Nukleotider är komplexa molekyler som är byggstenarna för deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). Varje nukleotid har tre delar – ett socker med fem kolatomer, en fosfatgrupp och en organisk bas. Det finns två varianter av sockret, beroende på om nukleotiden finns i en DNA- eller RNA-molekyl. Dessutom kan en av fem olika organiska baser fästas till varje nukleotid – adenin, cytosin, guanin, tymin eller uracil. Cytosin, guanin och adenin finns i både RNA och DNA-molekyler, medan tymin endast finns i DNA och uracil endast finns i RNA.
Alla fem baserna har en komplex ringstruktur som består av kol- och kväveatomer. På grund av de kväveatomer som finns i ringen kallas baserna även för kvävehaltiga baser. Var och en av baserna har en kemisk struktur som skiljer sig från de andra fyra, vilket möjliggör specifik basparning mellan var och en av baserna.
De fem baserna kan delas upp i två grupper baserat på antalet ringar som finns i deras kemiska struktur. Purinbaser består av två ringar av atomer och pyrimidinbaser har bara en ring av atomer. Purinbaserna inkluderar adenin och guanin, medan pyrimidinbaserna är cytosin, tymin och uracil. När baserna parar sig och binder samman binder purinbaserna endast med pyrimidinbaser. Mer specifikt binder endast adenin med tymin eller uracil och endast cytosin binder till guanin.
Denna specifika basparning är mycket viktig för stabiliteten hos en DNA-molekyl, som är uppbyggd av två strängar av nukleotider som spiralformar ihop för att bilda en dubbelhelix. De två strängarna hålls samman av vätebindningar mellan komplementära baser på varje sträng. Adenin och tymin är bundna med två vätebindningar, medan guanin och cytosin är bundna av tre vätebindningar. Endast dessa par är kapabla att bilda de nödvändiga vätebindningarna för att göra DNA-molekylen stabil.
Genom att bindning endast sker mellan purinbaser och pyrimidinbaser förblir avståndet mellan de två strängarna enhetligt, vilket ger ytterligare stabilitet till DNA-molekylen. När en purinbas binder till en pyrimidinbas binder en dubbelringmolekyl till en enkelringmolekyl. Om en purinbas skulle binda till en purinbas, skulle två dubbelringmolekyler fästas, eller om en pyrimidinbas bunden till en pyrimidinbas, då skulle två enkelringmolekyler fästas. Om alla dessa bindningsscenarier inträffade skulle DNA-molekylen böjas in och ut och inte vara enhetlig, vilket skulle påverka dess övergripande struktur och stabilitet. Att ha en stabil DNA-molekyl är absolut nödvändig för framgång, eftersom den bär den genetiska informationen för varje organism.