Материальным носителем наследственности является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Молекула ДНК состоит из двух нитей, закрученных друг относительно друга. Каждая из цепочек образована отдельными блоками - нуклеотидами, в последовательности которых закодирована генетическая информация. Информация считывается лишь с одной нити, вторая способствует более компактной упаковке огромной молекулы в клетке. Клетка обладает способностью на основе ДНК строить молекулы белков. Генетический код универсален - у всех организмов, от простейших до самых высоко организованных определенная последовательность нуклеотидов "воплощается" в идентичную структуру белка. Функции белков в организме необыкновенно разнообразны, их специфика прямо или опосредованно влияет на любое свойство индивидуума. Концепция «один ген - один полипептид». Долгое время ген рассматривали как часть наследственного материала (единицу), обеспечивающую развитие определенного признака организма. Но каким образом функционирует ген, оставалось неясным. В 1945 г. Дж. Бидлом и Э. Татумом была сформулирована гипотеза, которую можно выразить формулой "Один ген - один фермент". Позднее было показано, что многие белки-ферменты имеют четвертичную структуру (состоящую из нескольких простых белков (полипептидных цепей, полипептидов)), кодируемую разными генами. Поэтому формула, отражающая связь между геном и признаком, была несколько преобразована: "Один ген - один полипептид". Фермент, как и любой другой белок, может состоять из нескольких субъединиц, объединённых в одно целое. Такие субъединицы, представляющие собой индивидуальные полипептидные цепи (полипептиды), могут объединяться за счёт т. н., не ковалентных белок-белковых взаимодействий, или за счёт ковалентных связей. Например, за счёт –S–S– связей между цистеинами, (аминокислотами, содержащими –SH группу), расположенными в разных полипептидах. В 1953 г американский генетик Сеймур Бензер, установил, что ген — это линейная структура, кодирующая синтез одного полипептида, а функциональный белок может состоять из нескольких полипептидов., при этом полипептиды в индивидуальном виде свою функцию, например, ферментативную, выполнять не могут за исключением случаев, когда функциональный белок (фермент, например) состоит из одной полипептидной цепи. После обнаружения, что наследственные признаки определяются именно ДНК, и что ДНК — это линейная двунитевая молекула, стало ясным, что ген — это участок ДНК, в котором последовательность нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи.