Det finns två typer av nukleotider som används för att skapa strängar av DNA och RNA: puriner och pyrimidiner. Baserat på deras struktur klassificeras de fem nukleotiderna som antingen purin eller pyrimidin. Nukleotiderna cytosin, tymin och uracil är pyrimidiner, och de produceras genom pyrimidinbiosyntes.
Alla nukleotider har en liknande grundstruktur genom att de är uppbyggda av en sockermolekyl med fem kolatomer som är bunden till en kväveinnehållande bas och en fosfatgrupp. Strukturen av den kvävehaltiga basen är det som skiljer pyrimidiner från puriner. De skiljer sig också åt i sättet att syntetisera.
Pyrimidinbiosyntes kan ske både inuti en levande organism och utanför, eller in vivo och in vitro. Det finns två olika vägar för både purin- och pyrimidinbiosyntes, som är de novo- och räddningsvägar. Under de novo biosyntesen syntetiseras nukleotiden från grunden, eller så skapas en ny pyrimidin från molekylerna som utgör den. Pyrimidiner som redan har bildats används, eller återvinns, under räddningsbiosyntesen. I båda fallen är det sista steget i processen att fästa pyrimidinet till ett ribossocker.
Det huvudsakliga sättet att pyrimidinbiosyntes skiljer sig från purinbiosyntes är hur pyrimidin eller purin sätts ihop. Under pyrimidinbiosyntesen byggs pyrimidinet först och fästs sedan till ribossockret. Däremot byggs puriner direkt på ribossockret.
Den kvävehaltiga pyrimidinbasen är uppbyggd av en sexledad ring som innehåller två kväveatomer i positionerna ett och tre i ringen. Detta är den del av pyrimidinen som är färdig innan den fästs vid ribossockret. Det finns sex steg som leder till bildandet av en pyrimidin från de två prekursormolekylerna, som är karbamoylfosfat (karbamoyl-P) och asparaginsyra.
Beroende på typen av organism används olika antal enzymer för att utföra de sex stegen i pyrimidinbiosyntesen. Inom bakterier finns sex distinkta enzymer, eller ett för varje steg i processen. Endast tre enzymer är nödvändiga inom däggdjur.
Flera olika kemiska reaktioner är involverade i att skapa en pyrimidin. De två första stegen involverar framställning av karbamoyl-P, som sedan sammanfogas med en amingrupp (-NH2) som innehåller en kväveatom och två väteatomer. Vid denna tidpunkt är ringen stängd och ger den grundläggande strukturen för den kvävehaltiga basen. De sista tre stegen resulterar i att pyrimidinringen fullbordas och fästs vid ribossockret med fem kolatomer.