Bio-molecuul bestaande uit een pentose, een fosfaatgroep en een stikstofbase, de basiseenheid van een nucleïnezuur (DNA, RNA) en van cellulaire energiedragers (ATP)
In een nucleotide kunnen vijf verschillende stikstofbasen voorkomen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine (T) en uracil (U). A, C, G en T komen voor in DNA; in RNA zit U in plaats van T. De purines A en G hebben twee gecondenseerde koolstofringen, de pyrimidines C, T en U hebben één ring. Elk van deze basen kan een pentose (vijfkoolstof-suikermolecuul) binden. Dit kan een ribose zijn (bij RNA) of een desoxyribose (bij DNA). De combinatie van een pentose met een stikstofbase heet een nucleoside. Aan het koolstofatoom in de 5’-positie van de pentose kan vervolgens een fosfaatgroep binden. Het geheel heet dan ribonucleotide of desoxyribonucleotide.
De fosfaateenheid kan zich uitbreiden met een tweede of derde fosfaat. Dan ontstaat een hoog-energetisch molecuul, bijvoorbeeld adenosinetrifosfaat (ATP), dat in de cel gebruikt wordt als universele energiedrager.
De nucleotiden kunnen polymeriseren waarbij het fosfaat van het ene nucleotide reageert met het 3’-koolstofatoom van een volgende nucleotide. Deze fosfodiësterbinding geeft de DNA- of RNA-streng een richting (5’–>3’).
RNA-moleculen zijn meestal enkelstrengs, maar DNA bestaat uit twee strengen met complementaire basenvolgorde, die in tegengestelde richting om elkaar gewonden zijn. De strengen worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen tussen A en T (twee bruggen) en tussen C en G (drie bruggen). Deze beroemde “dubbele helix”-structuur werd voor het eerst voorgesteld door Watson and Crick in 1953. De dubbele helix maakt het eenvoudig om DNA te repliceren: na ontwinden kan elk van de strengen dienst doen als matrijs voor de synthese van een nieuwe streng.
