嘧啶代谢涵盖嘧啶核苷酸的从头合成、补救和降解。与嘌呤合成不同，嘧啶环首先组装，然后附着到核糖-5-磷酸上。
嘧啶的从头合成
嘧啶途径始于细胞质中，由氨基甲酰磷酸合成酶II催化，从谷氨酰胺和碳酸氢盐形成氨基甲酰磷酸。这不同于参与尿素循环的线粒体CPS I酶，并使用谷氨酰胺而非氨作为氮供体。CPS-II是嘧啶合成的关键和限速步骤。
天冬氨酸转氨甲酰酶催化第二步，将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是别构调节的经典模型，但在哺乳动物中，平衡更简单，CPS-II是主要调节点。
二氢乳清酸酶将N-氨基甲酰天冬氨酸环化形成二氢乳清酸，然后由二氢乳清酸脱氢酶氧化为乳清酸。该酶位于线粒体内膜外表面，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。乳清酸磷酸核糖转移酶将PRPP加到乳清酸上形成乳清苷一磷酸，然后由OMP脱羧酶脱羧形成UMP。
转化为UTP和CTP
UMP由两种激酶依次磷酸化。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。CTP合成酶然后将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，被GTP激活，在嘌呤和嘧啶池之间提供调节联系。
胸苷酸合成
胸苷酸dTMP由胸苷酸合酶从dUMP合成。该反应将亚甲基从亚甲基四氢叶酸转移到dUMP并还原为甲基，生成dTMP和二氢叶酸。这是胸苷核苷酸的唯一从头来源，对DNA复制至关重要。
二氢叶酸由二氢叶酸还原酶还原回四氢叶酸，二氢叶酸还原酶是抗癌药物甲氨蝶呤的靶点。胸苷酸合酶反应也被5-氟尿嘧啶靶向，它与酶形成稳定的共价复合物。这些药物通过阻断DNA合成选择性杀死快速分裂的细胞。
嘧啶补救
嘧啶补救不如嘌呤补救高效。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补救。与嘌呤的HGPRT不同，没有用于游离嘧啶碱基的高效补救酶，尽管通过核苷磷酸化酶发生一些相互转化。
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。胸腺嘧啶遵循相同途径，产生β-氨基异丁酸、氨和二氧化碳。β-氨基异丁酸排泄在尿液中，其水平随胸腺嘧啶转换（包括来自DNA降解）而变化。
调节
与许多代谢途径一样，嘧啶合成在CPS-II受到调节，被PRPP和ATP激活，被UTP和CTP抑制。肝脏具有高CPS-II活性，同时也表达用于尿素循环的CPS-I，允许独立调节嘧啶合成和氮处理。OMP脱羧酶被UMP和CMP通过产物抑制。核苷酸的相互转化受细胞能量状态调节，CTP合成需要ATP，dTMP合成与叶酸循环相连。
