Η βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων είναι η διαδικασία με την οποία δημιουργούνται ή συντίθενται νουκλεοτίδια. Αυτή η διαδικασία μπορεί να συμβεί τόσο εντός ζωντανών οργανισμών, όσο και εντός εργαστηρίου. Εάν συμβαίνει μέσα σε ζωντανά κύτταρα, η διαδικασία λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και όχι μέσα σε ένα συγκεκριμένο οργανίδιο. Τα νουκλεοτίδια είναι ιδιαίτερα σημαντικά μόρια μέσα στα κύτταρα όλων των ζωντανών οργανισμών επειδή είναι τα μόρια που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή DNA και RNA. Επίσης, τα νουκλεοτίδια χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν μόρια και μόρια αποθήκευσης ενέργειας που είναι απαραίτητα για τη μετάδοση σημάτων μεταξύ κυττάρων και μεταξύ οργανιδίων μέσα στα κύτταρα.
Υπάρχουν πέντε διαφορετικά νουκλεοτίδια. η αδενίνη, η κυτοσίνη και η γουανίνη βρίσκονται τόσο στο DNA όσο και στο RNA, η θυμίνη βρίσκεται μόνο στα μόρια του DNA και η ουρακίλη βρίσκεται μόνο στο RNA. Όλα τα νουκλεοτίδια έχουν παρόμοια βασική δομή, η οποία είναι μια αζωτούχος βάση συνδεδεμένη με ένα μόριο σακχάρου και μια φωσφορική ομάδα. Κατηγοριοποιούνται σε δύο ομάδες με βάση τη δομή αυτής της βάσης. Η αζωτούχος βάση για πουρίνες – αδενίνη και γουαρνίνη – περιέχει δομή διπλού δακτυλίου, ενώ η βάση που βρίσκεται στις πυριμιδίνες – κυτοσίνη, θυμίνη και ουρακίλη – έχει μόνο μία δομή δακτυλίου.
Δύο διαφορετικές μέθοδοι βιοσύνθεσης νουκλεοτιδίων συμβαίνουν μέσα στα κύτταρα. Εάν ένα νουκλεοτίδιο δημιουργηθεί από απλούστερες ενώσεις, θεωρείται de novo βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων. Το De novo είναι λατινικό και βασικά σημαίνει από την αρχή ή από την αρχή. Ο άλλος τρόπος με τον οποίο σχηματίζονται τα νουκλεοτίδια είναι μέσω των οδών διάσωσης. Σε αυτήν την κατάσταση, τμήματα νουκλεοτιδίων που έχουν διασπαστεί ανακυκλώνονται και επαναχρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν νέα νουκλεοτίδια.
Κάθε ομάδα νουκλεοτιδίων υφίσταται διαφορετική βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων. Με τα νουκλεοτίδια πυριμιδίνης, η βασική δομή σχηματίζεται από τα συστατικά της και στη συνέχεια συνδέεται με ένα μόριο σακχάρου ριβόζης. Αντίθετα, τα νουκλεοτίδια πουρίνης δημιουργούνται συνδέοντας τις απλούστερες ενώσεις απευθείας στο μόριο ριβόζης. Κατά τη διάρκεια της βιοσύνθεσης διάσωσης, μια βάση που έχει ήδη σχηματιστεί ανακυκλώνεται και επανασυνδέεται σε μια μονάδα ριβόζης.
Η βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ριβονουκλεοτιδίων, τα οποία είναι νουκλεοτίδια που περιέχουν ζάχαρη ριβόζης. Τα ριβονουκλεοτίδια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κλώνων RNA, ενώ το DNA δημιουργείται από δεοξυριβονουκλεοτίδια. Ως εκ τούτου, όλα τα νουκλεοτίδια που χρησιμοποιούνται για το DNA πρέπει να υποβληθούν σε περαιτέρω σύνθεση.
Για να σχηματιστούν δεοξυριβονουκλεοτίδια από ριβονουκλεοτίδια, η ζάχαρη ριβόζης χάνει ένα μόριο οξυγόνου ή υφίσταται μια αντίδραση αναγωγής. Για να μετατραπεί η ουρακίλη σε θυμίνη, για παράδειγμα, μια πρόσθετη ομάδα μεθυλίου προστίθεται στο νουκλεοτίδιο ουρακίλης. Η αναγωγή των ριβονουκλεοτιδίων συμβαίνει μόνο αφού έχουν σχηματιστεί πλήρως.