ה חומצות גרעין הם חיוניים ביו-פולימרים נמצא בכל היצורים החיים, שם הם מתפקדים לקידוד, העברה וביטוי גנים. אלה גדולים מולקולות נקראות חומצות גרעין מכיוון שהן זוהו לראשונה בתוך גרעין התאיםעם זאת, הם נמצאים גם ב- מיטוכונדריה ו כלורופלסטים כמו גם חיידקים ווירוסים. שתי חומצות הגרעין העיקריות הן חומצה deoxyribonucleic (DNA) וחומצה ריבונוקלאית (RNA).
DNA הוא מולקולה דו-חוטית המאורגנת בכרומוזום הנמצא בגרעין התאים, שם היא מקודדת את המידע הגנטי של אורגניזם. כאשר התא מתחלק, מועבר עותק של קוד גנטי זה לתא החדש. העתקת הקוד הגנטי נקראת שכפול.
RNA היא מולקולה חד-גדילית שיכולה להשלים או "להתאים" ל- DNA. סוג של RNA הנקרא Messenger RNA או mRNA קורא DNA ועושה עותק ממנו, באמצעות א תהליך שנקרא תעתיק. mRNA נושא עותק זה מהגרעין לריבוזומים בציטופלזמה, שם העברת RNA או tRNA מסייעים להתאמת חומצות אמינו לקוד, ובסופו של דבר יוצרים חלבונים באמצעות תהליך שנקרא תרגום.
הבסיסים והסוכר שונים ל- DNA ו- RNA, אך כל הנוקלאוטידים מקשרים זה לזה באמצעות אותו מנגנון. הפחמן העיקרי או הראשון של הסוכר מקשר לבסיס. מספר 5 הפחמן של הסוכר נקשר לקבוצת הפוספטים. כאשר נוקליאוטידים נקשרים זה לזה ליצירת DNA או RNA, הפוספט של אחד הנוקלאוטידים נקשר ל 3-פחמן מהסוכר של הנוקלאוטיד האחר, ויוצר את מה שמכונה עמוד השדרה הסוכר-פוספט של הגרעין חומצה. הקשר בין הנוקלאוטידים נקרא קשר פוספודיאסטר.
גם ה- DNA וגם ה- RNA מיוצרים באמצעות בסיסים, סוכר מחומש וקבוצות פוספטים, אך הבסיסים החנקניים והסוכר אינם זהים בשתי המקרומולקולות.
ה- DNA נעשה באמצעות בסיסים אדנין, תימין, גואנין וציטוזין. הבסיסים נקשרים זה לזה בצורה מאוד ספציפית. קשר אדנין ותימין (A-T) ואילו קשר ציטוזין וגואנין (G-C). סוכר הפנטוז הוא 2-דוקסיריבוזה.
RNA מיוצר באמצעות בסיסים אדנין, אורציל, גואנין וציטוזין. זוגות בסיס יוצרים באותה צורה, פרט לאדנין המצטרפת לאורציל (A-U), עם קשר גואנין עם ציטוזין (G-C). הסוכר הוא ריבוז. דרך קלה אחת לזכור אילו בסיסים מתקשרים זה לזה היא להסתכל על צורת האותיות. C ו- G שניהם אותיות מעוקלות של האלף-בית. A ו- T הן שתיהן עשויות מקווים ישרים מצטלבים. אתה יכול לזכור כי U תואם T אם אתה זוכר את עקוב אחר T כאשר אתה מדקלם את האלף בית.
אדנין, גואנין ותימין נקראים בסיסי הפורין. מדובר במולקולות דו-אופניות, מה שאומר שהן מורכבות משתי טבעות. ציטוזין ותימין נקראים בסיסי הפירימידין. בסיסי פירימידין מורכבים מטבעת בודדת או אמין הטרוציקלי.
בזמן שהתגלו באוקריוטות, עם הזמן הבינו מדענים כי בתא אין צורך בגרעין שיש בו חומצות גרעין. כל התאים האמיתיים (למשל מצמחים, מבעלי חיים ופטריות) מכילים גם DNA וגם RNA. החריגים הם כמה תאים בוגרים, כמו תאי דם אדומים אנושיים. לנגיף יש DNA או RNA, אך לעיתים רחוקות שניהם מולקולות. בעוד שרוב ה- DNA הוא גדילי כפול ורוב ה- RNA הוא חד-גדילי, ישנם יוצאים מן הכלל. DNA חד-גדילתי ו- RNA עם גדיל כפול קיימים בנגיפים. אפילו חומצות גרעין עם שלושה וארבעה גדילים נמצאו!