Genen zijn segmenten van DNA op chromosomen. Een genmutatie wordt gedefinieerd als een wijziging in de sequentie van nucleotiden in DNA. Deze verandering kan een enkel nucleotidepaar of grotere gensegmenten van een chromosoom beïnvloeden. DNA bestaat uit een polymeer van samengevoegde nucleotiden. Tijdens de eiwitsynthese is DNA dat wel getranscribeerd in RNA en vervolgens vertaald om eiwitten te produceren. Het veranderen van nucleotidesequenties resulteert meestal in niet-functionerende eiwitten. Mutaties veroorzaken veranderingen in de genetische code dat leidt tot genetische variatie en het potentieel om de ziekte te ontwikkelen. Genmutaties kunnen over het algemeen in twee soorten worden onderverdeeld: puntmutaties en inserties of verwijderingen van basenparen.
Puntmutaties zijn het meest voorkomende type genmutatie. Dit type mutatie, ook wel een substitutie van een basenpaar genoemd, verandert een enkel nucleotide basenpaar. Puntmutaties kunnen worden onderverdeeld in drie typen:
Mutaties kunnen ook optreden waarbij
nucleotide basenparen worden ingevoegd in of verwijderd uit de oorspronkelijke gensequentie. Dit type genmutatie is gevaarlijk omdat het de sjabloon verandert waaruit aminozuren worden gelezen. Invoegingen en verwijderingen kunnen frame-shift-mutaties veroorzaken wanneer basenparen die geen veelvoud van drie zijn, worden toegevoegd aan of verwijderd uit de reeks. Aangezien de nucleotidesequenties in groepen van drie worden gelezen, zal dit een verschuiving in het leeskader veroorzaken. Als de oorspronkelijke, getranscribeerde DNA-sequentie bijvoorbeeld CGA CCA ACG GCG... is en twee basenparen (GA) tussen de tweede en derde groepering worden ingevoegd, wordt het leeskader verschoven.De insertie verschuift het leeskader met twee en verandert de aminozuren die na de insertie worden geproduceerd. De invoeging kan te vroeg of te laat in het vertaalproces coderen voor een stopcodon. De resulterende eiwitten zijn te kort of te lang. Deze eiwitten zijn grotendeels opgeheven.
Genmutaties worden meestal veroorzaakt als gevolg van twee soorten voorvallen. Omgevingsfactoren zoals chemicaliën, straling en ultraviolet licht van de zon kan mutaties veroorzaken. Deze mutagenen veranderen DNA door nucleotidebasen te veranderen en kunnen zelfs de vorm van DNA veranderen. Deze veranderingen resulteren in fouten in DNA-replicatie en transcriptie.
Andere mutaties worden veroorzaakt door fouten die zijn gemaakt tijdens mitose en meiosis. Veelvoorkomende fouten die optreden tijdens celdeling kunnen leiden tot puntmutaties en frameshift-mutaties. Mutaties tijdens celdeling kunnen leiden tot replicatiefouten die kunnen leiden tot het verwijderen van genen, translocatie van delen van chromosomen, ontbrekende chromosomen en extra kopieën van chromosomen.
Volgens de Nationaal instituut voor menselijk genoom, bijna alle ziekten hebben een soort genetische factor. Deze aandoeningen kunnen worden veroorzaakt door een mutatie in een enkel gen, meerdere genmutaties, gecombineerde genmutatie en omgevingsfactoren, of door chromosoom mutatie of schade. Genmutaties zijn geïdentificeerd als de oorzaak van verschillende aandoeningen, waaronder sikkelcelanemie, cystische fibrose, de ziekte van Tay-Sachs, de ziekte van Huntington, hemofilie en sommige vormen van kanker.