Quá trình này liên quan đến sự hoán đổi các vùng t−ơng đồng giữa hai phân tử. ở Eukaryote, quá trình này xảy ra ở kỳ giữa của giảm phân, khi có sự trao đổi chéọ Sau giảm phân, các thể đơn bội sẽ chứa thông tin di truyền đ−ợc thừa h−ởng từ cả bố và mẹ. ở prokaryote cũng xảy ra quá trình tái tổ hợp t−ơng đồng giữa các bản sao của một đoạn kép ngắn hoặc giữa NST vi khuẩn với NST ngoại lai nh− plasmid hay phagẹ
+ Hai sợi kép t−ơng đồng xếp thẳng hàng với nhaụ
+ Điểm đứt trên các sợi đơn đ−ợc hình thành trên các phân tử, tạo hai sợi 3’-5’ hoặc hai sợi 5’-3’ cho phép các đầu tự do liên kết bổ sung với nhaụ Sự đứt gãy này có thể xảy ra ngẫu nhiên hoặc do sự hoạt hoá của các yếu tố stress của môi tr−ờng nh− tia phóng xạ.
+ Các sợi trao đổi chéo với các sợi đối diện có trình tự t−ơng ứng, sau đó khoảng trống đ−ợc gắn lại bằng enzyme, tạo cấu trúc 4 sợi holliday mang tính động lực học, cấu trúc này trở nên bền vững hơn bằng các liên kết hidrọ
+ Điểm trao đổi chéo có thể chuyển động đ−ợc một khoảng cách đáng kể theo một h−ớng.
+ Cấu trúc Holliday hình thành các sợi kép theo hai cách: Nếu cắt ở các sợi đối diện thì thể tái tổ hợp sẽ giống các phân tử ban đầu, nếu các sợi không đối diện bị cắt thì sản phẩm cắt sẽ là các thể tái tổ hợp, tạo thành các heteroduplex.
Hình 5.11: Tái tổ hợp t−ơng đồng theo Holliday
Ngoài ra, mô hình tái tổ hợp còn đ−ợc thiết lập bởi Meselsson Rading, cho rằng một sợi xâm chiếm sợi còn lại (invade), liên quan D-loop, tuy nhiên cấu trúc D-loop này bị duỗi thẳng nhờ quá trình tổng hợp và sữa chữa phân tử, quá trình sữa chữa này lấy đầu 3’ làm mồị
Khi chạc sao chép sai sót mà không đ−ợc sữa chữa có thể không làm gián đoạn sự sao chép mà chuyển sang sao chép kiểu úp sấp v−ợt qua điểm sai, để lại khoảng trống. Khoảng trống này đ−ợc lấp đầy thay thế bằng sợi t−ơng ứng nhờ tái tổ hợp t−ơng đồng. Các sai lệch ban đầu sẽ bị cắt bỏ bằng quá trình cắt sữa bằng enzyme cắt. Cơ chế này gọi là sữa chữa sau nhân đôi (post replication repair)
Quá trình tạo thể tái tổ hợp t−ơng đồng cần sự tham gia của rất nhiều loại protein. ở Ẹ
coli, gen recA mã hoá cho protein thực hiện trao đổi mạch giữ vai trò trung tâm. Protein recA
gắn phối hợp với mạch đơn tạo phức hệ nucleoprotein là phần có hoạt tính mạnh trong trao đổi mạch. Các đột biến sai hỏng của recA làm cho quá trình tái tổ hợp t−ơng đồng không xảy ra, dẫn đến sự sữa sai cũng không xảy rạ Sự hình thành nick có sự tham gia của phức hệ protein recBCD đ−ợc hình thành từ các tiểu phần là sản phẩm của 3 locus gen recB, recC, recD. Protein này xoắn kép từ một đầu và chuyển động dọc theo sợi, cần năng l−ợng từ ATP sinh ra một thòng lọng đơn. Nick của một sợi kép xảy ra tại vị trí đặc biệt gọi là chi sites có trình tự 5’-GCTGGTGG-3’. ở eukaryote protein recA phức tạp hơn rất nhiều so với Prokaryote và ch−a đ−ợc hiểu biết nhiều, trong đó mỗi một thể t−ơng đồng lại có một chức năng xúc tác đặc biệt và nó chứa một tập hợp các protein phụ cho riêng nó, có vai trò quan trọng trong quá trình tiếp hợp ADN trong phân bàọ Gen mã hoá cho protein này bị hỏng sẽ ảnh h−ởng đến sức sống của sinh vật.