核酸は、プリン塩基またはピリミジン塩基、ペントース(糖)、リン酸からなるヌクレオチドがリン酸ジエステル結合で重合した長い直鎖状の分子で、遺伝子情報を担います。
リン酸の結合している位置は、ペントースの 5' 位と 3 '位が交互になっていて、ポリヌクレオチド鎖の一端が 5 末端なら、他端は 3 末端になります。核酸分子は、5' → 3' の向きに書き表します。この向きは、生合成の向きに一致します。核酸は、糖部分がでオキシリボースであるデオキシリボ核酸 (DNA) と、リボースであるリボ核酸 (RNA) に大別されます。
4 種の塩基のうち、アデニン (A)、グアニン (G)、シトシン (C) は、DNA と RNA に共通です。もう 1 つの延期として、DNA はチミン (T) を、RNA はウラシル (U) を含んでいます。遺伝子の本体は、一部のウィルスを除いてDNAで、RNAはタンパク質合成に関係しています。
遺伝子の重要な機能は、次世代の細胞に遺伝応報を伝達 (複製) することと、生命現象をタンパク質合成を介して制御 (遺伝情報の発現) することです。複製には、DNA の構造が密接に関係しています。DNA 分子は、互いに相補的な塩基配列をもつ 2 本のポリヌクレオチド鎖からなる二重らせん構造をしていて、両鎖は C-G と A-T 塩基対の水素結合で結びつけられています。
DNA複製の際には、二本鎖のそれぞれの一本鎖が鋳型となって、それぞれに相補的な新しい一本鎖が構成されて、それと同じ二本鎖 DNA が 2 本形成されます。新たに合成された娘 DNA 分子は鋳型となった親 DNA 分子と二本鎖を形成します(半保存的複製)。
遺伝情報が発現するときには、まず DNA の塩基配列が相補的な塩基配列を持つ RNA に転写されます。
真核生物では、この一次転写物からスプライシングによりイントロンに対応する配列が除去され、エクソンに対応する配列が連結されます。そして、5’ 端にはキャップ構造が、3’ 端にはポリ A 配列が付加され成熟した mRNA となり核から細胞質に移動し、リボソーム上でその塩基配列をもとにタンパク質が合成されます(翻訳)。mRNA の連続した 3 つの塩基が 1 組の (コドン)となり、1 個のアミノ酸を指定します。翻訳には mRNA のコドンとアミノ酸の両方を識別する転移 RNA (tRNA) が重要な役割を果たしています。tRNA のアンチコドンが mRNA コドンに適切に対合すると、tRNA の 3’ 端に結合した特定のアミノ酸は伸長中のタンパク質の C 末端に付加されます。リボソーム中にもRNA (rRNA) が含まれていて、細胞の全RNA量の約80%を占めます。タンパク質生合成の主要な反応であるペプチジル基転移を触媒するのはタンパク質ではなく、rRNA であると考えられています。細胞内にはこのような触媒作用を持つ RNA も存在しています。
