생체에는 여러 종류의 뉴클레오타이드가 있으며 저마다 독자적인 역할을 맡고 있다.
예를 들어 아데노신은 결합된 인산염의 수에 따라 아데노신일인산, 아데노신이인산, 아데노신삼인산과 같은 형태로 존재한다. 아데노신삼인산은 인체의 모든 세포에 화학적 에너지를 전달하는 역할을 맡고 있어 "세포의 에너지 동전"이라고도 불린다. 이데노신삼인산에서 인산염 하나가 분리되어 아데노신이인산이 되면서 에너지를 전달한다. DNA를 이루는 것은 이것보다 인산염 하나가 더 적은 아데노신일인산이다.
DNA를 이루는 뉴클레오타이드의 핵염기는 시토신(C), 구아닌(G), 아데닌(A), 티민(타이민)(T)의 네 종류이다. 이들 핵염기와 연결된 뉴클레오타이드는 마치 레고 블럭처럼 DNA를 이루는 기본 단위가 된다. 구아닌은 시토신과 아데닌은 티민과 서로 상보적으로 결합하여 염기쌍을 이룬다. 염기의 모양과 화학구조 때문에 상보적인 두 핵염기만이 꼭 들어맞기 때문이다. 그렇기때문에 DNA 가닥의 한쪽 염기서열만 알면 다른쪽은 자동적으로 알 수 있다. 예를 들어 한 쪽 가닥의 염기서열이 -A-C-G-T- 라면 다른 쪽 가닥의 염기서열은 -T-G-C-A- 가 된다.
아데닌(A)과 티민(T)은 두 개의 수소 결합으로 연결되고 구아닌(G)과 시토신(C)은 세 개의 수소 결합으로 연결된다.
수소결합의 개수 때문에 A-T 결합은 G-C 결합보다 결합력이 약하고 상대적으로 파손되기 쉽다. 생명체가 죽으면 DNA 역시 여러 이유로 손상을 입기 시작하는데, 상대적으로 결합력이 약한 A-T 쪽이 먼저 파괴되는 경향이 있다. 살아있는 동안에도 티민은 계속적인 손상을 입어 우라실로 대체되며 이렇게 손상을 입은 DNA는 소변을 통해 배출된다.

대부분의 생물은 위 네 핵염기만이 DNA의 단위체이지만 바이러스의 일종인 일부 박테리오파지는 우라실도 단위체로 사용된다. 박실루스 슈브틸리스(Bacillus subtilis) 종에 속하는 박테리오파지 PBS1과 PBS2 그리고 예르시니아(Yersinia) 박테리오파지 piR1-37 의 DNA는 티민이 우라실로 대체되어 있다. 그러나 거의 대부분의 생물에서 우라실은 RNA의 단위체로서만 관여한다.
*디옥시리보스
디옥시리보스(deoxyribose) 또는 2-디옥시리보스는 화학식이 H-(C=O)-(CH2)-(CHOH)3-H 인 단당류이다. 리보스에서 산소 원자 하나가 없는 디옥시당이다. 오탄당인 리보스와 아라비노스는 2번 탄소(C-2)에서 입체화학적인 차이가 있기 때문에 2-디옥시리보스와 2-디옥시아라비노스는 에피머이다. 리보스는 디옥시리보스의 전구물질이다.
화학식 H-(C=O)-(CH2)-(CHOH)3-H의 여러 이성질체가 존재하지만, 피셔 투영식에서 디옥시리보스의 모든 하이드록시기는 같은 쪽에 위치한다. 2-디옥시리보스라는 명칭은 생물학적으로 중요한 D-2-디옥시리보스와 보기 드문 L-2-디옥시리보스 두 거울상 이성질체 모두를 가리킬 수 있다.[2] D-2-디옥시리보스는 핵산 DNA의 전구물질이다. 2-디옥시리보스는 다섯 개의 탄소 원자를 가진 단당류로 알데하이드 작용기를 가지는 알도스이다.
수용액에서 디옥시리보스는 주로 세 가지 구조의 혼합물로 존재한다. 사슬형 구조인 H-(C=O)-(CH2)-(CHOH)3-H와, 5원자 고리형인 디옥시리보푸라노스(C3'-endo)와 6원자 고리형인 디옥시리보피라노스(C2'-endo)가 그것이다. 리보스의 경우 C3'-endo형이 우세한 것과는 달리 디옥시리보스는 C2'-endo형이 우세하다.
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