UMP合成途径.引自

UMP 的合成中使用了两种常见的分子：氨基甲酰磷酸 (CP) 和磷酸核糖焦磷酸 (PRPP)。 前者是尿素合成的中间体，后者参与嘌呤、组氨酸、色氨酸的合成。 然而，这两种分子的用途与以前略有不同。

PRPP作为嘌呤合成的起始“载体”，整个嘌呤环是在磷酸核糖上合成的。 UMP的合成中核糖核苷酸，稍后添加磷酸核糖，嘧啶环的合成从CP开始。 这里催化CP合成的酶是氨基甲酰磷酸合成酶2（CPS-2），它位于细胞质中。 尿素循环中的是CPS-1，位于线粒体中。

细胞质中的氨基甲酰磷酸合成。引自

CPS2催化谷氨酰胺和碳酸氢盐形成氨基甲酰磷酸，消耗2个ATP。 与CPS1相比，直接消耗相同，但CPS1的底物是氨。 由于谷氨酰胺的合成还需要消耗ATP，因此该反应的成本较高。 优点是不依赖氨，可以在氨浓度很低的细胞质中进行。

在人类中，这两种 CPS 之间有一个区别：CPS1 是一种独立的蛋白质，而 CPS2 是三功能蛋白质 CAD 的一部分。 CAD将催化该途径前三步的酶活性融合成一条肽链，包括（天冬氨酸转氨甲酰酶）和（二氢乳清酸酶），故称为CAD。

人类CAD基因结构和反应机制。 引自. 2016 年 7 月 6 日；24(7):1081-94。

这种多酶融合可以提高催化效率，也是一种进化趋势。 哺乳动物脂肪酸合酶（FAS）也是如此。 关于原核生物的活性，一些生物体是催化亚基的独立三聚体，而另一些生物体则具有调节亚基或与它们组合。

不同原核生物的结构。 引自. 2016 年 7 月 6 日；24(7):1081-94。

积极催化氨基甲酰磷酸与天冬氨酸的反应（氨基甲酰磷酸可视为氨基甲酰基的活性形式），生成氨基甲酰天冬氨酸。 PALA（N-膦酰乙酰-L-天冬氨酸）是一种过渡态类似物，因此可以抑制CAD，是一种抗药物。

积极催化氨基甲酰天冬氨酸（CA）两端的羧基和氨基反应生成闭环二氢乳清酸（DHO）。 DHO 在二氢乳清酸脱氢酶 (DHODH) 催化下脱氢生成乳清酸 ()。 乳清酸和 PRPP 形成乳清酸 (OMP)，然后脱羧形成 UMP。

后两个反应也由双功能酶催化，其N端结构域具有乳清酸磷酸核糖基转移酶活性，其C端结构域具有OMP脱羧酶活性，统称为UMP合成酶(UMPS)。

尿嘧啶的胺化可以生成胞嘧啶，但该反应只能发生在NTP水平。 因此，UMP首先与2分子ATP反应生成UTP，然后在CTP合成酶(CTPS)的催化下与谷氨酰胺和ATP反应生成CTP。

CTP的合成. 引自

DNA合成所需的脱氧核糖核苷酸都是通过还原相应的核糖核苷二磷酸而获得的，即还原NDP生成dNDP。 催化该反应的核糖核苷酸还原酶（RNR）是DNA合成和修复中的关键酶，在调节DNA合成的总体速率中发挥着关键作用。

RNR由自由基机制催化，根据自由基产生方式分为三种类型。 第一种类型来自酪氨酸残基，第二种类型来自腺苷钴胺素，第三种来自糖基团。 RNR完成催化后，其关键硫醇基团形成二硫键，需要将其还原为游离硫醇基团。 最终的电子供体是NADPH，但中间有两个电子传递系统，即硫氧还蛋白系统（TRX）和谷氧还蛋白系统（GRX）。 目前推测这两个系统可以互相支持（World J Biol Chem. 2014 Feb 26; 5(1): 68–74.）。

核糖核苷酸还原酶系统. 引自

DNA 所需的胸腺嘧啶是通过尿嘧啶甲基化产生的，这是在 dUMP 上进行的。 该反应由胸腺嘧啶核苷酸合酶 (TYMS) 催化，使用亚甲基四氢叶酸作为甲基供体生成 dTMP。 四氢叶酸（THF）经过甲基转移后生成二氢叶酸（DHF），需要通过二氢叶酸还原酶（DHFR）再生。 dUMP 可以通过 UDP 的还原和去磷酸化，或 dCMP 的脱氨基作用来生成。

dTMP 的合成. 引自

嘧啶核苷酸合成也存在补救途径。 尿嘧啶可与PRPP反应形成UMP，或与1-磷酸核糖反应形成尿苷，然后经尿苷激酶催化形成UMP。 胞嘧啶不能与PRPP反应，但胞嘧啶核苷可以被尿苷激酶催化生成CMP。 脱氧核糖核苷由碱基和1-磷酸脱氧核糖通过磷酸化酶合成，然后通过脱氧核糖核苷激酶生成脱氧核糖核苷酸。

一些辅酶也是核苷酸衍生物。 NAD的合成是烟酸与PRPP反应生成烟酸单核苷酸，然后与ATP缩合生成烟酸腺嘌呤二核苷酸，最后谷氨酰胺酰胺化生成NAD。 NAD 激酶催化 NADP 的产生。

FAD的合成是黄素首先与ATP反应形成黄素单核苷酸(FMN)，然后再与ATP反应形成FAD。 辅酶A的合成是由泛酸首先与ATP反应生成4-磷酸泛硫氨酸，然后与半胱氨酸缩合脱羧形成4-磷酸泛硫氨酸，再与ATP缩合生成去磷酸化辅酶A，最后被磷酸化由ATP转化为辅酶AA