Нуклеиновые кислоты представлены двумя видами соединений: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Изучение их химического строения, клеточной локализации, количественных изменений в клеточных циклах привели к заключению, что субстратом наследственности и изменчивости в клетке являются ДНК, в которой закодирована генетическая информация о признаках и свойствах, расшифровка же генетической информации осуществляется РНК.

По химическому строению молекула ДНК представляет собой полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. Мономеры включают три компонента: сахар (дезоксирибоза), фосфат (остаток фосфорной кислоты) и азотистое основание.

Нуклеотиды различаются между собой только основанием и называются: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), и цитозин (Ц).

Аденин и гуанин относятся к пуринам, тимин и цитозин к пиримидинам. Нуклеотиды связаны между собой фосфодиэфирной связью в полинуклеотидную цепь, сборка которой осуществляется ферментами ДНК-полимеразами. Наращивание полинуклеотидной цепи происходит в направлении 5'à3', под контролем фермента, соединяющего фосфатную группу в положении 5' предыдущего нуклеотида с гидроксильной группой в положении 3' последующего нуклеотида (рисунок 35).

Рисунок 35 – Схема молекулы ДНК

Согласно модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном и  Ф. Криком молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, связанных между собой водородными связями между азотистыми основаниями по принципу комплементарноcти. Аденин одной цепи связан двумя водородными связями с тимином другой цепи, гуанин одной цепи связан тремя водородными связями цитозином другой. Цепи антипараллельны: 5' конец одной цепи соединяется с 3' концом другой цепи и наоборот. В молекуле ДНК полинуклеотидные цепи образуют двойную спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали составляет 2 нм.

В молекуле ДНК выделяют первичную структуру – полинуклеотидную цепь, вторичную структуру – две комплементарные цепи, третичную структуру – двойную спираль.

В клетках прокариот ДНК образует единственную кольцевую хромосому и плазмиды. В клетках эукариот ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра.

Различные виды организмов содержат в клетках разное количество ДНК. Различные клетки одного организма (гепатоциты, нейроциты, лимфоциты) содержат одинаковое количество ДНК. Нуклеотидный состав ДНК является видовым признаком. Одни организмы характеризуются большим количеством пар AT, другие ГЦ.

К важнейшим биологическим свойствам ДНК относится ее способность к самовоспроизведению – репликации. Это сложный многоступенчатый процесс, в результате которого из одной молекулы ДНК образуются две одинаковых новых.

Синтез ДНК происходит полуконсервативным способом путем расхождения материнских цепей и построением на них дочерних цепей по принципу комплементарноcти. Построение лидирующей цепи происходит непрерывно, другой – запаздывающей отдельными фрагментами.

Репликация ДНК в клетке происходит в интерфазе при подготовке клетки к делению. Механизм репликации характеризуется высокой точностью, чему способствуют ферментативные процессы коррекции и репарации.