Mutacja genowa to zmiana w sekwencji DNA, która może prowadzić do zmian aminokwasów tworzących białko. Wyróżnia się trzy rodzaje mutacji genowych (tzw. mutacje punktowe):
- Substytucja – polega na zmianie (podstawieniu) jednej zasady azotowej na inną, np. zamiast adeniny pojawia się guanina;
- Delecja – jest to usunięcie jednego albo większej liczby nukleotydów (związki budujące DNA składające się m.in. z zasad azotowych).
- Insercja – wstawienie dodatkowego albo dodatkowych nukleotydów.
Sekwencję DNA opisuje się pierwszymi literami zasad azotowych (adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T)). W procesie ekspresji informacji genetycznej DNA jest przepisywane na cząsteczkę mRNA, która również składa się z czterech nukleotydów, z tą różnicą, że zamiast tyminy, występuje uracyl (U). Kolejne trójki nukleotydów w mRNA (tzw. kodony) kodują określony aminokwas, np. sekwencja AGC koduje aminokwas serynę, a sekwencja CAG aminokwas glutaminę.
Mutacje genowe mogą prowadzić do usunięcia aminokwasu (lub ich większej liczby) w danym białku, wstawienia dodatkowego aminokwasu / aminokwasów albo powstania innych aminokwasów. Przykładowo, następująca sekwencja nukleotydów: CUCAUUAGCUGUGGA koduje następującą sekwencję aminokwasów: leucyna (CUC), izoleucyna (AUU), seryna (AGC), cysteina (UGU), glicyna (GGA). Jeśli w wyniku insercji dojdzie do wstawienia dodatkowych nukleotydów, np. guaniny i adeniny za trzecim nukleotydem, sekwencja zmieni się na następującą: CUCGAAUUAGCUGUGGA. Będzie ona kodowała inne aminokwasy niż sekwencja pierwotna, a mianowicie kolejno: leucynę (CUC), glutaminian (GAA), leucynę (UUA), alaninę (GCU), walinę (GUG). Doprowadzi to do powstania zmienionego białka.
Mutacje w genach, które prowadzą do zmian w funkcjonowaniu organizmu mogą ułatwić mu przystosowanie się do panujących w jego środowisku warunkach. Tego typu korzystne mutacje są siłą napędową ewolucji. Niektóre mutacje nie wywołują żadnych zmian w funkcjonowaniu organizmu, są to tzw. mutacje ciche. Zachodzą w niekodujących fragmentach genów albo nie powodują zmiany aminokwasu, ponieważ jeden aminokwas może być kodowany przez kilka kodonów (np. zarówno CUC, jak i UUA koduje leucynę). Niektóre mutacje genowe powodują jednak zaburzenia w funkcjonowaniu białek, doprowadzając do rozwinięcia się chorób, w tym chorób nowotworowych.
Przykładem są mutacje w genie BRCA1, kodującym białko o tej samej nazwie. Białko BRCA1, składające się z 1836 aminokwasów, bierze udział m.in. w naprawie uszkodzeń DNA oraz regulacji cyklu komórkowego. Mutacje w tym genie często doprowadzają do rozwinięcia się raka piersi lub raka jajnika.
Innym genem, ściśle związanym z chorobami nowotworowymi jest gen TP53, który koduje białko p53. Białko to niszczy komórki (wywołuje tzw. apoptozę) w przypadku jeśli nie jest możliwa naprawa uszkodzonego DNA. W ten sposób zapobiega namnażaniu się nieprawidłowych komórek. Mutacje w genie TP53 doprowadzają do zaburzenia funkcji białka p53, które staje się niezdolne do usuwania nieprawidłowych komórek.
