Există două tipuri de nucleotide care sunt folosite pentru a crea catene de ADN și ARN: purine și pirimidine. Pe baza structurii lor, cele cinci nucleotide sunt clasificate fie ca purină, fie ca pirimidină. Nucleotidele citozină, timină și uracil sunt pirimidine și sunt produse prin biosinteză de pirimidină.
Toate nucleotidele au o structură de bază similară prin aceea că sunt alcătuite dintr-o moleculă de zahăr cu cinci atomi de carbon care este legată de o bază care conține azot și o grupare fosfat. Structura bazei azotate este cea care diferențiază pirimidinele de purine. Ele diferă și prin modul în care sunt sintetizate.
Biosinteza pirimidinei poate avea loc atât în interiorul unui organism viu, cât și în exterior, sau in vivo și in vitro. Există două căi diferite atât pentru biosinteza purinelor, cât și a pirimidinelor, care sunt căi de novo și de salvare. În timpul biosintezei de novo, nucleotida este sintetizată de la zero sau se creează o nouă pirimidină din moleculele care o compun. Pirimidinele care au fost deja formate sunt utilizate sau reciclate în timpul biosintezei de salvare. În ambele cazuri, etapa finală a procesului este atașarea pirimidinei la un zahăr riboză.
Principalul mod în care biosinteza pirimidinei diferă de biosinteza purinelor este modul în care este asamblată pirimidină sau purina. În timpul biosintezei pirimidinei, pirimidina este construită mai întâi și apoi atașată de zahărul riboză. În schimb, purinele sunt construite chiar pe zahărul riboză.
Baza azotată pirimidină este alcătuită dintr-un inel cu șase membri care conține doi atomi de azot în pozițiile unu și trei din inel. Aceasta este partea din pirimidină care este completată înainte de a fi atașată de zahărul riboză. Există șase etape care duc la formarea unei pirimidine din cele două molecule precursoare, care sunt carbamoil fosfat (carbamoil-P) și acid aspartic.
În funcție de tipul de organism, se utilizează un număr diferit de enzime pentru a efectua cele șase etape ale biosintezei pirimidinei. În cadrul bacteriilor, există șase enzime distincte, sau una pentru fiecare pas al procesului. Doar trei enzime sunt necesare la mamifere.
Mai multe reacții chimice diferite sunt implicate în crearea unei pirimidine. Primele două etape implică producerea carbamoil-P, care este apoi unită la o grupare amină (-NH2) care conține un atom de azot și doi atomi de hidrogen. În acest moment, inelul este închis și oferă structura de bază a bazei azotate. Ultimii trei pași au ca rezultat completarea inelului de pirimidină și atașarea zahărului riboză cu cinci carbon.