DNA
Po raz pierwszy DNA wyizolowano z jądra komórkowego w 1869 roku i nazwano je nukleiną. Dokładnie 20 lat później Altmanowi udało się rozdzielić nukleinę na kwasy nukleinowe i białka. Kolejnym krokiem w poznaniu kwasów nukleinowych było zastosowanie przez Fullgera metod ich barwienia, co potwierdziło hipotezę, że DNA buduje chromosomy. Następnie wykazano, iż kwas dezoksyrybonukleinowy obecny jest w każdej komórce, a konkretny organizm ma stałą ilość DNA w komórkach. Udowodniono także, że komórki jajowe i plemniki (komórki płciowe) zawierają aż o połowę mniej kwasu dezoksyrybonukleinowego niż komórki somatyczne oraz iż DNA nie opuszcza nigdy jądra komórkowego.
DNA przyjmuje postać podwójnej helisy, czyli splecionych ze sobą dwóch nici. Łączna długość DNA w komórce wynosi 1 mm, a grubość nici sięga milionowej części milimetra, co sprawia, że kwas dezoksyrybonukleinowy nie jest widzialny gołym okiem. Podstawową jednostka budująca kwas nukleinowy jest nukleotyd. Monomer ten składa się z zasady azotowej, cukru pentozy (w przypadku DNA cukrem jest dezoksyryboza, a w przypadku RNA to ryboza) i reszty kwasu fosforowego. Zasady azotowe dzielą się na dwie grupy:
purynowe - adenina (A) i guanina (G)
pirymidynowe - cytozyna (C) i tymina (T) ( w przypadku RNA zamiast tyminy występuje uracyl (U))
Adenina podwójnym wiązaniem wodorowym łączy się z tyminą, a cytozyna potrójnym wiązaniem łączy się z guaniną. Reszta kwasu fosforowego przyłączona jest do cukru pentozy wiązaniem fosfodiestrowym.
Nici, z których utworzona jest struktura podwójnej helisy, są względem siebie komplementarne tzn. uzupełniają się. Koniec 5' jednej nici znajduje się naprzeciw końca 3' drugiej nici. Obie komplementarne nici DNA niosą informację pozwalające odtworzyć sekwencje nukleotydowe drugiej nici.
→ replikacja
Replikacja to proces syntezy nowych nici DNA. Jest to proces semikonserwatywny, czyli nowa nić dobudowywana jest na matrycy jednej ze starych nici. Matrycą do syntezy są nici podwójnej helisy. Dwuniciowe DNA zbudowany jest zatem z nici starej i z dobudowanej nici nowej.
Replikacja inicjowana jest w miejscu zwanym ori. U organizmów eukariotycznych w genomie występuje wiele takich miejsc, w przeciwieństwie do Prokaryota, gdzie istnieje tylko jedno. Do miejsca ori przyłączają się białka enzymatyczne (helikazy), które rozbijając wiązania wodorowe powodują rozkręcanie się cząsteczki DNA, w wyniku czego tworzą się tzw. widełki replikacyjne. Następnie enzym polimeraza RNA (primaza) katalizuje powstanie startera (primera), czyli krótkiego odcinka RNA. Do końca 3' zsyntetyzowanego startera przyłączane są nukleotydy, co katalizuje jedna z polimeraz DNA. Polimerazy DNA dobudowują kolejne nukleotydy w sposób ciągły na nici wiodącej oraz fragmentami, tzw. fragmentami Okazaki, na nici opóźnionej. Następnie fragmenty Okazaki łączone są ze sobą dzięki enzymom - ligazom. Po zakończeniu procesu dobudowywania nowych nukleotydów startery (primery) zostają enzymatycznie usunięte, a brakujące nukleotydy zostają uzupełnione przez jedną z polimeraz DNA. Polimerazy DNA uczestniczące w procesie replikacji spełniają wiele różnych funkcji: prowadzą replikacje, naprawę, usuwają stertery oraz uzupełniają brakujące nukleotydy.
Replikacja konserwatywna to proces replikacji, podczas którego każda z nici macierzystego DNA staje się matryca dla nowych nici, bez rozplatania helisy. W wyniku tego powstają dwie potomne cząsteczki DNA - jedna zostaje nienaruszona (stanowi ją stara helisa DNA), a druga jest całkowicie nowa (utworzona z nowo zsyntetyzowanych nici DNA).
Replikacja przypadkowa ma miejsce, gdy każda z nici macierzystej podwójnej helisy ulega rozpadowi na szereg fragmentów, które służą wówczas za matrycę, na której powstają nowe nici DNA.
→ transkrypcja
Transkrypcja to proces przepisywania informacji genetycznej z DNA na RNA, podczas którego powstaje kilka rodzajów kwasu rybonukleinowego. Każdy gen kodujący białko poprzedzony jest promotorem. To do niego przyłączają się czynniki białkowe i polimeraza RNA uczestniczące w procesie transkrypcji. Podwójna nić DNA rozplata się następnie wiadomość z DNA przepisywana jest na RNA. Transkrypcja kończy się, gdy polimeraza RNA napotka na swej drodze terminator. Produktem pośrednim między DNA a RNA jest hnRNA. Jest ono nietrwałe i na nim zachodzi wycinanie intronów (obróbka potranslacyjna). Po wycięciu intronów powstaje mRNA składające się już z samych tylko egzonów.
→ translacja
Translacja to proces biosyntezy białka, to przekształcanie czteroliterowego kodu zasad w kwasach nukleinowych w dwudziestoaminokwasowy alfabet białek. W pierwszym etapie tego procesu dochodzi do aktywacji aminokwasów. Następnie, w procesie inicjacji, następuje rozpoczęcie syntezy łańcucha białkowego. W kolejnym etapie - elongacji - łańcuch białkowy jest wydłużany. Przedostatni etap - terminacja - to proces zakończenia wydłużania łańcucha białkowego. Ostatnim etapem translacji jest fałdowanie powstałego białka i jego obróbka potranslacyjna.