Ada dua kelas utama basa nitrogen: purin dan pirimidin. Kedua kelas menyerupai molekul piridin dan merupakan molekul nonpolar, planar. Seperti piridin, setiap pirimidin adalah cincin organik heterosiklik tunggal. Purin terdiri dari cincin pirimidin yang menyatu dengan cincin imidazol, membentuk struktur cincin ganda.
Meskipun ada banyak basa nitrogen, lima yang paling penting untuk diketahui adalah basa yang ditemukan di DNA dan RNA, yang juga digunakan sebagai pembawa energi dalam reaksi biokimia. Ini adalah adenin, guanin, sitosin, timin, dan urasil. Setiap basis memiliki apa yang dikenal sebagai basis komplementer yang diikatnya secara eksklusif untuk membentuk DNA dan RNA. Basis komplementer membentuk dasar untuk kode genetik.
Adenin dan guanin adalah purin. Adenine sering diwakili oleh huruf kapital A. Dalam DNA, basa komplementernya adalah timin. Rumus kimia adenin adalah C5H5N5. Dalam RNA, adenin membentuk ikatan dengan urasil.
Adenin dan ikatan basa lainnya dengan gugus fosfat dan gula ribosa atau 2'-deoksiribosa
untuk membentuk nukleotida. Nama nukleotida mirip dengan nama dasar tetapi memiliki akhiran "-osine" untuk purin (mis., Adenine membentuk adenosin trifosfat) dan "-idin" yang diakhiri dengan pirimidin (mis., sitosin membentuk sitidin trifosfat). Nama-nama nukleotida menentukan jumlah gugus fosfat yang terikat pada molekul: monofosfat, difosfat, dan trifosfat. Ini adalah nukleotida yang bertindak sebagai blok pembangun DNA dan RNA. Ikatan hidrogen terbentuk antara purin dan pirimidin komplementer untuk membentuk bentuk heliks ganda DNA atau bertindak sebagai katalis dalam reaksi.Guanine adalah purin yang diwakili oleh huruf kapital G. Formula kimianya adalah C5H5N5HAI. Baik dalam DNA maupun RNA, ikatan guanin dengan sitosin. Nukleotida yang dibentuk oleh guanin adalah guanosin.
Dalam makanan, purin berlimpah dalam produk daging, terutama dari organ internal, seperti hati, otak, dan ginjal. Sejumlah kecil purin ditemukan dalam tanaman, seperti kacang polong, kacang-kacangan, dan lentil.
Timin juga dikenal sebagai 5-metilurasil. Timin adalah pirimidin yang ditemukan dalam DNA, di mana ia mengikat adenin. Simbol untuk timin adalah huruf kapital T. Formula kimianya adalah C5H6N2HAI2. Nukleotida yang sesuai adalah timidin.
Sitosin diwakili oleh huruf kapital C. Dalam DNA dan RNA, ia mengikat dengan guanin. Tiga ikatan hidrogen terbentuk antara sitosin dan guanin dalam pasangan basa Watson-Crick untuk membentuk DNA. Formula kimia dari sitosin adalah C4H4N2O2. Nukleotida yang dibentuk oleh sitosin adalah sitidin.
Urasil dapat dianggap sebagai timin demetilasi. Uracil diwakili oleh huruf kapital U. Formula kimianya adalah C4H4N2HAI2. Di asam nukleat, itu ditemukan di RNA terikat ke adenin. Urasil membentuk uridine nukleotida.
Ada banyak basa nitrogen lain yang ditemukan di alam, ditambah molekul-molekulnya dapat ditemukan tergabung dalam senyawa lain. Misalnya, cincin pirimidin ditemukan dalam tiamin (vitamin B1) dan barbitrate serta dalam nukleotida. Pirimidin juga ditemukan di beberapa meteorit, meskipun asal usulnya masih belum diketahui. Purin lain yang ditemukan di alam termasuk xanthine, theobromine, dan caffeine.
Dalam RNA, urasil menggantikan timin, jadi pasangan basa adalah:
Basa nitrogen berada di bagian dalam heliks ganda DNA, dengan gula dan bagian fosfat dari masing-masing nukleotida yang membentuk tulang punggung molekul. Ketika heliks DNA terbelah, seperti untuk menyalin DNA, basis pelengkap menempel pada setiap bagian yang terbuka sehingga salinan yang identik dapat dibentuk. Kapan RNA bertindak sebagai templat untuk membuat DNA, untuk terjemahan, basa pelengkap digunakan untuk membuat molekul DNA menggunakan urutan basa.
Karena mereka saling melengkapi satu sama lain, sel membutuhkan jumlah purin dan pirimidin yang kira-kira sama. Untuk menjaga keseimbangan dalam sel, produksi purin dan pirimidin bersifat menghambat diri. Ketika seseorang terbentuk, ia menghambat produksi yang lebih sama dan mengaktifkan produksi mitranya.