Las mutaciones son cambios en la secuencia del ADN. Estos cambios pueden ocurrir espontáneamente o pueden ser inducidos por la exposición a factores ambientales. Las mutaciones se pueden caracterizar de varias maneras diferentes: si alteran la secuencia de aminoácidos de la proteína y cómo, si se producen en un área pequeña o grande del ADN, y si se producen en células somáticas o células germinales.
Las mutaciones que se producen en un solo nucleótido se denominan mutaciones puntuales. Cuando se producen mutaciones puntuales dentro de los genes, las consecuencias pueden variar en gravedad dependiendo de lo que sucede con la secuencia de aminoácidos codificados. Una mutación silenciosa no cambia la identidad del aminoácido y no tendrá ningún efecto sobre un organismo. Una mutación errónea cambia un solo aminoácido, y los efectos pueden ser graves si el cambio altera la función de la proteína. Una mutación sin sentido produce un codon de parada que trunca la proteína, probablemente haciéndola no funcional. Las mutaciones de Frameshift se producen cuando uno o más nucleótidos se insertan o eliminan de una secuencia de ADN codificante de proteínas, afectando a todos los codones aguas abajo de la ubicación de la mutación.
El tipo más drástico de mutación, la alteración cromosómica, cambia la estructura física de un cromosoma. Las alteraciones cromosómicas pueden incluir la eliminación, duplicación o inversión de grandes extensiones de ADN dentro de un solo cromosoma, o la integración de una porción de un cromosoma diferente. Estas mutaciones suelen ser mucho más graves que las mutaciones puntuales porque abarcan muchos genes y elementos reguladores. Las alteraciones cromosómicas se pueden detectar mediante el cariotipado de la célula afectada.
Las mutaciones pueden ocurrir en cualquier célula, pero solo las mutaciones germinales (las presentes en los óvulos y los espermatozoides) pueden transmitirse a la descendencia. Por ejemplo, Por ejemplo, las enfermedades hereditarias son un subtipo de trastorno genético causado por mutaciones germinales nocivas. Pueden ser autosómicos, ocurrir en cromosomas de uno a 22, o vinculados al sexo, que ocurren en el cromosoma X o Y. Un ejemplo de una enfermedad hereditaria es la fibrosis quística (FQ), una enfermedad que afecta principalmente a los pulmones. Es causada por una deleción dentro del gen CFTR que elimina un solo aminoácido de la proteína CFTR. La FQ es una enfermedad autosómica recesiva, lo que significa que una persona con una copia mutada del gen y una copia normal no desarrollará la enfermedad; otras enfermedades, como la enfermedad de Huntington, un trastorno neurodegenerativo, son autosómicas dominantes, lo que significa que sólo una copia mutada del gen es necesaria para que la enfermedad se desarrolle.
Ambas mutaciones somáticas —las que ocurren fuera de la línea germinal— y las mutaciones germinales pueden surgir espontáneamente durante la replicación del ADN, pero también pueden ser causadas por la exposición a radiación o productos químicos en el medio ambiente. Los factores externos que dañan el ADN y causan mutaciones se denominan mutágenos. Un mutágeno ambiental bien caracterizado es la radiación ultravioleta (UV). La radiación UV transporta más energía que la luz visible y daña el ADN al romper los lazos entre los pares de bases, haciendo que las bases de timina en la misma cadena de ADN se emparejen entre sí en dimers característicos de timina. El sol es una fuente natural de radiación UV. Las longitudes de onda más dañinas, UV-C, son interceptadas en alta atmósfera, pero los rayos UV-A y UV-B llegan a la superficie de la Tierra. Las fuentes artificiales de exposición a los rayos UV incluyen lechos de bronceado, que transmiten principalmente rayos UV-A con cantidades más pequeñas de UV-B. Afortunadamente, las células tienen mecanismos para reparar el ADN dañado, pero a veces el daño no se repara antes de la división celular en células de división rápida, como las células de la piel. Si el daño del ADN ocurre en una región genómica que es importante para la regulación del crecimiento y la división celular, puede conducir al cáncer si no se repara.
