Пиримидиновое кольцо образуется из простых предшественников: глутамина,аспартата и со₂. Затем оно взаимодействует с ФРПФ и превращается в уридин-5^´-монофосфат – УМФ (рис.1).

В первой реакции, которая является регуляторной, синтезируется карбамоилфосфат. В этой реакции аминогруппа карбамоилфосфата образуется за сет амидной группы глутамина и цитозольной карбамоилфосфатсинтетазы II.

Карбамоилфосфат конденсируется с аспартатом, образуя карбамоиласпартат, под действием аспартаттранскарбамоилазы. Затем дигидрооротаза катализирует образование пиримидинового кольца с освобождением воды.

Все три фермента, которые катализируют первые три реакции функциональные единицы одного белка – КАД.  

Дигидрооротат, который образовался, поддается НАД-зависимому дегидрированию, превращаясь в оротат. К нему присоединяется рибозо-5-фосфат из ФРПФ, образуя пиримидиновый нуклеотид - оротидинмонофосфат (ОМФ). Реакцию катализирует оротатфосфорибозилтрансфераза. ОМФ поддается декарбоксилированию с образованием уридинмонофосфата (УМФ) (рис. 1).

Рис 1. Происхождение атомов пиримидинового кольца и синтез УМФ:

I-КАД-фермент: 1-карбомоилфосфатсинтетаза II; 2-аспартаттранскарбомоилаза; 3-дигидрооротаза; 4-дигидрооротатдегидрогеназа; II-УМФ-синтаза: 5-оротатфосфорибозилтрансфераза, 6-ОМФ-декарбоксилаза.

Под действием АТФ-зависимых нуклеозидмонофосфокиназ и нуклеозиддифосфокиназ УМФ превращается в УДФ, который является предшественником в синтезе УТФ, ЦТФ и дТМФ:

УДФ + АТФ → УТФ + АДФ.

 При превращении УТФ на ЦТФ необходимо отметить, что донором аминогруппы является глутамин, источником энергии - АТФ. Реакцию катализирует АТФ-зависимая ЦТФ- синтаза.

Превращение УДФ в ТМФ (рис. 3) начинается с преобразования УДФ в дУДФ по схеме:

УДФ → дУДФ

под действием рибонуклеотидилредуктазного комплекса, который содержит тиоредоксин (рис. 2)

Рис 2. Восстановление рибонуклеозиддифосфатов в дезоксипроизводные.

Рис 3. Синтез тимидин-5'-монофосфата.

       Тимидилатсинтаза ингибируется 5-фторурацилом, который в организме человека превращается в структурный аналог дТДФ - дезокси-5-фторуридинмонофосфат (д-5-ФУМФ), а производным аминоптерина - метотрексатом.

 «Запасной» путь синтеза пиримидиновых нуклеотидов

Пиримидины когут бать предшественниками в «запасном» пути синтеза соответствующих нуклеотидов. Эту реакцию катализирует пиримидинфосфорибозилтрансфераза, которая использует ФРПФ как источник рибозо-1- фосфата.