核酸，一種天然存在的化合物，能夠分解產(chǎn)生磷酸，糖和有機(jī)堿（嘌呤和嘧啶）的混合物。核酸是人類主要的信息攜帶分子。細(xì)胞，并通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過程，決定了每一種生物的遺傳特征。核酸的兩大類是脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA是生命的主要藍(lán)圖，并構(gòu)成所有自由生物和大多數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)。RNA是某些病毒的遺傳物質(zhì)，但也存在于所有活細(xì)胞中，RNA在某些過程中（例如蛋白質(zhì)的制備）起著重要作用。

復(fù)制，修復(fù)和重組是DNA代謝的三個主要過程，是由細(xì)胞內(nèi)的專門機(jī)構(gòu)完成的。DNA必須準(zhǔn)確，以便確保該被復(fù)制的完整性的的遺傳密碼。復(fù)制期間或復(fù)制后損壞引起的錯誤必須修復(fù)。最后，基因組之間的重組是一種重要的機(jī)制，可提供物種內(nèi)的變異并協(xié)助修復(fù)受損的DNA。每個過程的細(xì)節(jié)都在原核生物中得到了解決，在原核生物中，機(jī)器更加簡化，更簡單并且更易于研究。真核生物似乎有許多基本原理。

DNA復(fù)制是半保守過程，其中兩條鏈被分開，新的互補(bǔ)鏈被獨立產(chǎn)生，從而產(chǎn)生原始DNA 分子的兩個精確拷貝。因此，每個拷貝包含一個來自親本的鏈和一個新合成的鏈。復(fù)制開始于稱為起源的染色體上的特定點，沿鏈的兩個方向進(jìn)行，并終止于精確點。對于環(huán)形染色體，當(dāng)兩條延伸鏈相遇時會自動到達(dá)末端，此時特定的蛋白質(zhì)會加入鏈中。DNA聚合酶不能在DNA鏈末端啟動復(fù)制；它們只能延伸稱為引物的已有寡核苷酸片段。因此，在線性染色體中，特殊的機(jī)制啟動和終止DNA合成以避免信息丟失。通常在合成短RNA之前開始DNA合成引物由稱為引物酶的特殊RNA聚合酶引出。DNA復(fù)制后，起始引物RNA降解。

兩條DNA鏈以磷酸二酯鍵的方向不同的方式復(fù)制。通過向鏈的3'末端添加單個核苷酸，連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈。通過鋪設(shè)短的RNA引物，然后通過DNA聚合酶填補(bǔ)缺口，以不連續(xù)的方式合成了落后的鏈，使得堿基總是沿5'至3'方向添加。當(dāng)不再需要時，在落后鏈的復(fù)制過程中產(chǎn)生的短RNA片段會降解。兩個新合成的DNA片段通過連接酶稱為DNA連接酶。這樣，復(fù)制可以在兩個方向上進(jìn)行，其中兩個前導(dǎo)鏈和兩個滯后鏈從原點向外延伸。