По први пут у нуклеусу су пронађене нуклеинске киселине, па су тако и ћелије назване по овом органоиду (од латинског. "Нуклеус" - нуклеус). Постоје два типа нуклеина - дезоксирибонуклеинска киселина и рибонуклеинска киселина. Биолошки значај ових макромолекула је велики. Својим учешћем је синтеза протеина, они чувају и преносе наследне информације из једне генерације у другу.
Физичко-хемијске структуре и процеси на којима се заснива трансмисија генетских особина увелико су успостављени 1953. године. Откриће нуклеинских киселина се десило 85 година раније - 1868. године, када је Ф. Мишер, који је издвојио нуклеинске материје, објавио постојање нуклеарне супстанце. До времена овај догађај се поклопио са објављивањем радова Г. Мендела о биљним хибридима, који су говорили о наследним факторима.
Године 1927. руски природословац Колцов је у свом чланку „Наслеђе и молекули“ навео да су велики молекули полимера пронађени у хромозомима ћелија. Уз њих се налазе области које контролишу пренос знакова од родитеља према дјеци. Али Колтсов је погрешно сматрао протеинске молекуле као носиоце наследних информација. У истим годинама, Левин у САД даје доказе за постојање РНК и ДНК.
Објављивање књиге Сцхродингера, оснивача квантне механике о погледима физике на процесе у живом организму, имала је велики утицај на рад Ф. Црицка и Ј. Ватсона на проучавању састава ДНК молекула. Структура деоксирибонуклеинске киселине се дуго није могла дешифровати.
Ватсон и Црицк 1953. године открили су структуру деоксирибонуклеинских киселина, предложили су модел ДНК - двоструку спиралу. Тако се појавио нови правац у науци - молекуларна генетика. За транскрипте генетски код Информатион Цреек и Ватсон су добили Нобелову награду 1962. године.
Молекул је формиран од два полинуклеотидна ланца, додатно савијена у двоструку спиралу. Уникуе ДНА струцтуре састоји се у извесној алтернацији нуклеотида специфичној за сваки сегмент макромолекула. Ланац деоксирибонуклеинске киселине је полимер, број мономера-нуклеотида је неколико десетина хиљада. У секвенци мономера кодирана је генетичка информација о знацима организма. Према томе, деоксирибонуклеинска киселина има следеће карактеристике:
Због огромног броја фосфатних остатака, деоксирибонуклеинска киселина има својства јаке полибазичне киселине (њене соли су присутне у ткивима). Да бисмо испунили задатак описивања структуре ДНК, морамо се присјетити садржаја двије теме у органској кемији: "Угљикохидрати" и "Органске супстанце које садрже душик". На пример, предлаже се следећа вежба: карактерише мономере деоксирибонуклеинске киселине. У одговору треба напоменути да фосфорна киселина и угљени хидрати имају исту структуру у свим нуклеотидима. Душичне базе по својој хемијској природи су деривати пурина и пиримидина. Укупно постоје 4 врсте таквих структура: аденин, гванин (пурин); цитозин и тимин (пиримидин). Мономери чине ДНК ланац на следећи начин:
(Нитроген база + угљикохидрат деоксирибоза = нуклеозид) + остатак фосфорне киселине = нуклеотид.
Имена потоњих потичу од имена азотних база. Мономери су међусобно повезани. ковалентна веза стварањем секвенце нуклеотида (ово је деоксирибонуклеинска киселина).
Формула за ДНК мономере је следећа:
Одвојени окрети ланца ДНК држе заједно водоничне везе, хидрофобне интеракције играју одређену улогу. Температуре изнад 50 ° Ц смањују силу привлачења између база. Након даљњег загревања, полинуклеотидни ланци су раздвојени, ДНК је растопљена. Денатурација се дешава када се загреје на 80 ° Ц.
Један ланац ДНК садржи азотне базе, које су распоређене у специфичном поретку у односу на структуре друге полинуклеотидне "траке". Створена су два комплементарна пара: аденин (А), повезан са тимином (Т); гванин (Д), комплементаран цитозину (Ц). Сваки од делова једног пара допуњује други, као половице сломљене шоље. Реч "комплемент" је грчког порекла. Преведено значи "додатак".
Када је позната секвенца нуклеотида у једном ланцу ДНК, састав другог се успоставља према принципу комплементарности. Комбинација нуклеотида настаје услед интеракције атома водоника и кисеоника. Између аденилних и тимидил нуклеотида, настају 2 водоничне везе, гуанил и цитозил повезују 3 слична "моста".
Способност молекула ДНК да удвостручи је његова јединствена особина, која осигурава пријенос наслијеђених особина из једне генерације живих организама у другу (накнадно). Редупликација деоксирибонуклеинске киселине је њено удвостручавање. Настају следећи процеси и појаве:
Деоксирибонуклеинска киселина је прво синтетисана ван тела од стране сјеверноамеричког истраживача А. Корнберга (1967). Његов сународник и колега Кс. Коран је вештачки примио полидеоксирибонуклеотид у једној години, који је у својој структури одговарао гену или делу спиралног молекула носиоца наследне информације. Стручњаци на Медицинском факултету Харварда 1969. године су били у стању да одреде границе једног гена и да га поделе са остатком ланца.
Проучавајући структуру и функције нуклеинских киселина, научници су објаснили суштину преноса насљедних информација потребних за биосинтеза протеина у кавезу. Откриће структуре ДНК је имало велику улогу у дијагностици и лијечењу насљедних болести, селекцији. Промена у наследној природи организама назива се "генетски инжењеринг". Сада је могуће створити генетски модификоване објекте (ГМО) са унапред одређеним карактеристикама.
Позитивну оцјену бројних открића у овој области треба допунити коментарима о могућим негативним ефектима конзумирања хране са ГМО. На државном нивоу, усвојени су закони како би се осигурала биолошка сигурност становништва. Основане су организације које прате поштовање правила за увоз и продају производа који садрже ГМО. Они морају бити одговарајуће означени. У неким земљама се за такве производе издвајају одвојени регали у супермаркетима. Органски производи имају ознаку "Нон-ГМО". Цене за сличне производе могу бити неколико пута веће.