Els àcids nucleics són unes substàncies de diversos tipus encarregades d’emmagatzemar la informació genètica, i de desxifrar-la, segons correspongui a cada cas, per tal de dirigir el funcionament cel·lular i el de l’organisme en conjunt. Aquestes substàncies, la composició química de les quals correspon als àcids, es qualifiquen d’àcids nucleics perquè és al nucli de la cèl·lula on se centra l’activitat que desenvolupen: hi ha un tipus d’àcid nucleic que emmagatzema la informació genètica al nucli cel·lular, i d’altres que s’encarreguen de recollir aquesta informació al mateix nucli, passen després al citoplasma i ordenen el funcionament dels orgànuls citoplasmàtics. Així, doncs, malgrat el nom genèric, una part dels àcids nucleics es troben al nucli cel·lular, i la resta al citoplasma.
Tots els àcids nucleics tenen una estructura molecular afí, ja que són constituïts per elements molt similars, i fins i tot les partícules constituents es disposen en un ordre equiparable; així, els àcids nucleics diversos poden interactuar formant en conjunt una unitat funcional. Tanmateix, també presenten certes diferències, ja que cadascun té una activitat particular. En termes generals, els àcids nucleics es componen de tres elements primordials: molècules d’un glúcid o sucre del tipus de la pentosa —és a dir, amb cinc àtoms de carboni—, bases nitrogenades i fosfats. Aquestes molècules, amb diferències segons el tipus d’àcid nucleic, es van enllaçant en una seqüència ben definida, formant llargues cadenes macromoleculars.
Hom diferencia dos tipus d’àcids nucleics. L’un és l’àcid desoxiribonucleic o ADN (denominació deguda al fet que el glúcid que el compon és la desoxiribosa); que es troba pràcticament en la totalitat a l’interior del nucli cel·lular. L’altre tipus és l’àcid ribonucleic o ARN, anomenat així perquè el glúcid que el compon és la ribosa. Hi ha menes diferents de ARN que es troben tant al nucli cel·lular com al citoplasma.
Les bases nitrogenades constituents dels àcids nucleics són de dos tipus: les purines o bases puríniques i les pirimidines o bases pirimidíniques. El ADN té dos tipus de bases puríniques: l’adenina (A) i la guanina (G); i dos tipus de bases pirimidíniques: la timina (T) i la citosina (C). El ARN té les mateixes bases nitrogenades, llevat de la timina, que és reemplaçada per la base pirimidínica uracil (U); alguns tipus de ARN tenen també d’altres bases nitrogenades modificades.
El ADN és la substància fonamental per a la vida, ja que és l’element primordial dels cromosomes, les estructures que contenen tota la informació genètica. De fet, el ADN, a l’interior del nucli cel·lular, es troba associat a una sèrie de proteïnes que en conjunt formen una estructura anomenada cromatina; es creu que les proteïnes constituents de la cromatina —anomenades histones i no histones—, de les quals hi ha molts tipus, tenen alguna funció reguladora de l’activitat del ADN, però aquest punt encara no s’ha aclarit totalment. La cromatina, quan no hi ha cap activitat destinada a la multiplicació cel·lular, tenyida amb colorants apropiats, pot ésser observada al microscopi en forma de múltiples i diminuts grànuls que confereixen al nucli un aspecte homogeni; només en les cèl·lules pertanyents a l’organisme de la dona s’observa una massa de cromatina condensada anomenada corpuscle de Barr, que correspon a un sector de ADN inhibit de la seva funció. En canvi, quan es produeix la divisió cel·lular, amb una tinció apropiada es pot advertir que la cromatina es condensa i forma les estructures anomenades cromosomes, que detallarem més endavant.
El ADN, en si, és una llarguíssima macromolècula que es troba enrotllada sobre si mateixa, al voltant de les proteïnes constituents de la cromatina. Hom calcula que si es desenrotllés i es posés en línia recta tot el ADN existent dins un nucli cel·lular, la longitud seria d’uns 22 cm, mentre que el diàmetre de la cromatina que conté el ADN és d’uns 200 Å.
El ADN es compon de dues cadenes macromoleculars en què s’alineen seqüencialment i en una disposició especial les molècules de desoxiribosa, bases nitrogenades i fosfats. Les dues cadenes del ADN es troben enrotllades l’una amb l’altra en una estructura de forma helicoïdal. Simplificadament, el ADN es compon d’una doble cadena helicoïdal que es podria comparar a una escala de cargol; seguint aquesta comparació, les baranes de l’escala serien les molècules de desoxiribosa i fosfats, mentre que els graons serien les bases nitrogenades, que enllacen ambdues cadenes.
De fet, la seqüència i la combinació en la disposició de les diferents bases puríniques i pirimidíniques és fonamental en la constitució del ADN, ja que, com veurem més endavant, això és el que en determina la funcionalitat. D’altra banda, les molècules de desoxiribosa i fosfat, fonamentalment, constitueixen el suport del conjunt. La unitat formada per la unió d’una molècula de desoxiribosa amb una base nitrogenada s’anomena nucleòsid. Al seu torn, la unió d’aquest nucleòsid amb una molècula de fosfat adossada a la molècula de desoxiribosa s’anomena nucleòtid. Així, doncs, tots els nucleòtids, que formen les unitats bàsiques de les cadenes de ADN, es componen de molècules idèntiques de desoxiribosa i de fosfat, mentre que poden disposar d’una de les quatre diferents possibilitats de bases nitrogenades A, T, C, i G. Els nucleòtids es troben units entre ells per mitjà d’enllaços entre la molècula de fosfat de l’un amb la molècula de desoxiribosa del següent; així, doncs, es pot considerar que cada cadena de ADN correspon a un polinucleòtid. Ambdues cadenes, que romanen molt properes l’una de l’altra, s’uneixen mitjançant ponts d’hidrogen que enllacen les bases nitrogenades de l’una i de l’altra; aquestes dèbils unions permeten que ambdues cadenes se separin quan llur activitat ho requereix, i que després es puguin tornar a ajuntar si convé. En cada una de les dues cadenes que formen el ADN s’alineen de manera molt variable les diverses bases nitrogenades; tanmateix, la composició d’una cadena determina estrictament la de l’altra, ja que, continuant amb la comparació de l’escala de cargol, cada graó té dues meitats ben definides, l’una adossada a l’un costat i l’altra unida a l’altre costat. Així, doncs, la interrelació entre les dues cadenes correspon a la unió de dues bases nitrogenades a través de les diverses molècules de bases nitrogenades per mitjà dels enllaços d’hidrogen. Tanmateix, per la disposició espacial de les diverses molècules de bases nitrogenades, només poden aparellar-se separadament en les dues cadenes nucleòtids que disposin d’una base de tipus purina i d’una de tipus pirimidina respectivament. En aquest sentit, cal tenir en compte que en l’estructura de les dues cadenes del ADN la correspondència entre les diverses bases és molt estricta: cada molècula d’adenina d’una de les cadenes es correspon sempre amb una de timina de l’altra, mentre que cada molècula de guanina es correspon amb una de citosina. Així, per exemple, si un sector d’una de les dues cadenes de ADN té la seqüència de bases TCAGGT, l’altra cadena ha de tenir necessàriament la seqüència AGTCCA. Per aquesta raó es diu que les dues cadenes de ADN són complementàries. Aquesta estructura del ADN, molt peculiar, és fonamental perquè pugui realitzar les dues missions bàsiques, que s’expliquen més endavant: replicar-se o reproduir-se a si mateix per possibilitar que totes les cèl·lules de l’organisme disposin de la mateixa dotació genètica, i transcriure el seu missatge al ARN, per tal que aquest passi al citoplasma i dirigeixi el funcionament cel·lular.
El ARN és l’encarregat de desxifrar la informació existent dins el ADN i de transmetre-la a la resta de la cèl·lula; específicament, té la missió de fer que s’elaborin els polipèptids constituents de les proteïnes, substàncies que tenen nombroses funcions, ja que formen la part essencial de l’estructura orgànica i participen en totes les reaccions metabòliques.
El ARN també és una estructura macromolecular, però consta d’una sola cadena. Hi ha diversos subtipus de ARN, però tots tenen una cadena semblant, equiparable a la que forma una sola de les cadenes del ADN. La diferència fonamental respecte al ADN, com ja hem dit, és que el glúcid pertany al tipus ribosa, i que la base nitrogenada pirimidínica timina és reemplaçada per uracil.
Hom diferencia diversos tipus de ARN, amb funcions diferents, algunes de les quals són mal conegudes. El ARN missatger o ARNm es forma a partir de les directrius del ADN al nucli cel·lular, i es trasllada fins al citoplasma per dirigir l’elaboració de proteïnes als ribosomes, els orgànuls encarregats d’aquesta funció. El ARN de transferència o ARNt té la funció de dur aminoàcids fins als ribosomes, és a dir, les unitats que amb enllaços peptídics constituiran els polipèptids. El ARN ribosòmic o ARNr forma part dels ribosomes i segons les directrius del ARNm enllaça convenientment els aminoàcids aportats pel ARNt, constituint les proteïnes.