核糖核苷酸还原酶
核糖核苷酸还原酶（英文：Ribonucleotide 还原酶, RNR，别称为核糖核苷二磷酸还原酶）是一种酶，广泛存在于各种生物中，负责催化4种核糖核酸还原，生成相应的脱氧核糖核苷酸，这些脱氧核糖核苷酸是脱氧核糖核酸合成的必需前体。在生物体内，这一反应受到严格的调控。
结构
核糖核苷酸还原酶是一个铁离子依赖型的酶，其在DNA合成中扮演着不可或缺的角色。第一型的核糖核苷酸还原酶由较大的RNR1亚基和较小的RNR2亚基组成，形成异二聚体四聚体结构。在人体中，RNR1亚基由RRM1基因编码，而其异构型态RNR2由RRM2基因和RRM2B基因编码。RNR1单体包含三个区域：含有220个N-端残基的主要尾旋结构、包含480个残基的十股α/β结构，以及包含70个残基的较小五股α/β结构。RNR2含有一个硫酸亚铁中心和一个稳定的酪氨自由基。在大肠杆菌中，酪氨酰自由基位于Y122，而在埃及斑蚊体中位于Y184。这些自由基通常位于蛋白质的疏水环境中，紧邻稳定酪氨酰自由基的铁离子中心。2μ-氧联铁杆的结构由铁结合位点的配体提供，包括4个氨基酸（天门冬氨酸D146、谷氨酸E177、E240和E274）以及两个组氨酸的生物合成（H180和H277）。酶的活性依赖于RNR1和RNR2亚基的结合。活化中心包含来自亚铁中心（RNR1）的活化双硫醇基团和来自RNR2亚基的酪氨酰自由基。其他残基如天冬氨酸D273、色氨酸W48和酪氨酸Y356有助于稳定活化中心的酪氨酰自由基，进行电子转移。电子的转移从RNR2的酪氨酸Y122开始，经过色氨酸W48，最终由RNR1的酪氨酸Y731分离。在活化位中，电子由RNR1转移到RNR2，经过酪氨酸Y356至Y731，再透过酪氨酸Y730到半胱氨酸C439。RNR1的关键氨基酸残基，如天门冬氨酸D64和缬氨酸V292或V284，在异位调节中非常重要；L-脯氨酸P210和P610、亮氨酸L453和L473以及甲硫氨酸M603残基位于活化位的疏水部分；半胱氨酸C225、C436和C451残基参与去除氢原子和转移自由基电子；半胱氨酸C225和C436、天门冬酰胺N434和谷氨酸E441残基与核糖基质结合；酪氨酸Y723和Y743残基决定自由基的转移；半胱氨酸C838和C841残基在活化位用于再生双硫醇基团。
功能
核糖核苷酸还原酶（RNR）从头催化dNTPs的合成。它催化核糖核苷5'-二磷酸（NDPs）的2号碳的环原反应，形成2'-脱氧衍生物，还原为2'-脱氧核糖核苷5'-二磷酸（dNDPs）。这个反应在产生自由基时启动，需要硫氧还原蛋白的双硫醇基团提供的电子。当辅酶I磷（NADPH）提供两个氢原子来还原硫氧还原蛋白的二硫化物基团时，硫氧还原蛋白会再生。三种类型的RNR都有类似的机制来还原NDPs，不同之处在于产生自由基的方式。第一型的还原酶使用亚铁离子中心和三价铁转化为游离的酪氨酰自由基，通常在有氧条件下还原NDP基质。第一型的还原酶分为IA和IB两种类型，分别具有不同的调节作用。IA型通常分布在真核生物、真细菌、噬菌体和病毒中，而IB型则发现于真细菌中。IB型还原酶可以通过双核锰中心稳定地产生自由基。
调节
第一型RNR包含RNR1和RNR2两个亚基，与形成异源二聚体的四聚体有关。RNR1包含变构位点，具有调节基质特异性和活性的功能。4种核糖核苷酸中的一个结合到活性位，取决于变构的配置。RNR的调节是为了维持dNTPs的量。当atp结合到异构活化位时会激活RNR，而当dATP结合到异构活化位时，RNR会失去活性。这种异位调节机制除了控制活性外，还可以调节基质的专一性并确保酶所制造的dNTP是等量的。所有类型在异构位上结合ATP或dATP都会诱导CDP和UDP的还原；2'-脱氧鸟苷5'-三磷酸诱导ADP的还原；2'-脱氧胸腺嘧啶核苷5'-三磷酸（dTTP）诱导GDP的还原。IB型的还原酶不会被dATP抑制，因为它们在异构活化位上缺乏约50个N端的氨基酸。真核生物的IA型还原酶具有附加的调控机制，当dNTPs浓度过高时，会关闭其合成机制，以保护细胞不会因dNTP过剩而导致的细胞毒性或突变效应造成细胞死亡或脱氧核糖核酸损害。RNR可以使用异位调节的morpheein模型进行调节。
RNR1和RNR2抑制剂
针对类型I的RNR抑制剂可以分为三类：转译抑制剂，阻止酶的合成；二聚化抑制剂，预防两个RNR亚基（R1和R2）的关联；催化抑制剂，使R1亚基或R2亚基失活。第一型和第二型RNR的C端相似，都可以被肽类抑制剂抑制。
相关介绍
核糖核苷酸还原酶的基质包括由嘌呤碱或嘧啶碱基、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成的化合物，又称核酸。戊糖与有机碱合成核苷，核苷与磷酸合成核苷酸，4种核苷酸组成核酸。核苷酸主要参与构成核酸，许多单核苷酸也具有多种重要的生物学功能，如与能量代谢有关的三磷酸腺苷（ATP）、脱氢辅酶等。某些核苷酸的类似物能干扰核苷酸代谢，可作为抗癌药物。根据糖的不同，核苷酸有核糖核苷酸及脱氧核糖核苷酸两类。根据碱基的不同，又有6-氨基嘌呤核苷酸（腺苷酸，AMP）、鸟嘌呤核苷酸（鸟苷酸，GMP）、胞嘧啶核苷酸（胞苷酸，CMP）、尿嘧啶核苷酸（尿苷酸,UMP）、胸腺嘧啶核苷酸（胸苷酸，TMP）及次黄嘌呤核苷酸（肌苷酸，IMP）等。核苷酸中的磷酸又有一分子、两分子及三分子几种形式。此外，核苷酸分子内部还可脱水缩合成为环核苷酸。