Биосинтез пиримидиновых оснований у различных организмов, в том числе у млекопитающих, протекает по следующему алгоритму: 25

1. Образование пиримидинового кольца оротовой кислоты из карбамоилфосфата и аспарагиновой кислоты. 2
2. Присоединение к оротовой кислоте D-рибозо-5-фосфатной боковой цепи. 2 Образовавшийся нуклеотид (оротидиловая кислота) декарбоксилируется с образованием нуклеотида урацила (уридинмонофосфата, УМФ). 2
3. Двойное фосфорилирование УМФ. 2 Уридинтрифосфат, образовавшийся после двойного фосфорилирования, аминируется с образованием цитидинтрифосфата. 2
4. Образование нуклеотида тимина (дезокситимидиловая кислота) в реакции метилирования дезоксиуридинмонофосфата. 2

В основном пиримидиновые нуклеотиды синтезируются de novo из простых предшественников, и только 10–20% от общего количества образуются по «запасным» путям из азотистых оснований или нуклеотидов. 5

У других организмов (бактерий, архей и других эукариот) первые три этапа биосинтеза пиримидина выполняются тремя разными ферментами. 3 В грибах существует подобный белок, но ему не хватает функции дигидрооротазы: другой белок катализирует вторую стадию. 3