L’acido desossiribonucleico, o DNA, è ciò di cui sono fatti i geni. All’interno di una molecola di DNA, si verificano quattro diversi blocchi di nucleotidi. Ciascuno contiene uno zucchero a cinque atomi di carbonio e un gruppo fosfato, ma differisce a seconda di quale base organica è attaccata. Le quattro basi che si trovano in una molecola di DNA sono adenina, timina, citosina e guanina.
Una molecola di DNA è costituita da due filamenti di nucleotidi che si avvolgono a spirale l’uno attorno all’altro per formare una doppia elica. La spina dorsale del nucleotide è creata dallo zucchero di un nucleotide che si lega al gruppo fosfato del successivo. I due filamenti sono tenuti insieme da legami idrogeno tra le basi dei nucleotidi opposti. Questo legame idrogeno è molto specifico e si verifica solo tra coppie di basi complementari.
La struttura di ogni base determina la base esatta con cui si accoppierà. Tutte e quattro le basi hanno una struttura ad anello che contiene atomi di carbonio e di azoto, quindi vengono spesso chiamate basi azotate. Sebbene ciascuno abbia una struttura chimica diversa, sono raggruppati in due categorie in base al numero di anelli che contengono. Adenina e guanina sono basi puriniche e hanno una struttura a doppio anello. Citosina e timina hanno una struttura ad anello singolo e sono basi pirimidiniche.
Due importanti vincoli sono posti su come possono essere formati i pioli trasversali tra i filamenti di DNA affinché si formino i legami idrogeno e si verifichi l’avvolgimento regolare della doppia elica. Primo, le basi puriniche si legano solo alle basi pirimidiniche. Avendo solo basi puriniche legate con basi pirimidiniche, la lunghezza del piolo incrociato tra i filamenti di DNA rimarrà costante. Se le basi puriniche potessero legarsi con basi puriniche o basi pirimidiniche con basi pirimidiniche, la lunghezza del piolo trasversale cambierebbe causando l’incurvamento della molecola di DNA.
In secondo luogo, e più specificamente, l’adenina si lega solo alla timina e la citosina si lega solo alla guanina. Quando l’adenina si lega alla timina, si formano due legami idrogeno. Si formano tre legami idrogeno tra citosina e guanina. Solo queste due coppie sono in grado di formare i legami idrogeno necessari per mantenere la stabilità della molecola di DNA.
Ciò che non è importante nella molecola del DNA è l’ordine in cui appaiono le basi. Ciò significa che possono esserci quattro diversi gradini incrociati: adenina con timina, timina con adenina, citosina con guanina e guanina con citosina. Questo è biologicamente significativo in quanto significa che la sequenza di basi di un filamento di una molecola di DNA specifica la sequenza di basi dell’altro filamento. In altre parole, i due filamenti possono essere separati e copie esatte possono essere fatte ogni volta che una cellula si divide.
La timina è unica tra le quattro basi poiché si trova solo nelle molecole di DNA. Adenina, citosina e guanina si trovano anche nei nucleotidi che compongono l’acido ribonucleico o RNA. All’interno di una molecola di RNA, la timina viene sostituita dall’uracile.