在漫长的进化过程中生物的 DNA经历了各种各样的变化。包括基因突变、基因重组、染色体易位等。

碱基置换突变常导致蛋白质中一个氨基酸的改变。例如正常血红蛋白第 6位的谷氨酸改变为缬氨酸便成为镰形细胞贫血症的血红蛋白 HbS，为赖氨酸替代则成为HbC，前者的碱基是从GAA（谷氨酸）→GUA（缬氨酸），后者是 GAA（谷氨酸）→AAA（缬氨酸）。已经发现的由α链上单个氨基酸的改变而造成的异常血红蛋白不下40种，由β链上单个氨基酸改变而造成的异常血红蛋白在80种以上。

DNA 分子的重复也是蛋白质分子发生改变的重要原因。例如血红蛋白中的 α、β、γ、δ 4种多肽链相互关系便是如此（图3）。

易位是又一种导致蛋白质分子中氨基酸顺序改变的原因。例如有一种称为Lepore的贫血症，患者的一个血红蛋白链的氨基端相同于δ链的氨基端，它的羧基端相同于β链的羧基端。

缺失在蛋白质分子进化中经常发生。例如血红蛋白第22位残基根据不同类型多肽链的前后顺序对应比较，可以肯定人和马的α链的差别由一个缺失造成。

还有一种情况是链的延伸，例如血红蛋白HbCS是一种具有正常 α链的变种，它从正常 α链羧基端的精氨酸上又延伸出31个附加的氨基酸残基，成为具有172个氨基酸的肽链，附加的氨基酸序列与 α链的其他部分或其他的血红蛋白链毫无关系。

遗传密码的进化 　现有的生物的核基因密码都是相同的（见遗传密码），说明遗传密码体系在生物进化过程中早已固定。

1979年在三个实验室中分别发现遗传密码的统一性原则不适用于线粒体基因。例如人和酵母菌的线粒体中的UGA并不是终止密码子而是色氨酸密码子，AUA在人的线粒体中不是异亮氨酸而是甲硫氨酸密码子。这些事实说明在生物进化过程中遗传密码确实发生过变化。

哺乳动物的线粒体DNA的全部顺序已经分析清楚，这里面可以找到有23个编码转运核糖核酸（tRNA）的顺序。酵母菌的线粒体 DNA用顺序分析和分子杂交方法也得到和哺乳动物线粒体大约相同数目的tRNA顺序。染色体基因所编码的tRNA至少有50种。线粒体中的tRNA种类少于染色体基因所编码的tRNA种类。这一事实说明线粒体的密码体系是比较原始的状态。