On olemassa kahdenlaisia nukleotideja, joita käytetään luomaan DNA- ja RNA-säikeitä: puriinit ja pyrimidiinit. Rakenteensa perusteella nämä viisi nukleotidiä luokitellaan joko puriiniksi tai pyrimidiiniksi. Nukleotidit sytosiini, tymiini ja urasiili ovat pyrimidiinejä, ja niitä tuotetaan pyrimidiinin biosynteesin kautta.
Kaikilla nukleotideillä on samanlainen perusrakenne, koska ne koostuvat viiden hiilen sokerimolekyylistä, joka on sitoutunut typpeä sisältävään emäkseen ja fosfaattiryhmään. Typpipitoisen emäksen rakenne erottaa pyrimidiinit puriineista. Ne eroavat myös tavasta, jolla ne syntetisoidaan.
Pyrimidiinin biosynteesi voi tapahtua sekä elävän organismin sisällä että sen ulkopuolella tai in vivo ja in vitro. Sekä puriinin että pyrimidiinin biosynteesille on kaksi erilaista reittiä, jotka ovat de novo ja pelastusreitit. De novo -biosynteesin aikana nukleotidi syntetisoidaan tyhjästä tai sen muodostavista molekyyleistä syntyy uusi pyrimidiini. Jo muodostuneita pyrimidiinejä käytetään tai kierrätetään pelastusbiosynteesin aikana. Molemmissa tapauksissa prosessin viimeinen vaihe on pyrimidiinin kiinnittäminen riboosisokeriin.
Pääasiallinen tapa, jolla pyrimidiinin biosynteesi eroaa puriinien biosynteesistä, on pyrimidiinin tai puriinin kokoaminen. Pyrimidiinin biosynteesin aikana pyrimidiini rakennetaan ensin ja kiinnittyy sitten riboosisokeriin. Sitä vastoin puriinit rakentuvat suoraan riboosisokerille.
Pyrimidiinityppipitoinen emäs koostuu kuusijäsenisestä renkaasta, joka sisältää kaksi typpiatomia asemissa yksi ja kolme renkaan sisällä. Tämä on pyrimidiinin osa, joka valmistuu ennen kuin se on kiinnittynyt riboosisokeriin. On kuusi vaihetta, jotka johtavat pyrimidiinin muodostumiseen kahdesta esiastemolekyylistä, jotka ovat karbamoyylifosfaatti (karbamoyyli-P) ja asparagiinihappo.
Riippuen organismin tyypistä, pyrimidiinin biosynteesin kuuden vaiheen suorittamiseen käytetään eri määrää entsyymejä. Bakteereissa on kuusi erillistä entsyymiä tai yksi prosessin jokaisessa vaiheessa. Vain kolme entsyymiä tarvitaan nisäkkäissä.
Pyrimidiinin muodostumiseen liittyy useita erilaisia kemiallisia reaktioita. Kaksi ensimmäistä vaihetta sisältävät karbamoyyli-P:n tuotannon, joka sitten liitetään amiiniryhmään (-NH2), joka sisältää yhden typpiatomin ja kaksi vetyatomia. Tässä vaiheessa rengas sulkeutuu ja muodostaa typpipitoisen emäksen perusrakenteen. Kolme viimeistä vaihetta johtavat siihen, että pyrimidiinirengas valmistuu ja kiinnittyy viiden hiilen riboosisokereihin.