Nucleotidele sunt molecule complexe care sunt blocurile de construcție pentru acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN). Fiecare nucleotidă are trei părți – un zahăr cu cinci atomi de carbon, o grupă fosfat și o bază organică. Există două variante ale zahărului, în funcție de faptul că nucleotida se află într-o moleculă de ADN sau ARN. De asemenea, una dintre cele cinci baze organice diferite poate fi atașată la fiecare nucleotidă – adenină, citozină, guanină, timină sau uracil. Citozina, guanina și adenina se găsesc atât în moleculele de ARN, cât și de ADN, în timp ce timina este doar în ADN, iar uracilul este doar în ARN.
Toate cele cinci baze au o structură inelară complexă formată din atomi de carbon și azot. Datorită atomilor de azot găsiți în inel, bazele sunt denumite și baze azotate. Fiecare dintre baze are o structură chimică care diferă de celelalte patru, ceea ce permite o pereche specifică de baze între fiecare dintre baze.
Cele cinci baze pot fi împărțite în două grupuri în funcție de numărul de inele găsite în structura lor chimică. Bazele purinice sunt formate din două inele de atomi, iar bazele pirimidinice au un singur inel de atomi. Bazele purinice includ adenina și guanina, în timp ce bazele pirimidinice sunt citozină, timină și uracil. Când bazele se împerechează și se leagă între ele, bazele purinice se leagă numai cu bazele pirimidinice. Mai precis, adenina se leagă numai de timină sau uracil, iar citozina se leagă doar de guanina.
Această pereche specifică de baze este foarte importantă pentru stabilitatea unei molecule de ADN, care este alcătuită din două catene de nucleotide care spiralează împreună pentru a forma o dublă helix. Cele două catene sunt ținute împreună prin legături de hidrogen între baze complementare de pe fiecare catenă. Adenina și timina sunt legate prin două legături de hidrogen, în timp ce guanina și citozina sunt legate prin trei legături de hidrogen. Doar aceste perechi sunt capabile să formeze legăturile de hidrogen necesare pentru a face molecula de ADN stabilă.
Prin legarea care are loc numai între bazele purinice și bazele pirimidinice, distanța dintre cele două catene rămâne uniformă, adăugând o stabilitate suplimentară moleculei de ADN. Când o bază purinică se leagă de o bază pirimidină, o moleculă cu inel dublu se leagă de o moleculă cu un singur ciclu. Dacă o bază purinică s-ar lega de o bază purinică, atunci s-ar atașa două molecule cu inel dublu, sau dacă o bază pirimidină s-ar lega de o bază pirimidină, atunci s-ar atașa două molecule cu inel simplu. Dacă toate aceste scenarii de legare ar avea loc, molecula de ADN s-ar înclina înăuntru și în afară și nu ar fi uniformă, ceea ce i-ar afecta structura și stabilitatea generală. A avea o moleculă stabilă de ADN este esențială pentru succes, deoarece poartă informațiile genetice pentru fiecare organism.