El código genético, almacenado en el ADN de cada célula, es un instructivo para fabricar proteínas, indica la posición correcta en la que se debe de colocar un determinado aminoácido, durante la construcción de un polipéptido. Los individuos de una especie tienen un conjunto de proteínas que los caracterizan. Los seres humanos no podemos hacer fotosíntesis, debido a que en nuestro ADN no se encuentra codificada la información que se necesita para ensamblar los aminoácidos en el orden adecuado, y así sintetizar las proteínas que se requieren para hacer ese proceso; en cambio, las células de las plantas verdes sí recibieron por herencia ese conjunto de instrucciones y pueden utilizar la luz solar para obtener energía.
Este instructivo debe transmitirse fielmente de generación en generación, pero a veces hay un error en el código, lo que produce una orden, durante la fabricación de una proteína, de insertar un aminoácido incorrecto en determinada posición del polipéptido. Como el código genético se recibe por herencia el error producido se va a transmitir a toda la descendencia, quien continuará fabricando esa proteína anormal. Este cambio en el ADN se llama mutación. El polipéptido anormal produce un cambio en el fenotipo del portador de la mutación: si la afectada es una proteína que se requiere para que se produzca la coagulación de la sangre, los individuos con la mutación no podrán coagular su sangre, ante la presencia de una herida (hemofilia); si no funciona una proteína que está involucrada en la síntesis del pigmento que colorea la piel, la melanina, se produce albinismo; el cambio de un solo aminoácido en la hemoglobina puede afectar su capacidad para combinarse con el oxígeno, produciendo una falta de éste elemento en las células del organismo (anemia del Mediterráneo).
Casi siempre una mutación va en detrimento del organismo que la porta y en la mayoría de las veces muere antes de que alcance la madurez sexual, con lo que ahí termina ese cambio. En ocasiones, extraordinariamente raras, la mutación favorece al individuo y le proporciona alguna característica que le da ventaja sobre los no portadores, y facilita su supervivencia. Este es el mecanismo molecular de la evolución y así, a lo largo de millones de años se producen nuevas especies.
¿Por qué el cambio de un solo aminoácido en una proteína que tiene cientos de ellos es tan catastrófico?
Para tener una idea del fenómeno, imaginemos una proteína con, digamos, 350 aminoácidos unidos mediante el enlace peptídico. Supongamos que en la posición 5 se encuentra un residuo de ácido aspártico, el cual, como ya sabemos, a un pH = 7, tiene en su grupo R un carboxilo disociado y por lo tanto cargado negativamente. Supongamos, además, que en la posición 95 hay una lisina, la cual al mismo pH, tiene en su grupo R un amino protonado y por lo tanto cargado positivamente. Imaginemos también, que las cargas de estos dos grupos se atraen, de tal manera que los aminoácidos de las posiciones 5 a 95 forman un doblez específico y que éste se requiere para proporcionar a la proteína una conformación que la hace activa. Por último, imaginemos lo que pasaría si ocurre una mutación y ahora en la posición 95, ocupada normalmente por la lisina, se introduce alanina. Si se ve la fórmula de este aminoácido, en su grupo R no existe ningún grupo cargado positivamente, de tal manera que no va a ejercer ningún tipo de atracción sobre el ácido aspártico de la posición 5. Por lo tanto, el doblez específico que formaban los aminoácidos que ocupan las posiciones 5 a 95 se va a perder y con esto, se tiene una proteína con una estructura terciaria diferente a la original y que no es funcional, por lo que se afectará algún aspecto del metabolismo de la célula portadora de la mutación.
Hay algunas mutaciones que no causan cambios en la función de una proteína, si en la del ejemplo anterior se cambia el ácido aspártico, que se encuentra en la posición 5, por ácido glutámico que también tiene un carboxilo en su grupo R, lo más probable es que la nueva proteína siga funcionando normalmente ya que la presencia de la carga negativa atraerá a la lisina de la posición 95.
También puede ocurrir que la sustitución de un aminoácido por otro ocurra en alguna región en donde no se afecta la estructura terciaria y la proteína siga funcionando de manera normal.