嘧啶代谢涵盖嘧啶核苷酸的从头合成、回收和降解。与嘌呤合成不同，嘧啶环首先组装，然后连接至核糖-5-磷酸。

嘧啶从头合成

嘧啶途径始于细胞质，在氨基甲酰磷酸合成酶 II 的催化下，谷氨酰胺和碳酸氢盐形成氨基甲酰磷酸。这与参与尿素循环的线粒体 CPS I 酶不同，并且使用谷氨酰胺而不是氨作为氮供体。 CPS-II 是嘧啶合成的关键限速步骤。

天冬氨酸转氨基甲酰酶催化第二步，使氨基甲酰磷酸与天冬氨酸缩合形成N-氨基甲酰天冬氨酸。在细菌中，ATCase 是变构调节的经典模型，但在哺乳动物中，平衡更简单，CPS-II 是主要调节点。

二氢乳清酶环化N-氨基甲酰天冬氨酸形成二氢乳清酸，然后二氢乳清酸脱氢酶将其氧化为乳清酸。该酶位于线粒体内膜的外表面，使用泛醌作为电子受体，将嘧啶合成与电子传递链连接起来。乳清酸磷酸核糖基转移酶将PRPP添加到乳清酸上形成乳清酸单磷酸，然后通过OMP脱羧酶脱羧形成UMP。

转换为 UTP 和 CTP

UMP 依次被两种激酶磷酸化。 UMP-CMP 激酶使用 ATP 将 UMP 磷酸化为 UDP，核苷二磷酸激酶将 UDP 转化为 UTP。然后CTP合成酶将UTP胺化形成CTP，使用谷氨酰胺作为氮供体，ATP作为能量来源。 CTP 合成酶被 CTP 抑制并被 GTP 激活，在嘌呤和嘧啶库之间提供调节连接。

胸苷酸合成

胸苷酸，dTMP，是由胸苷酸合酶从 dUMP 合成的。该反应将亚甲基从亚甲基四氢叶酸转移至 dUMP，并将其还原为甲基，生成 dTMP 和二氢叶酸。这是胸苷核苷酸的唯一从头来源，对于 DNA 复制 至关重要。

二氢叶酸被二氢叶酸还原酶还原成四氢叶酸，这是抗癌药物甲氨蝶呤的靶点。胸苷酸合成酶反应也是 5-氟尿嘧啶的目标，5-氟尿嘧啶与酶形成稳定的共价复合物。这些药物通过阻断 DNA 合成来选择性地杀死快速分裂的细胞。

嘧啶回收

嘧啶补救的效率低于嘌呤补救。尿苷和胞苷被尿苷-胞苷激酶磷酸化形成UMP和CMP。胸苷被胸苷激酶磷酸化。脱氧核苷由脱氧胞苷激酶和胸苷激酶 2 进行挽救。与嘌呤的 HGPRT 不同，游离嘧啶碱基没有有效的挽救酶，尽管通过核苷磷酸化酶发生了一些相互转化。

嘧啶降解

嘧啶降解产生适合排泄的可溶性终产物。胞嘧啶被胞苷脱氨酶脱氨基为尿嘧啶。尿嘧啶被二氢嘧啶脱氢酶还原为二氢尿嘧啶，这是分解代谢的限速步骤。二氢嘧啶酶打开环产生β-丙氨酸、氨和二氧化碳。胸腺嘧啶遵循相同的途径，产生β-氨基异丁酸、氨和二氧化碳。 β-氨基异丁酸通过尿液排出，其水平随胸腺嘧啶周转（包括 DNA 降解）而变化。

监管

与许多代谢途径一样，嘧啶合成在 CPS-II 上受到调节，CPS-II 被 PRPP 和 ATP 激活，并被 UTP 和 CTP 抑制。肝脏具有高 CPS-II 活性，并且还表达用于尿素循环的 CPS-I，从而能够独立调节嘧啶合成和氮处理。 OMP 脱羧酶通过产物抑制被 UMP 和 CMP 抑制。核苷酸的相互转化受细胞能量状态的调节，CTP 合成和 dTMP 合成与叶酸循环相关，需要 ATP。