Det er to hovedklasser med nitrogenholdige baser: puriner og pyrimidiner. Begge klasser ligner molekylet pyridin og er ikke-polare, plane molekyler. Som pyridin er hver pyrimidin en enkelt heterocyklisk organisk ring. Purinene består av en pyrimidinring smeltet med en imidazolring og danner en dobbel ringstruktur.
Selv om det er mange nitrogenholdige baser, er de fem viktigste å vite basene som finnes i DNA og RNA, som også brukes som energibærere i biokjemiske reaksjoner. Dette er adenin, guanin, cytosin, timin og uracil. Hver base har det som er kjent som en komplementær base som den utelukkende binder til å danne DNA og RNA. De komplementære basene danner grunnlaget for den genetiske koden.
Adenin og guanin er puriner. Adenine er ofte representert med bokstaven A. I DNA er den komplementære basen tymin. Den kjemiske formelen til adenin er C5H5N5. I RNA danner adenin bindinger med uracil.
Adenin og de andre basene binder seg til fosfatgrupper og enten sukkerribosen eller 2'-deoksyribose
å danne nukleotider. Nukleotidnavnene ligner på basenavnene, men har "-osin" -endingen for puriner (f.eks. Adenin danner adenosintrifosfat) og "-idin" som slutter for pyrimidiner (f.eks. cytosin danner cytidin trifosfat). Nukleotidnavn spesifiserer antall fosfatgrupper bundet til molekylet: monofosfat, difosfat og trifosfat. Det er nukleotidene som fungerer som byggesteiner til DNA og RNA. Hydrogenbindinger dannes mellom purin og komplementært pyrimidin for å danne den doble spiralformen til DNA eller fungere som katalysatorer i reaksjoner.Guanine er en purin representert med store bokstaven G. Den kjemiske formelen er C5H5N5O. I både DNA og RNA binder guanin seg til cytosin. Nukleotidet som dannes av guanin er guanosin.
I kostholdet er det rikelig med puriner i kjøttprodukter, spesielt fra indre organer, som lever, hjerne og nyrer. En mindre mengde puriner finnes i planter, for eksempel erter, bønner og linser.
Thymin er også kjent som 5-metyluracil. Thymine er en pyrimidin som finnes i DNA, hvor den binder seg til adenin. Symbolet for timin er en stor bokstav T. Den kjemiske formelen er C5H6N2O2. Det tilsvarende nukleotid er tymidin.
Cytosin er representert med store bokstaver C. I DNA og RNA binder det seg med guanin. Det dannes tre hydrogenbindinger mellom cytosin og guanin i Watson-Crick-baseparingen for å danne DNA. Den kjemiske formelen til cytosin er C4H4N2O2. Nukleotidet som dannes av cytosin er cytidin.
Uracil kan anses å være demetylert tymin. Uracil er representert med store bokstaven U. Den kjemiske formelen er C4H4N2O2. I nukleinsyrer, finnes det i RNA bundet til adenin. Uracil danner nukleotid uridin.
Det finnes mange andre nitrogenholdige baser i naturen, pluss at molekylene kan finnes inkorporert i andre forbindelser. For eksempel finnes pyrimidinringer i tiamin (vitamin B1) og barbituater samt i nukleotider. Pyrimidiner finnes også i noen meteoritter, selv om deres opprinnelse fremdeles er ukjent. Andre puriner som finnes i naturen inkluderer xantin, teobromin og koffein.
I RNA tar uracil stedet for tymin, så baseparringen er:
De nitrogenholdige basene er i det indre av DNA-dobbel helix, med sukker og fosfatdeler av hvert nukleotid som danner ryggraden i molekylet. Når en DNA-helix deler seg, som å transkribere DNA, komplementære baser festes til hver eksponerte halvdel slik at identiske kopier kan dannes. Når RNA opptrer som en mal å lage DNA, for oversettelse, brukes komplementære baser for å lage DNA-molekylet ved å bruke basesekvensen.
Fordi de er komplementære med hverandre, krever celler omtrent like store mengder purin og pyrimidiner. For å opprettholde en balanse i en celle er produksjonen av både puriner og pyrimidiner selvhemmende. Når en dannes, hemmer det produksjonen av mer av det samme og aktiverer produksjonen av sin motpart.