核糖核苷酸 – – 核糖核苷酸水解酶偏高

核糖核苷酸（核糖核苷酸水解酶偏高）
嘧啶核苷酸的從頭合成是先合成UMP，再從UMP衍生CMP和dTMP。嘧啶環簡單，所以合成步驟少，沒有分支。相對而言，在嘌呤環合成過程中，組氨酸合成釋放的AICAR可視為一個分支。

UMP合成途徑。引自《醫學生物化學》雜誌
兩種常見的分子用於合成UMP:氨基甲醯磷酸(CP)和磷酸核糖焦磷酸(PRPP)。前者是尿素合成的中間體，後者參與嘌呤、組氨酸和色氨酸的合成。不過，這兩種分子的用途和以前略有不同。
PRPP作為嘌呤合成的初始“載體”，整個嘌呤環都是在磷酸核糖上合成的。但在UMP的合成中，後期加入了磷酸核糖，嘧啶環的合成從CP開始。這裡，催化CP合成的酶是氨甲醯磷酸合酶2(CPS-2)，它位於細胞質中。CPS-1存在於尿素的線粒體中。

細胞質中氨甲醯磷酸的合成。引自《醫學生物化學》雜誌
CPS2催化谷氨醯胺和碳酸氫鹽形成氨甲醯磷酸，消耗2 ATP。與CPS1相比，直接消耗相同，但CPS1的底物是氨。因為谷氨醯胺的合成還需要消耗ATP，所以這個反應消耗的比較多。它的優點是擺脫了對氨的依賴，可以在低氨濃度的細胞質中進行。
對人體來說，這兩種CP還有一個區別:CPS1是一個獨立的蛋白質，而CPS2是三功能蛋白質CAD的一部分。CAD將催化該途徑前三步的酶活性結合成一條肽鏈，即CPSase、ATCase(天冬氨酸轉氨酶)和DHOase(二氫乳清酸酶)，因此稱為CAD。

人類冠心病的基因結構和反應機制。引自結構。2016年7月6日；24(7):1081-94.
這種多酶融合可以提高催化效率，也是一種進化趨勢。哺乳動物的脂肪酸合酶(FAS)也是如此。關於ATCase在原核生物中的活性，一些生物是單獨催化亞基的三聚體，而另一些生物具有調節亞基或與DHOase結合。

不同原核生物的ATCase結構。引自結構。2016年7月6日；24(7):1081-94.
ATCase活性催化氨甲醯磷酸與天冬氨酸(氨甲醯磷酸可視為氨甲醯基的活性形式)反應生成氨甲醯天冬氨酸。PALA(N-膦醯基乙醯-L-天冬氨酸)是ATCase的過渡類似物，因此可以抑制CAD，是一種抗腫瘤藥物。
DHOase的活性是催化氨甲醯天冬氨酸(CA)兩端的羧基和氨基反應生成閉環二氫乳清酸(DHO)。Dh被二氫乳清酸脫氫酶(DHODH)催化脫氫生成乳清酸。乳酸與PRPP反應形成乳清單磷酸(OMP)，然後脫羧形成UMP。
後兩步反應也由雙功能酶催化，其N端結構域具有乳清酸磷酸核糖轉移酶活性，C端具有OMP脫羧酶活性，統稱為UMP合成酶(UMPS)。
尿嘧啶能產生胞嘧啶，但這個反應只能在NTP水平上進行。因此，UMP首先與2分子ATP反應生成UTP，然後在CTP合酶(CTPS)的催化下與谷氨醯胺和ATP反應生成CTP。

CTP的合成引自《醫學生物化學》雜誌
DNA合成所需的脫氧核苷酸透過還原相應的核糖核苷二磷酸獲得，即透過還原NDP產生dNDP。催化這一反應的核糖核苷酸還原酶(RNR)是DNA合成和修復的關鍵酶，在調節DNA合成的總體速率方面起著關鍵作用。
Rn由自由基機制催化，根據自由基產生的方式可分為三種。第一類來自酪氨酸殘基，第二類來自鈷胺素腺苷，第三類來自糖基。RN被催化後，其關鍵巰基形成二硫鍵，需要還原成遊離巰基。最終的電子供體都是NADPH，但電子傳遞中間有兩個系統，即硫氧還蛋白系統(TRX)和谷氧還蛋白系統(GRX)。目前推測兩個系統可以互為備份(World J Biol Chem。2014年2月26日；5(1): 68–74.)。

核苷酸還原酶系統。引自《醫學生物化學》雜誌
DNA需要的胸腺嘧啶是尿嘧啶甲基化生成的，甲基化是在dUMP上進行的。該反應由胸腺嘧啶核苷酸合成酶(TYMS)催化，透過使用亞甲基四氫葉酸作為甲基供體產生dTMP。反式甲基四氫葉酸(THF)產生二氫葉酸(DHF)，需要二氫葉酸還原酶(DHFR)再生。可以透過UDP還原和脫磷，或透過dCMP脫氨作用產生DUMP。

dTMP的合成引自《醫學生物化學》雜誌
還有一種嘧啶核苷酸合成的補救方法。尿嘧啶可與PRPP或尿苷與1-磷酸核糖形成UMP，然後UMP被尿苷激酶催化。胞嘧啶不能與PRPP反應，但胞苷可以被尿苷激酶催化產生CMP。而鹼基脫氧核糖-1-磷酸可以透過磷酸化酶合成脫氧核糖核苷，然後透過脫氧核糖核苷激酶生成脫氧核苷酸。
有些輔酶也屬於核苷酸衍生物。NAD的合成是煙酸與PRPP反應生成煙酸單核苷酸，再與ATP縮合生成煙酸腺嘌呤二核苷酸，最後被谷氨醯胺化生成NAD。NAD激酶可以催化它產生NADP。
FAD的合成是由黃素和ATP形成黃素單核苷酸(FMN)，再由ATP形成FAD。輔酶a的合成是泛酸與ATP反應生成4-磷酸泛酸，然後與半胱氨酸縮合脫羧生成4-磷酸泛醯巰基乙胺，再與ATP縮合生成脫磷酸輔酶a，最後被ATP磷酸化生成輔酶a。