El emparejamiento de una purina específica a una pirimidina específica se debe a la estructura y propiedades de cada anillo y al ajuste tridimensional entre los complementos. La purina y la pirimidina son compuestos orgánicos de anillo aromático que actúan como bloques de construcción del ácido nucleico. En el ADN, las purinas se presentan como adenina y guanina, mientras que las pirimidinas se producen como timina y citosina. En el apareamiento de bases de ADN, los pares de adenina con timina y los de guanina con citosina.
Los pares de bases coincidentes, compuestos de una purina y una pirimidina, forman enlaces de hidrógeno. Las purinas tienen una estructura de anillo doble y las pirimidinas tienen una estructura de anillo simple. La adenina y la timina tienen dos sitios donde forman enlaces de hidrógeno entre sí, mientras que la guanina y la citosina tienen tres sitios. Juntas, estas bases nitrogenadas forman los peldaños de la escalera de ADN, o doble hélice.
El enlace de hidrógeno entre los anillos solo es posible en una forma tautomérica específica. Como lo explicó el Departamento de Química de la Universidad de Maine, los tautómeros son isómeros relacionados por la posición cambiante de un solo hidrógeno y un doble enlace. Para cada una de las cuatro bases nitrogenadas, se debe incorporar una forma tautomérica específica para una unión, estabilidad y unión adecuadas a la columna vertebral de azúcar-fosfato del ADN. Si los pares de bases son los peldaños de una escalera, la columna vertebral de azúcar-fosfato actúa como los lados de la escalera. Con un giro helicoidal de la escalera, hay menos impedimento estérico entre los átomos vecinos en la molécula de ADN.
