DNA 像一个扭曲的梯子。DNA 阶梯的梯级是互补的 含氮碱基对。根据碱基配对规则,腺嘌呤,一种嘌呤,与胸腺嘧啶配对,胸腺嘧啶是一种嘧啶,有两个氢键。鸟嘌呤,一种嘌呤,与胞嘧啶一起出现,胞嘧啶是一种嘧啶,带有三个氢键。但为什么嘌呤总是和嘧啶配对?由于空间限制,这是 DNA 的磷酸糖主链 所施加的空间限制,DNA 双螺旋结构的碱基对空间 只有 10.85 埃。嘌呤具有双环结构。因此,两个嘌呤加在一起太大,无法容纳在这个空间中。另一方面,如果我们把 仅包含一个环的两个嘧啶放在一起,它们之间的距离会太大,无法形成只有大约 2 埃长的氢键。但是,如果我们把一个嘌呤和一个嘧啶配对,它们就能完美地嵌入 DNA 螺旋结构中 并且足够接近,形成氢键。当一个氢原子距离一个电负性原子,例如氧或氮,大约 2 埃时,就可以形成氢键。腺嘌呤 带有一个氢原子,靠近氧和胸腺嘧啶。胸腺嘧啶带有一个氢原子,靠近氮和腺嘌呤。这导致两个氢键的形成。腺嘌呤不能与胞嘧啶形成氢键,因为胞嘧啶带有一个氢原子,占据了氧和胸腺嘧啶的位置。胸腺嘧啶中存在的氢原子 在胞嘧啶中不存在。类似的现象发生在鸟嘌呤胞嘧啶碱基对中,其中鸟嘌呤中的氧和胞嘧啶中的氧和氮各自位于氢的相对面,导致形成三个氢键,这在鸟嘌呤胸腺嘧啶碱基对中 不会发生。碱基配对的高度特异性,加上 DNA 复制酶的帮助,就是为什么腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对的原因。