不同原核生物的ATCase结构。引自Structure. 2016 Jul 6;24(7):1081-94.
ATCase活性催化氨甲酰磷酸与天冬氨酸反应（氨甲酰磷酸可看作氨甲酰基的活性形式），生成氨甲酰天冬氨酸。PALA（N-膦酰基乙酰基-L-天冬氨酸）是ATCase过渡态类似物，所以可抑制CAD，是一种anti-tumoral drug。
DHOase活性催化氨甲酰天冬氨酸（CA）两端的羧基和氨基反应，生成闭环的二氢乳清酸（DHO）。DHO被二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）催化脱氢，生成乳清酸（orotate）。乳清酸与PRPP生成乳清苷酸（OMP），再脱羧生成UMP。
后两步反应也是由一个双功能酶催化，其N端结构域具有乳清酸磷酸核糖基转移酶活性，C端具有OMP脱羧酶活性，合称UMP合成酶（UMPS）。
尿嘧啶胺化可以生成胞嘧啶，但这个反应只能在NTP水平上进行。所以UMP先与2分子ATP反应生成UTP，然后在CTP合成酶（CTPS）催化下与谷氨酰胺和ATP反应，生成CTP。
CTP的合成。引自themedicalbiochemistrypage
合成DNA所需的脱氧核糖核苷酸都是由相应的核糖核苷二磷酸还原得到的，即由NDP还原生成dNDP。催化这个反应的核糖核苷酸还原酶（Ribonucleotide reductase，RNR）是DNA合成和修复的关键酶，在调节DNA合成的总速率中起关键作用。
RNR是通过自由基机制催化的，根据产生自由基的方式分为三种类型，第一类来自酪氨酸残基，第二类来自腺苷钴胺素，第三类来自糖基。RNR完成催化后，其关键巯基生成了二硫键，需要将其还原为自由巯基。最终电子供体均为NADPH，但中间的电子传递有两个系统，即硫氧还蛋白系统（TRX）和谷氧还蛋白系统（GRX）。目前推测两个系统之间可以互为备份（World J Biol Chem. 2014 Feb 26; 5(1): 68–74.）。
核糖核苷酸还原酶系统。引自themedicalbiochemistrypage
DNA需要的胸腺嘧啶是由尿嘧啶甲基化生成的，在dUMP上进行。这个反应由胸腺嘧啶核苷酸合成酶（TYMS）催化，以甲叉四氢叶酸为甲基供体，生成dTMP。转甲基后四氢叶酸（THF）生成了二氢叶酸（DHF），需要由二氢叶酸还原酶（DHFR）催化其再生。dUMP可由UDP还原、脱磷酸生成，也可由dCMP脱氨生成。
dTMP的合成。引自themedicalbiochemistrypage
嘧啶核苷酸合成也有补救途径。尿嘧啶可与PRPP生成UMP，也可与1-磷酸核糖生成尿苷，再被尿苷激酶催化生成UMP。胞嘧啶不能与PRPP反应，但胞苷可被尿苷激酶催化生成CMP。碱基和脱氧核糖-1-磷酸可由磷酸化酶合成脱氧核糖核苷，再由脱氧核糖核苷激酶生成脱氧核糖核苷酸。
一些辅酶也属于核苷酸衍生物。NAD的合成是由烟酸与PRPP反应，生成烟酸单核苷酸，再与ATP缩合生成烟酸腺嘌呤二核苷酸，最后由谷氨酰胺酰胺化生成NAD。NAD激酶可催化其生成NADP。
FAD的合成是由黄素先与ATP生成黄素单核苷酸（FMN），再与ATP生成FAD。辅酶A的合成是由泛酸先与ATP生成4-磷酸泛酸，再与半胱氨酸缩合并脱羧生成4-磷酸泛酰巯基乙胺，与ATP缩合成脱磷酸辅酶A，最后被ATP磷酸化成辅酶A。
