I nucleotidi sono molecole complesse che costituiscono gli elementi costitutivi dell’acido desossiribonucleico (DNA) e dell’acido ribonucleico (RNA). Ogni nucleotide ha tre parti: uno zucchero a cinque atomi di carbonio, un gruppo fosfato e una base organica. Esistono due varianti dello zucchero, a seconda che il nucleotide si trovi in una molecola di DNA o RNA. Inoltre, a ciascun nucleotide può essere attaccata una delle cinque diverse basi organiche: adenina, citosina, guanina, timina o uracile. Citosina, guanina e adenina si trovano sia nelle molecole di RNA che di DNA, mentre la timina è solo nel DNA e l’uracile è solo nell’RNA.
Tutte e cinque le basi hanno una complessa struttura ad anello composta da atomi di carbonio e azoto. A causa degli atomi di azoto presenti nell’anello, le basi vengono anche chiamate basi azotate. Ciascuna delle basi ha una struttura chimica che differisce dalle altre quattro, il che consente un accoppiamento di basi specifico tra ciascuna delle basi.
Le cinque basi possono essere divise in due gruppi in base al numero di anelli presenti nella loro struttura chimica. Le basi puriniche sono costituite da due anelli di atomi e le basi pirimidiniche hanno un solo anello di atomi. Le basi puriniche comprendono adenina e guanina, mentre le basi pirimidiniche sono citosina, timina e uracile. Quando le basi si accoppiano e si legano insieme, le basi puriniche si legano solo alle basi pirimidiniche. Più specificamente, l’adenina si lega solo alla timina o all’uracile e la citosina si lega solo alla guanina.
Questo specifico accoppiamento di basi è molto importante per la stabilità di una molecola di DNA, che è composta da due filamenti di nucleotidi che si uniscono a spirale per formare una doppia elica. I due filamenti sono tenuti insieme da legami idrogeno tra basi complementari su ciascun filamento. L’adenina e la timina sono legate da due legami a idrogeno, mentre la guanina e la citosina sono legate da tre legami a idrogeno. Solo queste coppie sono in grado di formare i legami idrogeno necessari per rendere stabile la molecola del DNA.
Legando solo tra basi puriniche e basi pirimidiniche, la distanza tra i due filamenti rimane uniforme, aggiungendo ulteriore stabilità alla molecola di DNA. Quando una base purinica si lega a una base pirimidinica, una molecola a doppio anello si lega a una molecola ad anello singolo. Se una base purinica dovesse legarsi con una base purinica, allora sarebbero attaccate due molecole a doppio anello, o se una base pirimidinica si legasse a una base pirimidinica, allora sarebbero attaccate due molecole ad anello singolo. Se si verificassero tutti questi scenari di legame, la molecola di DNA si piegherebbe dentro e fuori e non sarebbe uniforme, il che influenzerebbe la sua struttura e stabilità complessive. Avere una molecola di DNA stabile è fondamentale per il successo, poiché trasporta le informazioni genetiche per ciascun organismo.