Typpipitoisia emäksiä on kaksi pääluokkaa: puriinit ja pyrimidiinit. Molemmat luokat muistuttavat pyridiinimolekyyliä ja ovat polaarisia, tasomaisia molekyylejä. Kuten pyridiini, kukin pyrimidiini on yksi heterosyklinen orgaaninen rengas. Puriinit koostuvat pyrimidiinirenkaasta, joka on sulautettu imidatsolirenkaaseen, muodostaen kaksoisrengasrakenteen.
Vaikka typpipitoisia emäksiä on monia, viisi tärkeintä tiedettävää ovat emäkset, joita löytyy DNA ja RNA, joita käytetään myös energian kantajina biokemiallisissa reaktioissa. Näitä ovat adeniini, guaniini, sytosiini, tymiini ja urasiili. Jokaisella emäksellä on niin kutsuttu komplementaarinen emäs, joka se sitoutuu yksinomaan muodostamaan DNA: ta ja RNA: ta. Täydentävät emäkset muodostavat perustan geneettiselle koodille.
Adeniini ja guaniini ovat puriineja. Adeniinia edustaa usein iso kirjain A. DNA: ssa sen komplementaarinen emäs on tymiini. Adeniinin kemiallinen kaava on C5H5N5. RNA: ssa adeniini muodostaa sidoksia urasiilin kanssa.
Adeniini ja muut emäkset sitoutuvat fosfaattiryhmiin ja joko sokeririboosiin tai 2'-deoksiribosiiniin
nukleotidien muodostamiseksi. Nukleotidinimet ovat samanlaisia kuin emäsnimet, mutta niillä on puriinien päällä "-osiini" (esim. Adeniini muodostaa adenosiinitrifosfaatin) ja "-idiini" pääte pyrimidiinille (esim. sytosiini muodostaa sytidiinin trifosfaatti). Nukleotidien nimet määrittävät molekyyliin sitoutuneiden fosfaattiryhmien lukumäärän: monofosfaatti, difosfaatti ja trifosfaatti. Juuri nukleotidit toimivat DNA: n ja RNA: n rakennuspalikoina. Puriinin ja komplementaarisen pyrimidiinin välillä muodostuu vety- sidoksia DNA: n kaksoisheeliksimuodon muodostamiseksi tai toimimaan katalysaattoreina reaktioissa.Guaniini on puriini, jota edustaa iso kirjain G. Sen kemiallinen kaava on C5H5N5O. Sekä DNA: ssa että RNA: ssa guaniini sitoutuu sytosiinin kanssa. Guaniinin muodostama nukleotidi on guanosiini.
Ruokavaliossa puriineja on runsaasti lihavalmisteissa, etenkin sisäelimissä, kuten maksassa, aivoissa ja munuaisissa. Pienempi määrä puriineja löytyy kasveista, kuten herneistä, papuista ja linsseistä.
Tyymiini tunnetaan myös nimellä 5-metyyliurasiili. Tyymiini on DNA: sta löytyvä pyrimidiini, jossa se sitoutuu adeniiniin. Tymiinin symboli on iso T. Sen kemiallinen kaava on C5H6N2O2. Sen vastaava nukleotidi on tymidiini.
Sytosiinia edustaa iso kirjain C. DNA: ssa ja RNA: ssa se sitoutuu guaniiniin. Watson-Crick-emäsparien muodostuessa sytosiinin ja guaniinin välillä muodostuu kolme vety sidosta DNA: n muodostamiseksi. Sytosiinin kemiallinen kaava on C4H4N2O2. Sytosiinin muodostama nukleotidi on sytidiini.
Urasiilia voidaan pitää demetyloituna tymiininä. Uracilia edustaa iso kirjain U. Sen kemiallinen kaava on C4H4N2O2. Sisään nukleiinihapot, sitä löytyy RNA: sta, joka on sitoutunut adeniiniin. Uracil muodostaa nukleotidi-uridiinin.
Luonnossa on monia muita typpipitoisia emäksiä, plus molekyylit voidaan löytää sisällytettyinä muihin yhdisteisiin. Esimerkiksi pyrimidiinirenkaita löytyy tiamiinista (B1-vitamiini) ja barbituaateista sekä nukleotideista. Pyrimidinejä löytyy myös joistakin meteoriiteista, vaikka niiden alkuperä on edelleen tuntematon. Muita luonnossa löydettyjä puriineja ovat ksantiini, teobromiini ja kofeiini.
RNA: ssa urasiili korvaa tymiinin, joten emäsparit ovat:
Typpipitoiset emäkset ovat DNA-kaksoiskierre, jolloin kunkin nukleotidin sokerit ja fosfaattiosat muodostavat molekyylin selkärangan. Kun DNA-spiraali halkeaa, kuten DNA: n transkriptio, komplementaariset emäkset kiinnittyvät jokaiseen paljastettuun puolikkaaseen, jotta voidaan muodostaa identtiset kopiot. Kun RNA toimii mallina DNA: n valmistamiseksi käännös, komplementaarisia emäksiä käytetään DNA-molekyylin valmistamiseksi käyttämällä emässekvenssiä.
Koska solut ovat komplementaarisia toistensa suhteen, solut tarvitsevat suunnilleen yhtä suuret määrät puriinia ja pyrimidiiniä. Tasapainon ylläpitämiseksi solussa sekä puriinien että pyrimidiinien tuotanto estää itseään. Kun yksi muodostetaan, se estää useamman saman tuotannon ja aktivoi vastineensa tuotannon.