Ada dua jenis nukleotida yang digunakan untuk membuat untai DNA dan RNA: purin dan pirimidin. Berdasarkan strukturnya, lima nukleotida diklasifikasikan sebagai purin atau pirimidin. Nukleotida sitosin, timin dan urasil adalah pirimidin, dan mereka diproduksi melalui biosintesis pirimidin.
Semua nukleotida memiliki struktur dasar yang serupa karena mereka terdiri dari molekul gula lima karbon yang terikat pada basa yang mengandung nitrogen dan gugus fosfat. Struktur basa nitrogen inilah yang membedakan pirimidin dari purin. Mereka juga berbeda dalam cara mereka disintesis.
Biosintesis pirimidin dapat terjadi baik di dalam organisme hidup maupun di luar, atau in vivo dan in vitro. Ada dua jalur yang berbeda untuk biosintesis purin dan pirimidin, yaitu jalur de novo dan jalur penyelamatan. Selama biosintesis de novo, nukleotida disintesis dari awal, atau pirimidin baru dibuat dari molekul yang menyusunnya. Pirimidin yang telah terbentuk digunakan, atau didaur ulang, selama biosintesis penyelamatan. Dalam kedua kasus, langkah terakhir dari proses ini adalah menempelkan pirimidin ke gula ribosa.
Cara utama biosintesis pirimidin berbeda dari biosintesis purin adalah bagaimana pirimidin atau purin dirakit. Selama biosintesis pirimidin, pirimidin dibangun terlebih dahulu dan kemudian dilekatkan pada gula ribosa. Sebaliknya, purin dibangun tepat di atas gula ribosa.
Basa nitrogen pirimidin terdiri dari cincin enam anggota yang mengandung dua atom nitrogen pada posisi satu dan tiga di dalam cincin. Ini adalah bagian dari pirimidin yang selesai sebelum melekat pada gula ribosa. Ada enam langkah yang mengarah pada pembentukan pirimidin dari dua molekul prekursor, yaitu karbamoil fosfat (karbamoil-P) dan asam aspartat.
Tergantung pada jenis organisme, jumlah enzim yang berbeda digunakan untuk melakukan enam langkah biosintesis pirimidin. Di dalam bakteri, ada enam enzim yang berbeda, atau satu untuk setiap langkah proses. Hanya tiga enzim yang diperlukan dalam mamalia.
Beberapa reaksi kimia yang berbeda terlibat dalam pembuatan pirimidin. Dua langkah pertama melibatkan produksi karbamoil-P, yang kemudian bergabung dengan gugus amina (-NH2) yang mengandung satu atom nitrogen dan dua atom hidrogen. Pada titik ini, cincin tertutup dan menyediakan struktur dasar basa nitrogen. Tiga langkah terakhir menghasilkan cincin pirimidin yang lengkap dan melekat pada gula lima karbon ribosa.