הגדרת מוטציה במונחים של גנטיקה מולקולרית

מוטציה ברמה המולקולרית מתייחסת לכל תוספת, מחיקה או החלפה של בסיסי הנוקליאוטידים ב- DNA. ה- DNA מורכב מארבעה בסיסים שונים של נוקליאוטידים, וסדר הבסיסים הללו מהווה קוד לחומצות אמינו, שהם אבני הבניין של החלבון. יש לשמור על סדר הבסיסים ב- DNA בכדי להבטיח את ייצור החלבון המתאים. אך מספר סוגים שונים של מוטציות יכולים להתרחש ב- DNA. אלה נעים בין השפעה מועטה ללא השפעה על מוצר החלבון לבין מניעת ייצור החלבון התקין.

מוטציה שקטה, או מוטציה נקודתית, מתייחסת לשינוי בסיס נוקלאוטיד יחיד. כאשר זה קורה, בסיס שונה מתחליף לבסיס נוקלאוטיד אך עדיין מקודד לאותה חומצת אמינו. בסיסי הנוקליאוטידים מקודדים לחומצות אמינו בקבוצות של שלושה בסיסים, המכונים קודונים. כמה חומצות אמינו מקודדות באמצעות מספר קודונים, כלומר יכולות להיות יותר מקבוצה אחת של שלושה בסיסים המקודדת עבור אותה חומצת אמינו. במוטציה שקטה, הבסיס המוחלף גורם לקודון שעדיין מקודד את אותה חומצת אמינו. מכיוון שמקודדת אותה חומצת אמינו, אין כל השפעה על החלבון הסופי המופק מהגן.

מוטציה של מיסנס היא סוג אחר של מוטציה נקודתית, כאשר מוחלף בסיס נוקלאוטיד יחיד. במוטציה של מיסנס, לעומת זאת, הבסיס המוחלף מקודד לחומצת אמינו אחרת. השינוי בחומצת האמינו גורם לשינוי בחלבון הסופי שנוצר. חומרת השינוי בחלבון תלויה בסוג ההחלפה של חומצות אמינו המתרחשת. חלק מחומצות האמינו דומות מאוד זו לזו בגודלן ובמטעןן. אם חומצת האמינו מוחלפת על ידי חומצת אמינו בעלת תכונות דומות, ככל הנראה תהיה השפעה מועטה על מבנה או תפקוד החלבון שנוצר; עם זאת, אם התחלופה מקודדת לחומצת אמינו עם מאפיינים שונים מאוד, זה יכול להשפיע לרעה על ה- חלבון שנוצר ואף יכול להוביל לייצור חלבון שאינו פונקציונלי או שיש לו שונה פוּנקצִיָה. מוטציות מסוג זה מובילות לעיתים קרובות לסרטן.

מוטציה של שטויות מובילה לתופעות קשות. זהו סוג אחר של מוטציה נקודתית, מכיוון שהיא נגרמת על ידי החלפת בסיס נוקלאוטיד יחיד. אולם במקרה זה קודני התוצאה מתקבלים עבור קודון עצור, במקום חומצת אמינו. אצל יונקים, שלושה קודונים מקודדים להפסקת תרגום החלבון. אם תחליף בסיס מקודד קודון עצור במקום חומצת אמינו, ייצור החלבון ייפסק בטרם עת ויגרום ליצירת חלבון קטום. חלבונים קטומים בדרך כלל אינם מתפקדים מכיוון שחסר להם חלק מהחלבון. סוגים אלו של מוטציות מסוכנים מאוד ויכולים להוביל לסוגים רבים של מחלות, כולל סרטן.

החדרה או מחיקה של בסיסי נוקליאוטידים בכפולות שאינן שלוש גורמות למוטציה של העברת מסגרות. מכיוון שקודונים נקראים בקבוצות של שלושה בסיסים, הכנסה או מחיקה של בסיס אחד או שניים גורמים לשינוי במסגרת הקריאה של הקודונים. זה גורם לקידוד של חומצות אמינו שונות לחלוטין ומוביל לייצור חלבון שונה לחלוטין. קידוד אקראי וכתוצאה מכך יכול גם לגרום לקידוד עצירה של קידוד באמצע הגן, מה שמוביל לא רק לחלבון אחר לגמרי אלא גם לקטוע.