由于嘧啶分子比嘌呤更简单，所以它们的合成也更简单，但仍然是由现成的组分合成的。谷氨酰胺的酰胺氮和二氧化碳提供原子2和3或嘧啶环。然而，它们在转化为氨基甲酰磷酸盐后就会这样做。环的其他四个原子由天冬氨酸提供。与嘌呤核苷酸一样，该分子的糖磷酸部分由磷酸核糖焦磷酸（prpp）提供。
氨基甲酰磷酸酯
嘧啶的合成始于那些能够制造嘧啶的组织的胞浆中合成的氨基甲酰磷酸酯(在脾脏、胸腺、胃肠道和睾丸中最高)。它使用的酶与尿素合成所用的酶不同。氨基甲酰磷酸合成酶ii(cps ii)更喜欢谷氨酰胺而不是游离氨，并且不需要n-乙酰谷氨酸。
形成乳清酸
在天冬氨酸转氨甲酰化酶存在下，氨甲酰磷酸酯与天冬氨酸缩合生成n-氨基甲酰天冬氨酸，然后转化为二氢甲酸酯。
在人类中，cpsii、asp-转氨甲酰化酶和二氢甲基化酶活性是多功能蛋白的一部分。
这个环被一种复杂的、人们知之甚少的酶氧化后，会产生游离的嘧啶，即乳清酸。这种酶位于线粒体内膜的外表面，与其他胞质酶形成对比。请注意与嘌呤合成的对比，在嘌呤合成中，核苷酸首先形成，而嘧啶首先作为自由碱基合成。
核苷酸的形成
用prpp将乳清酸转化为核苷酸。然后omp被依次转换成其他嘧啶核苷酸，而不是通过分支途径。omp脱羧得到ump。o-prt和omp脱羧酶也是一种多功能蛋白。ump转化为三磷酸后，加入谷氨酰胺，以atp为代价，生成ctp（胞苷三磷酸）。
嘧啶核苷酸从头合成的控制
人体内嘧啶核苷酸合成的调控主要在胞质cps ii水平进行。utp抑制酶，与atp竞争，而prpp激活它。也存在其他次级控制位点(例如，omp脱羧酶被ump和cmp抑制)。在正常情况下，这些可能不是很重要。
在细菌中，天冬氨酸氨甲酰化酶是控制酶。细菌中只有一种氨甲酰磷酸合成酶，因为它们没有线粒体。因此，氨基甲酰磷酸酯参与这些有机体中导致嘧啶核苷酸或精氨酸的分支途径。
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