嘌呤代谢包括嘌呤核苷酸的从头合成、回收和降解。嘌呤是 DNA 和 RNA、ATP 和 GTP、NAD+ 和 FAD 等辅酶以及 cAMP 和 cGMP 等信号分子的重要组成部分。

嘌呤环

嘌呤环系统由与咪唑环稠合的嘧啶环组成。嘌呤环的九个原子源自多个前体。甘氨酸提供碳 4 和 5 以及氮 7。谷氨酰胺提供氮 3 和 9。天冬氨酸提供氮 1。叶酸代谢中的甲酸提供碳 2 和 8。最终的碳，碳 6，来自碳酸氢盐。这种生物合成起源是由布坎南和格林伯格使用同位素示踪剂进行的经典营养研究确定的。

从头嘌呤合成

嘌呤合成在核糖 5-磷酸支架上逐步构建环系统，这与嘧啶合成在核糖附着之前形成环不同。该途径始于 5-磷酸核糖，被 PRPP 合成酶激活为 5-磷酸核糖基-1-焦磷酸。 PRPP 是一种连接碳水化合物和核苷酸代谢的中心代谢物，在嘌呤和嘧啶合成中被消耗。

嘌呤合成的第一个关键步骤是在酰胺磷酸核糖基转移酶的催化下，由 PRPP 和谷氨酰胺形成 5-磷酸核糖胺。该酶被最终产物 IMP、AMP 和 GMP 抑制。另外十个反应将 PRA 转化为肌苷单磷酸。该途径消耗四个 ATP 当量，其中几个步骤涉及 ATP 依赖性磷酸化。

转换为 AMP 和 GMP

IMP是AMP和GMP合成的分支点。腺苷琥珀酸合成酶以 GTP 为能源，将 IMP 与天冬氨酸缩合，形成腺苷琥珀酸。然后腺苷琥珀酸裂解酶消除富马酸以产生 AMP。 AMP 的形成需要 GTP，从而在嘌呤和 GTP 池之间建立调节联系。

IMP 脱氢酶将 IMP 氧化为单磷酸黄苷，消耗 NAD+ 并产生 NADH。然后 GMP 合成酶使用谷氨酰胺和 ATP 将 XMP 胺化。该分支使用 ATP，在 AMP 和 GMP 合成之间建立相互关系。 AMP 和 GMP 合成之间的平衡由作为分支酶的变构效应子的鸟嘌呤和腺嘌呤核苷酸调节。

嘌呤回收

挽救途径回收游离嘌呤碱基，这比从头合成在能量上更有效。次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶使用 PRPP 作为磷酸核糖基供体，将次黄嘌呤转化为 IMP，将鸟嘌呤转化为 GMP。腺嘌呤磷酸核糖转移酶将腺嘌呤转化为 AMP。

嘌呤补救途径在从头合成能力有限的组织中尤其重要，包括红细胞、白细胞和大脑。 HGPRT 缺乏会导致 Lesch-Nyhan 综合征，这是一种 X 连锁疾病，其特征是高尿酸血症、痛风、神经功能障碍和自残行为。这种缺陷会阻碍嘌呤的回收，导致 PRPP 积累并加速从头合成。

嘌呤降解

嘌呤降解从核苷酸到核苷到游离碱到尿酸。 AMP 被 AMP 脱氨酶脱氨基为 IMP，然后被 5-引物核苷酸酶去磷酸化为肌苷。嘌呤核苷磷酸化酶将肌苷裂解为次黄嘌呤和1-磷酸核糖。鸟嘌呤被鸟嘌呤酶脱氨基为黄嘌呤。黄嘌呤氧化酶是一种含钼黄素蛋白，将次黄嘌呤氧化为黄嘌呤，将黄嘌呤氧化为尿酸，并产生副产物过氧化氢。

在大多数哺乳动物中，尿酸酶进一步将尿酸氧化为更易溶于水的尿囊素。由于灵长类动物进化过程中发生的突变，人类缺乏尿酸酶，使得尿酸成为最终的排泄产物。尿酸的溶解度有限，它在关节中结晶会引起痛风。

监管

与许多代谢途径 一样，嘌呤合成受反馈抑制和 PRPP 的可用性调节。酰胺磷酸核糖基转移酶是主要控制点，被 AMP 和 GMP 抑制并被 PRPP 激活。 PRPP 合成酶被 ADP 和 GDP 抑制。分支酶相互调节：高 GTP 促进 AMP 合成，而高 ATP 促进 GMP 合成。