Los nucleótidos son moléculas complejas que son los componentes básicos del ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Cada nucleótido tiene tres partes: un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base orgánica. Hay dos variaciones del azúcar, dependiendo de si el nucleótido está en una molécula de ADN o ARN. Además, se puede unir una de las cinco bases orgánicas diferentes a cada nucleótido: adenina, citosina, guanina, timina o uracilo. La citosina, la guanina y la adenina se encuentran tanto en las moléculas de ARN como en las de ADN, mientras que la timina solo se encuentra en el ADN y el uracilo solo en el ARN.
Las cinco bases tienen una estructura de anillo compleja formada por átomos de carbono y nitrógeno. Debido a los átomos de nitrógeno que se encuentran en el anillo, las bases también se denominan bases nitrogenadas. Cada una de las bases tiene una estructura química diferente a las otras cuatro, lo que permite un emparejamiento específico de bases entre cada una de las bases.
Las cinco bases se pueden dividir en dos grupos según la cantidad de anillos que se encuentran en su estructura química. Las bases de purina están formadas por dos anillos de átomos y las bases de pirimidina tienen solo un anillo de átomos. Las bases de purina incluyen adenina y guanina, mientras que las bases de pirimidina son citosina, timina y uracilo. Cuando las bases se aparean y se unen, las bases de purina solo se unen con bases de pirimidina. Más específicamente, la adenina solo se une con timina o uracilo y la citosina solo se une con guanina.
Este emparejamiento de bases específico es muy importante para la estabilidad de una molécula de ADN, que está formada por dos hebras de nucleótidos que se juntan en espiral para formar una doble hélice. Las dos hebras se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno entre bases complementarias en cada hebra. La adenina y la timina están unidas por dos enlaces de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina están unidas por tres enlaces de hidrógeno. Solo estos pares son capaces de formar los enlaces de hidrógeno necesarios para que la molécula de ADN sea estable.
Mediante la unión que se produce solo entre las bases de purina y las bases de pirimidina, la distancia entre las dos cadenas permanece uniforme, lo que agrega mayor estabilidad a la molécula de ADN. Cuando una base de purina se une a una base de pirimidina, una molécula de doble anillo se une a una molécula de un solo anillo. Si una base de purina se uniera con una base de purina, entonces se unirían dos moléculas de doble anillo, o si una base de pirimidina se uniera a una base de pirimidina, entonces se unirían dos moléculas de un solo anillo. Si ocurrieran todos estos escenarios de unión, la molécula de ADN se inclinaría hacia adentro y hacia afuera y no sería uniforme, lo que afectaría su estructura y estabilidad generales. Tener una molécula de ADN estable es imprescindible para el éxito, ya que lleva la información genética de cada organismo.