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Die Nukleotidsequenz ist die Abfolge der Nukleotide einer Nukleinsäure, üblicherweise Desoxyribonukleinsäure (DNS, englisch DNA) oder Ribonukleinsäure (RNS, englisch RNA). Deren verschiedene Grundbausteine (Desoxyribonukleotide bzw. Ribonukleotide) sind gewöhnlich unverzweigt im Polymer verkettet und enthalten unterschiedliche Nukleinbasen. Die Sequenz seiner Nukleotide gibt die Primärstruktur eines Polynukleotides wieder und wird für DNA- oder RNA-Einzelstränge jeweils angegeben durch die Abfolge ihrer Nukleinbasen, die Basensequenz.
Bei der Notation werden für die Nukleinbasen der Nukleotide die Anfangsbuchstaben ihrer Bezeichnungen verwendet: für Adenin A, Guanin G, Thymin T, Uracil U und Cytosin C. Bei der DNA kommen die vier Basen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin vor, bei der RNA die vier Basen Adenin, Guanin, Uracil und Cytosin.
Übereinkunftsgemäß wird die Basensequenz vom 5′-Ende zum 3′-Ende des Stranges notiert, in der gleichen Richtung 5′→3′, in der die Polymerase die Nukleinsäure aus Nukleotiden synthetisiert.