Dezoksiribonukleino rūgštis arba DNR yra tai, iš ko susideda genai. DNR molekulėje susidaro keturi skirtingi nukleotidų blokai. Kiekviename iš jų yra penkios anglies cukraus ir fosfatų grupės, tačiau skiriasi priklausomai nuo to, kokia organinė bazė yra prijungta. DNR molekulėje randamos keturios bazės: adeninas, timinas, citozinas ir guaninas.
DNR molekulė susideda iš dviejų nukleotidų gijų, kurios spirale viena aplink kitą sudaro dvigubą spiralę. Nukleotidų stuburą sukuria vieno nukleotido cukrus, susijungęs su kito fosfato grupe. Abi grandinės yra sujungtos vandeniliniais ryšiais tarp priešingų nukleotidų bazių. Šis vandenilinis ryšys yra labai specifinis ir vyksta tik tarp papildomų bazių porų.
Kiekvieno pagrindo struktūra nustato tikslią bazę, su kuria jis bus suporuotas. Visos keturios bazės turi žiedinę struktūrą, kurioje yra ir anglies, ir azoto atomų, todėl jos dažnai vadinamos azotinėmis bazėmis. Nors kiekvienas turi skirtingą cheminę struktūrą, jie yra suskirstyti į dvi kategorijas pagal juose esančių žiedų skaičių. Adeninas ir guaninas yra purino bazės ir turi dvigubą žiedo struktūrą. Citozinas ir timinas turi vieną žiedo struktūrą ir yra pirimidino bazės.
Yra du svarbūs apribojimai, kaip gali susidaryti kryžminiai laipteliai tarp DNR grandinių, kad susidarytų vandenilio ryšiai ir įvyktų reguliarus dvigubos spiralės susisukimas. Pirma, purino bazės jungiasi tik su pirimidino bazėmis. Kai tik purino bazės jungiasi su pirimidino bazėmis, kryžminio laiptelio ilgis tarp DNR grandžių išliks pastovus. Jei purino bazės galėtų jungtis su purino bazėmis arba pirimidino bazės su pirimidino bazėmis, skersinio laiptelio ilgis pasikeistų, todėl DNR molekulė pasilenktų ir išlinktų.
Antra, ir konkrečiau, adeninas jungiasi tik su timinu, o citozinas – tik su guaninu. Kai adeninas jungiasi su timinu, susidaro du vandeniliniai ryšiai. Tarp citozino ir guanino susidaro trys vandenilio ryšiai. Tik šios dvi poros gali sudaryti reikiamus vandenilio ryšius, kad išlaikytų DNR molekulės stabilumą.
DNR molekulėje nesvarbi yra bazių atsiradimo tvarka. Tai reiškia, kad gali būti keturi skirtingi kryžminiai laipteliai – adeninas su timinu, timinas su adeninu, citozinas su guaninu ir guaninas su citozinu. Tai yra biologiškai reikšminga, nes reiškia, kad vienos DNR molekulės grandinės bazinė seka nurodo kitos grandinės bazinę seką. Kitaip tariant, dvi sruogos gali būti atskirtos ir kaskart pasidalijus ląstelei padarytos tikslios kopijos.
Timinas yra unikalus tarp keturių bazių, nes jo yra tik DNR molekulėse. Adeninas, citozinas ir guaninas taip pat randami nukleotiduose, kurie sudaro ribonukleino rūgštį arba RNR. RNR molekulėje timinas pakeičiamas uracilu.