Istnieją dwa rodzaje nukleotydów, które są używane do tworzenia nici DNA i RNA: puryn i pirymidyny. Na podstawie ich struktury pięć nukleotydów sklasyfikowano jako purynę lub pirymidynę. Nukleotydy cytozyna, tymina i uracyl są pirymidynami i są wytwarzane w procesie biosyntezy pirymidyn.
Wszystkie nukleotydy mają podobną podstawową strukturę, ponieważ składają się z pięciowęglowej cząsteczki cukru, która jest połączona z zasadą zawierającą azot i grupą fosforanową. Struktura zasady azotowej odróżnia pirymidyny od puryn. Różnią się także sposobem ich syntezy.
Biosynteza pirymidyny może zachodzić zarówno wewnątrz żywego organizmu, jak i na zewnątrz, lub in vivo i in vitro. Istnieją dwa różne szlaki biosyntezy puryn i pirymidyny, które są szlakami de novo i ratunkowymi. Podczas biosyntezy de novo nukleotyd jest syntetyzowany od podstaw lub nowa pirymidyna jest tworzona z tworzących ją cząsteczek. Pirymidyny, które zostały już utworzone, są wykorzystywane lub poddawane recyklingowi podczas biosyntezy ratunkowej. W obu przypadkach ostatnim etapem procesu jest dołączenie pirymidyny do cukru rybozy.
Głównym sposobem, w jaki biosynteza pirymidyny różni się od biosyntezy puryn, jest sposób składania pirymidyny lub puryny. Podczas biosyntezy pirymidyny pirymidyna jest najpierw budowana, a następnie przyłączana do cukru rybozy. W przeciwieństwie do tego puryny są zbudowane bezpośrednio na cukrze rybozie.
Azotowa zasada pirymidynowa składa się z sześcioczłonowego pierścienia, który zawiera dwa atomy azotu w pozycjach jeden i trzy w pierścieniu. Jest to część pirymidyny, która zostaje ukończona przed przyłączeniem się do cukru rybozy. Istnieje sześć etapów, które prowadzą do powstania pirymidyny z dwóch cząsteczek prekursorów, którymi są fosforan karbamoilu (karbamoil-P) i kwas asparaginowy.
W zależności od rodzaju organizmu, do przeprowadzenia sześciu etapów biosyntezy pirymidyny stosuje się różne ilości enzymów. W bakteriach istnieje sześć różnych enzymów lub jeden na każdy etap procesu. U ssaków potrzebne są tylko trzy enzymy.
W tworzenie pirymidyny zaangażowanych jest kilka różnych reakcji chemicznych. Pierwsze dwa etapy obejmują produkcję karbamoilu-P, który jest następnie łączony z grupą aminową (-NH2), która zawiera jeden atom azotu i dwa atomy wodoru. W tym momencie pierścień jest zamknięty i zapewnia podstawową strukturę zasady azotowej. Ostatnie trzy etapy skutkują ukończeniem pierścienia pirymidynowego i przyłączeniem go do pięciowęglowego cukru rybozy.