Deoksiribonukleinska kislina ali DNK je tisto, iz česar so sestavljeni geni. Znotraj molekule DNK se pojavijo štirje različni gradniki nukleotidov. Vsak vsebuje pet ogljikovih sladkorjev in fosfatno skupino, vendar se razlikuje glede na to, katera organska baza je pritrjena. Štiri baze, ki jih najdemo v molekuli DNK, so adenin, timin, citozin in gvanin.
Molekula DNK je sestavljena iz dveh verig nukleotidov, ki se vrtijo drug okoli drugega in tvorijo dvojno vijačnico. Nukleotidno hrbtenico ustvari sladkor enega nukleotida, ki se veže s fosfatno skupino naslednjega. Obe verigi držita skupaj z vodikovimi vezmi med bazami nasprotnih nukleotidov. Ta vodikova vez je zelo specifična in se pojavlja le med komplementarnimi baznimi pari.
Struktura vsake baze določa natančno podlago, s katero se bo združila. Vse štiri baze imajo obročno strukturo, ki vsebuje tako ogljikove kot dušikove atome, zato jih pogosto imenujemo dušikove baze. Čeprav ima vsaka drugačno kemično strukturo, so razvrščeni v dve kategoriji glede na število obročev, ki jih vsebujejo. Adenin in gvanin sta purinski bazi in imata dvojno obročno strukturo. Citozin in timin imata eno obročno strukturo in sta pirimidinski bazi.
Dve pomembni omejitvi sta postavljeni na to, kako se lahko tvorijo križne prečke med verigami DNK, da se tvorijo vodikove vezi in da se pojavi redno zvijanje dvojne vijačnice. Prvič, purinske baze se vežejo samo s pirimidinskimi bazami. Če se purinske baze vežejo samo s pirimidinskimi bazami, bo dolžina prečnega prečka med verigama DNK ostala konstantna. Če bi se purinske baze lahko povezale s purinskimi bazami ali pirimidinske baze s pirimidinskimi bazami, bi se spremenila dolžina prečnega prečka, kar bi povzročilo, da bi se molekula DNK upognila noter in ven.
Drugič, natančneje, adenin se veže samo s timinom, citozin pa se veže samo z gvaninom. Ko se adenin poveže s timinom, nastaneta dve vodikovi vezi. Med citozinom in gvaninom se tvorijo tri vodikove vezi. Samo ta dva para sta sposobna tvoriti potrebne vodikove vezi za vzdrževanje stabilnosti molekule DNK.
Kar ni pomembno v molekuli DNK, je vrstni red, v katerem se pojavljajo baze. To pomeni, da so lahko štiri različne križne stopnice – adenin s timinom, timin z adeninom, citozin z gvaninom in gvanin s citozinom. To je biološko pomembno, saj pomeni, da bazno zaporedje ene verige molekule DNK določa bazno zaporedje druge verige. Z drugimi besedami, dve verigi je mogoče ločiti in narediti natančne kopije vsakič, ko se celica deli.
Timin je edinstven med štirimi bazami, saj se pojavlja le v molekulah DNK. Adenin, citozin in gvanin najdemo tudi v nukleotidih, ki sestavljajo ribonukleinsko kislino ali RNA. V molekuli RNA se timin nadomesti z uracilom.