核苷酸合成的关键调节酶在核苷酸合成过程中起着至关重要的作用，它能够对核苷酸合成的速率和量进行精准调控，以满足细胞在不同生理状态下的需求。核苷酸的合成途径主要包括从头合成途径和补救合成途径，以下分别介绍这两条途径中的关键调节酶。

在嘌呤核苷酸的从头合成途径中，磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPP合成酶）和磷酸核糖酰胺转移酶是关键调节酶。PRPP合成酶催化核糖 - 5 - 磷酸与ATP反应生成磷酸核糖焦磷酸（PRPP），它是嘌呤核苷酸从头合成的重要底物。该酶的活性受到多种因素的调节，如嘌呤核苷酸可以反馈抑制其活性，当细胞内嘌呤核苷酸含量较高时，会抑制PRPP合成酶的活性，从而减少PRPP的生成，进而抑制嘌呤核苷酸的从头合成。磷酸核糖酰胺转移酶则催化PRPP与谷氨酰胺反应，生成5 - 磷酸核糖胺，此反应是嘌呤核苷酸从头合成的限速步骤。该酶同样受到嘌呤核苷酸的反馈抑制，当AMP、GMP等嘌呤核苷酸含量升高时，会抑制磷酸核糖酰胺转移酶的活性，使嘌呤核苷酸的合成速率下降。

嘧啶核苷酸的从头合成途径中，关键调节酶是天冬氨酸氨基甲酰转移酶（ATCase）。在细菌中，ATCase催化氨甲酰磷酸与天冬氨酸反应生成氨甲酰天冬氨酸，这是嘧啶核苷酸合成的关键步骤。该酶的活性受到产物CTP的反馈抑制，当细胞内CTP含量增加时，CTP结合到ATCase的别构调节位点，使酶的构象发生改变，活性降低，从而减少嘧啶核苷酸的合成。在哺乳动物中，关键调节酶是氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPS - Ⅱ），它催化谷氨酰胺、CO₂和ATP生成氨甲酰磷酸。CPS - Ⅱ受到UMP的反馈抑制，当细胞内UMP含量升高时，会抑制CPS - Ⅱ的活性，进而抑制嘧啶核苷酸的合成。

在补救合成途径中，腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）和次黄嘌呤 - 鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）是关键酶。APRT催化腺嘌呤与PRPP反应生成AMP，HGPRT催化次黄嘌呤与PRPP反应生成IMP，或催化鸟嘌呤