以核苷酸为基本结构单位的生物大分子。核酸存在于所有的活细胞中。核酸在生物遗传中具有重大作用。核酸按所含的戊糖分为两类，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA是生物遗传信息的主要贮存库，它通过半保留复制将全部信息传给子细胞。又可以通过转录和翻译将一部分遗传信息经信使核糖核酸（mRNA）传递给蛋白质，从而呈现多种多样的生物学性状。转移核糖核酸（tRNA）和核糖体核糖核酸（rRNA）亦在蛋白质的生物合成中起着重要作用。

核苷酸为核酸的基本单位。核苷酸均由一分子芳香碱基、一分子戊糖及1～3分子磷酸基团构成。RNA中核苷酸的戊糖为核糖，其碱基通常为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）或尿嘧啶（U）。DNA中核苷酸的戊糖为脱氧核糖，其碱基通常为A、G、C或胸腺嘧啶（T）。核糖与碱基以糖苷键连接，核糖与磷酸以酯键相连，未进行磷酸化的核糖-碱基称为核苷，糖分子的2′，3′或5′羟基均可与磷酸分子相连接生成2′，3′或5′核苷酸。

DNA和RNA中的单核苷酸以3′-5′磷酸二酯键相连接。多核苷酸有极性，链的一端戊糖分子有5′-羟基或磷酸基，称5′端，为“首”，因在DNA或RNA中位于大分子的首部；另一端戊糖分子有3′-羟基或磷酸基，称3′端，为“尾”，因位于DNA或RNA的尾部。习惯上，多核苷酸的5′端写在左边，低聚核酸可简写如下：

核酸

进一步可简写为P^AP^GP^CP^UP^C或AGCUC。核糖有2′-羟基，而脱氧核糖则无，因此DNA中磷酸二酯键对碱稳定，而RNA中该键能被碱迅速水解，形成2′和3′单核苷酸混合物。

1953年沃森和克里克（J.Watson and F.Crick）根据DNA的X射线衍射图及化学分析的结果，提出DNA双螺旋结构模型，后经实验证明该模型基本正确。按此模型，DNA分子由双链相互旋转成右手螺旋。两条链上的碱基形成氢键，位于分子中心轴上，由磷酸脱氧核糖形成的骨架则在外侧。双螺旋结构只有两种碱基对，即A-T和G-C，因此双螺旋一条链的碱基顺序可决定另一条链的碱基顺序。DNA分子中两条链是互补的。A-T碱基对有2个H键，G-C有3个H键，G-C含量高的DNA分子更为稳定。一个碱基对的平均分子量约为650。组成双链DNA分子的两条单链，极性相反，碱基平面和中轴垂直，脱氧核糖平面则与碱基平面近于垂直。双螺旋直径约2nm，螺旋一周约10个碱基对，相邻碱基对在中心轴上的距离约0.34nm。同一条链上的两个碱基之间旋转的角度为36°。DNA双螺旋结构十分稳定，所维持的化学力主要有互补碱基对之间的氢键、由芳香族碱基π电子之间相互作用而引起的碱基堆集力以及磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键。DNA分子除上述的B型构象外，在相对湿度降低时可转变为A型和C型，螺旋仍为右手螺旋，但螺旋和每匝螺旋的碱基数目等参数均发生相应变化。1979年，里奇（A.Rich）发现某些人工合成的DNA低聚片段呈左手螺旋，即Z-DNA，后来又发现Z-DNA存在于一些病毒和真核细胞中。在双螺旋结构基础上，DNA还可以形成双链环型DNA的超螺旋型和开环型等三级结构（见图）。

DNA双螺旋结构

RNA基本上以单链状态存在，链上有些区段由于碱基互补形成链内氢键而呈局部双链结构，另一些区段不形成碱基对而呈环状。动物、植物和微生物细胞内都含有3种主要的RNA，即mRNA、rRNA和tRNA。mRNA分子是指令蛋白质合成的DNA碱基顺序（结构基因）的拷贝，其长度由数百核苷酸至数千核苷酸。以RNA作为遗传物质的病毒，其mRNA既可作遗传物质复制的模板，也可作蛋白质合成的模板。rRNA分子为核糖体的构成部分。按沉淀系数分，原核细胞中有5s、16s和23s，真核细胞中有5s、5.8s、18s和28s。5s、16s和23s，其长度分别相当于120、1700和4000个核苷酸。tRNA分子为蛋白质合成中活化氨基酸单体的载体，tRNA分子中含70～93个核苷酸。70多种tRNA分子的顺序测定已完成。第一个被测定碱基顺序的tRNA分子为酵母丙氨酰tRNA，由霍利（R.Hol-ley）工作7年后于1965年完成。该分子为76个核苷酸构成的单链。所有的tRNA分子都含有很多稀有碱基（7～15个/分子），稀有碱基通常由A、U、C和G经甲基化或二甲基化酶促修饰而成，其作用可能是阻止某些具有其他功能的碱基间形成氢键。另外，甲基化可使tRNA分子的某些区域疏水化，以便使之易与合成酶和核糖体蛋白质相互反应。tRNA的5′端是被磷酸化的，5′端残基通常是PG。tRNA3′端的碱基顺序为CCA。活化的氨基酸结合于末端腺苷的3′-羟基。tRNA中半数核苷酸可进行碱基配对形成双螺旋。分子中5个区域的碱基不能配对，即3′CCA末端区、TΨC环（含核糖胸腺嘧啶—拟尿嘧啶—胞嘧啶）、额外环（残基数目可变化）、DHU环（含n个二氢尿嘧啶残基）和反密码子环。mRNA的二级结构更复杂，有些呈花环状。近年对酵母的苯丙氨酰tRNA进行X—射线结晶学研究，发现其三级结构呈倒L形。1982年初，中国学者人工合成了具有高度生物活性的酵母丙氨酰转移核糖核酸。