Dezoksiribonukleīnskābe jeb DNS ir tas, no kā sastāv gēni. DNS molekulā ir četri dažādi nukleotīdu bloki. Katrs satur piecu oglekļa cukuru un fosfātu grupu, bet atšķiras atkarībā no pievienotās organiskās bāzes. Četras bāzes, kas atrodamas DNS molekulā, ir adenīns, timīns, citozīns un guanīns.
DNS molekula sastāv no divām nukleotīdu virknēm, kas spirālē viena ap otru veido dubulto spirāli. Nukleotīdu mugurkaulu veido viena nukleotīda cukurs, kas savienojas ar nākamā nukleotīda fosfātu grupu. Abas virknes satur kopā ūdeņraža saites starp pretējo nukleotīdu bāzēm. Šī ūdeņraža saite ir ļoti specifiska un notiek tikai starp komplementāriem bāzes pāriem.
Katras pamatnes struktūra nosaka precīzu bāzi, ar kuru tā tiks savienota pārī. Visām četrām bāzēm ir gredzena struktūra, kas satur gan oglekļa, gan slāpekļa atomus, tāpēc tās bieži dēvē par slāpekļa bāzēm. Lai gan katrai no tām ir atšķirīga ķīmiskā struktūra, tās ir sagrupētas divās kategorijās, pamatojoties uz tajos esošo gredzenu skaitu. Adenīns un guanīns ir purīna bāzes, un tiem ir dubultgredzena struktūra. Citozīnam un timīnam ir viena gredzena struktūra un tie ir pirimidīna bāzes.
Ir noteikti divi svarīgi ierobežojumi attiecībā uz to, kā var izveidot krusteniskās kāpnes starp DNS virknēm, lai veidotos ūdeņraža saites un notiktu regulāra dubultās spirāles savīšana. Pirmkārt, purīna bāzes saistās tikai ar pirimidīna bāzēm. Ja tikai purīna bāzes saistās ar pirimidīna bāzēm, krustojuma garums starp DNS virknēm paliks nemainīgs. Ja purīna bāzes varētu savienoties ar purīna bāzēm vai pirimidīna bāzes ar pirimidīna bāzēm, krusteniskās kāpnes garums mainītos, izraisot DNS molekulas noliekšanos un izliekšanos.
Otrkārt, un konkrētāk, adenīns saistās tikai ar timīnu un citozīns tikai ar guanīnu. Kad adenīns saistās ar timīnu, veidojas divas ūdeņraža saites. Starp citozīnu un guanīnu veidojas trīs ūdeņraža saites. Tikai šie divi pāri spēj veidot nepieciešamās ūdeņraža saites, lai saglabātu DNS molekulas stabilitāti.
DNS molekulā nav nozīmes bāzu parādīšanās secībai. Tas nozīmē, ka var būt četri dažādi krustojuma pakāpieni – adenīns ar timīnu, timīns ar adenīnu, citozīns ar guanīnu un guanīns ar citozīnu. Tas ir bioloģiski nozīmīgi, jo tas nozīmē, ka vienas DNS molekulas virknes bāzes secība nosaka otras virknes bāzes secību. Citiem vārdiem sakot, abus pavedienus var atdalīt un izveidot precīzas kopijas katru reizi, kad šūna dalās.
Timīns ir unikāls starp četrām bāzēm, jo tas sastopams tikai DNS molekulās. Adenīns, citozīns un guanīns ir atrodami arī nukleotīdos, kas veido ribonukleīnskābi jeb RNS. RNS molekulā timīns tiek aizstāts ar uracilu.