم علاج المرض. مثالٌ آخر هو عوز كولين إستيراز الكاذب، في هذه الحالة تضعف قدرة الجسم على تحطيم أدوية كولين إستير. حالات قصور الإنزيمات الوظيفية يمكن علاجها عبر الإعطاء الفموي للإنزيمات مثل قصور البنكرياس و عدم تحمل اللاكتوز.
كما أن هناك طرقاً أخرى تحدث أمراض فيها بسبب خلل إنزيمي يأتي من طفرات جرثومية في الجينات المرمّزة لإنزيمات إصلاحدنا. تسبب العيوب في هذه الإنزيمات سرطاناً لأن الخلايا تصبح أقل قدرةً على إصلاح الطفرات في جينوماتها. هذا يسبب تراكم بطيء للطفرات و يؤدي إلى تطور السرطانات. مثلاً متلازمة السرطان الوراثي هي جفاف الجلد المصطبغ، و هي تسبب تطور سرطانات الجلد استجابةً للحد الأدنى من التعرض للأشعة فوق البنفسجية.