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。細胞，并通過指導蛋白質合成過程，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是生命的主要藍圖，并構成所有自由生物和大多數(shù)病毒的遺傳物質。RNA是某些病毒的遺傳物質，但也存在于所有活細胞中，RNA在某些過程中（例如蛋白質的制備）起著重要作用。

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

DNA復制是半保守過程，其中兩條鏈被分開，新的互補鏈被獨立產(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，沿鏈的兩個方向進行，并終止于精確點。對于環(huán)形染色體，當兩條延伸鏈相遇時會自動到達末端，此時特定的蛋白質會加入鏈中。DNA聚合酶不能在DNA鏈末端啟動復制；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制。通過向鏈的3'末端添加單個核苷酸，連續(xù)復制前導鏈。通過鋪設短的RNA引物，然后通過DNA聚合酶填補缺口，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。當不再需要時，在落后鏈的復制過程中產(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，復制可以在兩個方向上進行，其中兩個前導鏈和兩個滯后鏈從原點向外延伸。