Conservés au fil de l'évolution de tous les organismes vivants, les acides nucléiques stockent et transmettent des informations héréditaires. Ils portent le schéma génétique d'une cellule et contiennent des instructions pour le fonctionnement de la cellule.

Les deux principaux types d'acides nucléiques sont l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN).

Le flux d'informations génétiques est généralement  : ADN ARN protéine. L'ADN dicte la structure de l'ARNm dans un processus connu sous le nom de transcription, puis l'ARN dicte la structure de la protéine dans un processus connu sous le nom de traduction. Ceci s'applique à tous les organismes; cependant, des exceptions à la règle se produisent avec les virus, dont certains, dépourvus d'ADN, ont leur génome porté par leur ARN. 
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ADN et ARN

L'ADN.
L'ADN contient, sous la forme de séquences particulières de nucléotides appelées des gènes, les instructions d'assemblage des séquences d'acides aminés menant à la synthèse des protéines. Il renferme aussi le plan génétique de la cellule qui est transmise du parent à la progéniture via la division cellulaire. 

L'ADN est le matériel génétique présent dans tous les organismes vivants, allant des bactéries unicellulaires aux mammifères multicellulaires. On le trouve dans le noyau des eucaryotes et dans les organites, les chloroplastes et les mitochondries. Chez les procaryotes (archées, bactéries), l'ADN n'est pas enfermé dans une enveloppe membraneuse.

L'ADN a une structure double hélicoïdale avec les deux brins s'étendant dans des directions opposées (antiparallèles), reliés par des liaisons hydrogène et complémentaires l'un de l'autre.

Dans l'ADN, les purines (adénine et guanine) s'associent aux pyrimidines (cytosine et thymine) : les paires d'adénine avec la thymine (A-T) et les paires de cytosine avec la guanine (C-G). 

On donne le nom de génome à l'ensemble du contenu génétique d'une cellule, et l'étude des génomes s'appelle la génomique. Dans les cellules eucaryotes (contrairement à ce que l'on observe chez les procaryotes), l'ADN forme un complexe avec des protéines (les histones), pour former la chromatine, qui est la substance des chromosomes eucaryotes.

Un chromosome peut contenir des dizaines de milliers de gènes. De nombreux gènes contiennent les informations nécessaires à la fabrication de produits protéiques; d'autres gènes codent les produits de l'ARN. L'ADN contrôle toutes les activités cellulaires en activant ou désactivant les gènes. 
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Compactage d'un chromosome eucaryote. - Chaque chromosome
renferme une longue molécule d'ADN, enroulée à des histones. Les
nucléosomes contiennent environ 200 paires de nucléotides.

L'ARN.
Dans l'ARN, l'uracile remplace la thymine pour s'associer à l'adénine (U-A). L'ARN diffère également de l'ADN en ce qu'il est à simple brin et a de nombreuses formes, telles que l'ARN messager (ARNm), l'ARN ribosomal (ARNr) et l'ARN de transfert (ARNt) qui participent tous à la synthèse des protéines. Les microARN (miARN) régulent l'utilisation de l'ARNm. 

Les molécules d'ADN ne quittent jamais le noyau mais utilisent plutôt un intermédiaire pour communiquer avec le reste de la cellule. Cet intermédiaire est l'autre type d'acide nucléique, l'ARN, en l'occurence l'ARN messager (ARNm), qui est principalement impliqué dans la synthèse des protéines. D'autres variétés d'ARN :  l'ARNt et le microARN, similaires à l'ARN, sont impliqués eux aussi dans la synthèse des protéines et la régulation de celles-ci.
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Les nucléotides.
L'ADN et l'ARN sont constitués de monomères appelés nucléotides. Les nucléotides se combinent les uns aux autres pour former un polynucléotide, ADN ou ARN. Chaque nucléotide a trois composantes : une base azotée, un sucre pentose (cinq atomes de carbone) et un groupe phosphate. Chaque base azotée d'un nucléotide est attachée à une molécule de sucre, qui elle-même est attachée à un ou plusieurs groupes phosphate.

Les bases azotées.
Les bases azotées, composants importants des nucléotides, sont des molécules organiques et sont ainsi nommées parce qu'elles contiennent du carbone et de l'azote. Ce sont des bases car elles contiennent un groupe amino qui a le potentiel de se lier à un hydrogène supplémentaire, diminuant ainsi la concentration en ions hydrogène dans son environnement, le rendant plus basique. 
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Chaque nucléotide de l'ADN contient, on l'a dit, l'une des quatre bases azotées possibles : l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).

•  L'adénine et la guanine sont rangées parmi les purines. La structure primaire d'une purine est constituée de deux cycles carbone-azote. 

•  La cytosine, la thymine et l'uracile sont classées parmi les pyrimidines qui ont un seul cycle carbone-azote comme structure principale. 

Les sucres et la liaison phosphodiester.
Le sucre pentose dans l'ADN est le désoxyribose, et dans l'ARN, le sucre est le ribose. La différence entre ces sucres est la présence du groupe hydroxyle sur le deuxième atome de carbone du ribose et de l'atome d'hydrogène sur le deuxième atome de carbone du désoxyribose.

Les atomes de carbone de la molécule de sucre sont numérotés comme 1' (lire "un prime"), 2', 3 ', 4' et 5 '. Le résidu phosphate est attaché au groupe hydroxyle de l'atome de carbone 5' d'un sucre et au groupe hydroxyle de l'atome de carbone 3' du sucre du nucléotide suivant, qui forme une liaison phosphodiester 5'-3 '. 

La liaison phosphodiester n'est pas formée par une simple réaction de déshydratation comme les autres liaisons reliant les monomères dans les macromolécules : sa formation implique l'élimination de deux groupes phosphate. Un polynucléotide peut avoir des milliers de telles liaisons phosphodiester.