La citosina es una de las cinco bases nitrogenadas que se unen a un azúcar de cinco carbonos, una pentosa y un grupo fosfato para producir nucleótidos. Los nucleótidos son las unidades que se unen para formar moléculas de ADN y ARN. Las otras bases, además de la citosina, que componen una molécula de ADN son la adenina, la guanina y la timina. En una molécula de ARN, el uracilo reemplaza a la timina.
Las bases se dividen en dos grupos diferentes. La adenina y la guanina son bases de purina y la citosina, timina y uracilo son bases de pirimidina. Los dos grupos difieren en su estructura básica. Las bases de purina están formadas por dos anillos de átomos, mientras que las bases de pirimidina están formadas por un solo anillo. Las bases se denominan bases nitrogenadas ya que los anillos contienen átomos de nitrógeno y carbono.
Las bases siempre solo se emparejan con otra base. Las bases de purina se unen solo con bases de pirimidina. Las bases de purina nunca se unen con otras bases de purina y las bases de pirimidina nunca se unen con otras bases de pirimidina. Específicamente, la citosina siempre se empareja con guanina y la adenina se empareja con timina o uracilo, dependiendo de si se encuentra en una molécula de ADN o ARN. Este emparejamiento se conoce como emparejamiento de base específico.
El emparejamiento de bases específicas mantiene la molécula mucho más uniforme y estable. Al tener bases de purina que solo se unen con bases de pirimidina, la distancia entre las dos cadenas de una molécula de ADN será uniforme, un anillo doble y un anillo simple. Si una base de purina se uniera con otra base de purina, habría un anillo doble unido a un anillo doble. Si una base de pirimidina se uniera con otra base de pirimidina, un solo anillo se uniría a un solo anillo. Si este fuera el caso, la estructura de la molécula de ADN no sería uniforme, se inclinaría hacia adentro y hacia afuera dependiendo de qué bases estuvieran emparejadas.
Finalmente, el emparejamiento específico está determinado por la estructura de cada base. La estructura afecta qué tan bien se unen las bases y la cantidad de enlaces de hidrógeno que se forman. Cuando la citosina se une con la guanina, se forman tres enlaces de hidrógeno entre las dos bases. Cuando la adenina se une con timina o uracilo, solo se forman dos enlaces de hidrógeno. Solo estos pares de bases son capaces de formar los enlaces de hidrógeno requeridos en una molécula de ADN.
La secuencia de bases a lo largo de una molécula de ADN forma el código para instruir a una célula a producir proteínas o genes particulares. Los tripletes de las bases codifican aminoácidos específicos, los componentes básicos de las proteínas. La secuencia determina qué aminoácidos se unirán y en qué orden. Las proteínas en una célula determinan la estructura y función de una célula, por lo que las bases nitrogenadas llevan el código genético de una célula.