Der er to hovedklasser af nitrogenholdige baser: puriner og pyrimidiner. Begge klasser ligner molekylet pyridin og er ikke-polære, plane molekyler. Ligesom pyridin er hver pyrimidin en enkelt heterocyklisk organisk ring. Purinerne består af en pyrimidinring fusioneret med en imidazolring og danner en dobbeltringstruktur.
Selvom der er mange nitrogenholdige baser, er de fem vigtigste at vide de baser, der findes i DNA og RNA, der også bruges som energibærere i biokemiske reaktioner. Disse er adenin, guanin, cytosin, thymin og uracil. Hver base har det, der er kendt som en komplementær base, som den udelukkende binder til at danne DNA og RNA. De komplementære baser danner grundlaget for den genetiske kode.
Adenin og guanin er puriner. Adenine er ofte repræsenteret med store bogstaver A. I DNA er dens komplementære base thymin. Den kemiske formel for adenin er C5H5N5. I RNA danner adenin bindinger med uracil.
Adenin og de andre baser binder sig til phosphatgrupper og enten sukkerribose eller 2'-deoxyribose
til dannelse af nukleotider. Nukleotidnavne svarer til basenavnene, men har "-osin" -endelsen for puriner (f.eks. Adenin danner adenosintriphosphat) og "-idin", der slutter for pyrimidiner (f.eks. danner cytosin cytidin triphosphat). Nukleotidnavne angiver antallet af fosfatgrupper bundet til molekylet: monophosphat, diphosphat og triphosphate. Det er nukleotiderne, der fungerer som byggeblokke af DNA og RNA. Hydrogenbindinger dannes mellem purin og komplementær pyrimidin til dannelse af den dobbelte spiralform af DNA eller fungerer som katalysatorer i reaktioner.Guanine er en purine repræsenteret med store bogstaver G. Dens kemiske formel er C5H5N5O. I både DNA og RNA binder guanin bindinger til cytosin. Nukleotidet, der dannes af guanin, er guanosin.
I kosten er puriner rigelige i kødprodukter, især fra indre organer, såsom lever, hjerner og nyrer. En mindre mængde puriner findes i planter, såsom ærter, bønner og linser.
Thymin er også kendt som 5-methyluracil. Thymin er en pyrimidin, der findes i DNA, hvor den binder til adenin. Symbolet for thymin er en stor bogstav T. Dens kemiske formel er C5H6N2O2. Dets tilsvarende nukleotid er thymidin.
Cytosin er repræsenteret med store bogstaver C. I DNA og RNA binder det sig med guanin. Der dannes tre hydrogenbindinger mellem cytosin og guanin i Watson-Crick-baseparringen og danner DNA. Den kemiske formel for cytosin er C4H4N2O2. Nukleotidet, der dannes af cytosin, er cytidin.
Uracil kan betragtes som demethyleret thymin. Uracil er repræsenteret med store bogstaver U. Dens kemiske formel er C4H4N2O2. I nukleinsyrer, findes det i RNA bundet til adenin. Uracil danner nukleotiduridinet.
Der findes mange andre nitrogenholdige baser i naturen, plus molekylerne kan findes inkorporeret i andre forbindelser. For eksempel findes pyrimidinringe i thiamin (vitamin B1) og barbituater såvel som i nukleotider. Pyrimidiner findes også i nogle meteoritter, skønt deres oprindelse stadig er ukendt. Andre puriner, der findes i naturen, inkluderer xanthin, theobromin og koffein.
I RNA indtager uracil stedet for thymin, så baseparringen er:
De nitrogenholdige baser er i det indre af DNA dobbelt helixmed sukker og fosfatdele af hvert nukleotid som udgør rygraden i molekylet. Når en DNA-helix splittes, ligesom at transkribere DNA, komplementære baser fastgøres til hver eksponeret halvdel, så identiske kopier kan dannes. Hvornår RNA handler som en skabelon til at fremstille DNA til oversættelse, anvendes komplementære baser til at fremstille DNA-molekylet ved anvendelse af basesekvensen.
Fordi de er komplementære til hinanden, kræver celler omtrent lige store mængder purin og pyrimidiner. For at opretholde en balance i en celle er produktion af både puriner og pyrimidiner selvhæmmende. Når en dannes, hæmmer det produktionen af mere af det samme og aktiverer produktionen af dens modstykke.