エルヴィン・シャルガフが提唱した「DNAの等価性に関する規則」は、DNAの塩基対の発見を導いました。シャルガフの法則とは、二本鎖のDNA分子において、次が成立することをいいます。

1. アデニン(A)の量とチミン(T)の量は等しいです。
2. グアニン(G)の量とシトシン(C)の量は等しいです。
3. プリン体であるAとGの合計は、ピリミジン体であるCとTの合計に等しい（すなわち、A＋G＝C＋T）。

その後のワトソンとクリックの研究により、二本鎖DNAでは、Aは常にTと2つの水素結合を形成し、Gは常にCと3つの水素結合を形成することが明らかになった。A-T と C-G のペアは、両者とも10.85Åの長さがあり、それはDNAの2本の糖-リン酸主鎖の間隔に合致します。そのため、このような塩基対の形成により、DNAの二重らせんの幅は一定に保たれています。

塩基が対を形成すると、水素結合が切れるまで窒素塩基は他の分子にアクセスできなくなります。しかし、特定の酵素は、この水素結合を容易に切断して、DNAの複製や転写など、細胞に必要なプロセスを実行することができます。G-CペアはA-Tペアよりも多くの水素結合を持つため、G-Cペアの割合が高いDNAは、A-Tペアの割合が同程度のものよりも、2本のDNAを分離するために高いエネルギーを必要とします。

医薬品としての塩基配列

DNAが厳密に複製されるためには、正しい塩基対の形成が必要です。塩基類似体は、DNA複製時に標準的なDNA塩基を置き換えることができる分子です。これらの塩基類似体は、肝炎、ヘルペス、白血病などの疾患に対して有効な抗ウイルス剤や抗がん剤となります。アシクロビルは、アシクログアノシンとも呼ばれるグアニンの塩基類似体であり、単純ヘルペスウイルスの治療によく用いられます。アシクロビルのグアニン部分は、DNA複製の際に通常通りアデニンと対になりますが、ヌクレオチドの3’末端がないため、DNAポリメラーゼが塩基対の形成を続けることができず、複製が終了します。