Mutações são alterações na sequência do DNA. Essas alterações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas pela exposição a fatores ambientais. As mutações podem ser caracterizadas de várias maneiras diferentes: se e como alteram a sequência de aminoácidos da proteína, se ocorrem em uma pequena ou grande área do DNA, e se ocorrem em células somáticas ou células germinativas.
Mutações que ocorrem em um único nucleótido são chamadas mutações pontuais. Quando mutações pontuais ocorrem dentro dos genes, as consequências podem variar em gravidade, dependendo do que acontece com a sequência codificada de aminoácidos. Uma mutação silenciosa não altera a identidade do aminoácido e não terá efeito em um organismo. Uma mutação de sentido erróneo altera um único aminoácido, e os efeitos podem ser graves se a mudança alterar a função da proteína. Uma mutação sem sentido produz um codão de terminação que trunca a proteína, provavelmente tornando-a não funcional. Mutações por mudança da matriz ocorrem quando um ou mais nucleótidos são inseridos ou excluídos de uma sequência de DNA codificadora de proteínas, afetando todos os codões a jusante da localização da mutação.
O tipo mais drástico de mutação, alteração cromossómica, altera a estrutura física de um cromossoma. Alterações cromossómicas podem incluir exclusão, duplicação ou inversão de grandes porções de DNA dentro de um único cromossoma, ou integração de uma porção de um cromossoma diferente. Essas mutações são tipicamente muito mais graves do que mutações pontuais porque englobam muitos genes e elementos regulatórios. Alterações cromossómicas podem ser detectadas por análise de cariótipo da célula afetada.
As mutações podem ocorrer em qualquer célula, mas apenas mutações germinativas—aquelas presentes em óvulos e espermatozóides—podem ser transmitidas para a progenia. Por exemplo, doenças hereditárias são um subtipo de distúrbio genético que são causadas por mutações germinativas deletérias. Elas podem ser autossómicas, ocorrendo nos cromossomas 1 a 22, ou ligadas ao sexo, ocorrendo no cromossoma X ou Y. Um exemplo de doença hereditária é a fibrose quística (CF), doença que afeta principalmente os pulmões. É causada por uma exclusão dentro do gene CFTR que remove um único aminoácido da proteína CFTR. CF é uma doença autossómica recessiva, o que significa que uma pessoa com uma cópia mutada do gene e uma cópia normal não desenvolverá a doença; outras doenças, como a doença de Huntington, uma doença neurodegenerativa, são autossómicas dominantes, o que significa que apenas uma cópia mutante do gene é necessária para que a doença se desenvolva.
Tanto as mutações somáticas—aquelas que ocorrem fora da linha germinativa—como as mutações germinativas podem surgir espontaneamente durante a replicação do DNA, mas também podem ser causadas pela exposição à radiação ou produtos químicos no ambiente. Fatores externos que danificam o DNA e causam mutações são chamados de mutagénios. Um mutagénio ambiental bem caracterizado é a radiação ultravioleta (UV). A radiação UV carrega mais energia do que a luz visível e danifica o DNA, quebrando as ligações entre pares de bases, fazendo com que as bases de timina na mesma cadeia de DNA se emparelhem entre si em dímeros de timina característicos. O sol é uma fonte natural de radiação UV. Os comprimentos de onda mais prejudiciais, UV-C, são interceptados no alto da atmosfera, mas os raios UV-A e UV-B atingem a superfície da Terra. Fontes artificiais de exposição UV incluem camas de bronzeamento, que transmitem principalmente raios UV-A com quantidades menores de UV-B. Felizmente, as células têm mecanismos para reparar o DNA danificado, mas às vezes o dano não é reparado antes da divisão celular em células que se dividem rapidamente, como células da pele. Se o dano de DNA ocorrer em uma região genómica que é importante para a regulação do crescimento e divisão celular, pode levar a cancro se não for reparado.
