嘌呤核苷酸循環是蛋白質代謝中的一種代謝途徑，需要氨基酸天冬氨酸和谷氨酸。 該循環用于調節腺嘌呤核苷酸的水平，其中產生氨和富馬酸鹽。 腺嘌呤（一種嘌呤）轉化為 AMP，然后轉化為 IMP 和副產物氨。 IMP 轉化為 S-AMP（腺苷酸琥珀酸鹽），然后轉化為 AMP 和副產品富馬酸鹽。 當富馬酸鹽進入克雷布斯循環然后進入電子傳輸鏈時，它會通過氧化磷酸化繼續產生 ATP（能量）。 Lowenstein 首先描述了這條途徑，并概述了它在氨基酸分解代謝和通過糖酵解和克雷布斯循環調節通量等過程中的重要性。

由腺嘌呤產生的 AMP 是最直接的途徑； 然而，AMP 可以通過不太直接的代謝途徑產生，例如 IMP 的從頭合成或通過鳥嘌呤（一種嘌呤）和任何嘌呤核苷酸和核苷的補救途徑。 IMP 是從葡萄糖通過戊糖磷酸途徑從頭合成的，該途徑產生核糖 5-P，然后轉化為 PRPP，而 PRPP 與氨基酸甘氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸（參見嘌呤代謝）可以進一步轉化為 IMP。

該循環包括三個酶催化反應。 xxx階段是嘌呤核苷酸一磷酸腺苷 (AMP) 脫氨形成肌苷一磷酸 (IMP)，由 AMP 脫氨酶催化：

AMP + H2O → IMP + NH4+

第二階段是從 IMP 和氨基酸天冬氨酸形成腺苷酸琥珀酸，這與 GTP 的能量水解相結合，并由腺苷酸琥珀酸合成酶催化：

天冬氨酸 + IMP + GTP → 腺苷酸琥珀酸 + GDP + Pi

最后，腺苷酸琥珀酸被腺苷酸琥珀酸裂解酶裂解，釋放富馬酸并再生 AMP 的起始原料：

腺苷酸琥珀酸 → AMP + 富馬酸

最近的一項研究表明，HIF-1α 的激活允許心肌細胞在缺氧應激期間維持線粒體膜電位，方法是利用腺苷酸琥珀酸裂解酶產生的富馬酸鹽作為替代末端電子受體代替氧氣。 這種機制應該有助于在缺血心臟中提供保護。

嘌呤核苷酸循環發生在骨骼肌肌漿的胞質溶膠（一種凝膠狀物質）中，以及心肌和平滑肌細胞質的肌細胞胞漿區室中。 當 ATP 庫耗盡時，例如劇烈運動、禁食或饑餓，就會發生這種循環。

蛋白質分解代謝成氨基酸，而氨基酸是嘌呤、核苷酸和核苷的前體，用于嘌呤核苷酸循環。 氨基酸谷氨酸用于中和 AMP 轉化為 IMP 時產生的氨。 另一種氨基酸天冬氨酸與 IMP 一起用于在循環中產生 S-AMP。 肌肉有可用的氨基酸供應用于分解代謝，這些包括所謂的游離氨基酸庫。 然而，持續的肌肉收縮，尤其是當碳水化合物供應和/或供應不足時，需要蛋白質分解代謝來維持游離氨基酸。

嘌呤核苷酸循環還有助于維持肌激酶反應，方法是減少肌肉收縮后通過磷酸原系統 (ATP-PCr) 在波紋管反應中產生的 AMP 的積累。

2 ATP → 2 ADP + 2 Pi（ATP 酶利用 ATP 進行肌肉收縮）2 ATP + 2 肌酸 → 2 ADP + 2 CP（由肌酸激酶催化）2 ADP → ATP + AMP（由腺苷酸激酶/肌激酶催化）

AMP可去磷酸化為腺苷并擴散出細胞外； 因此，嘌呤核苷酸循環也可以減少細胞中腺苷的損失，因為核苷會滲透細胞膜，而核苷酸則不會。

富馬酸是 TCA 循環的中間體，通過轉化為蘋果酸并利用蘋果酸穿梭進入線粒體，在那里它被轉化為草酰乙酸 (OAA)。 OAA 進入 TCA 循環或在線粒體中轉化為天冬氨酸。 天冬氨酸可以重新進入嘌呤核苷酸循環。

草酰乙酸 + 谷氨酸 ? α-酮戊二酸 + 天冬氨酸（由天冬氨酸轉氨酶催化）

如上所述由OAA產生的谷氨酸獲得NH3成為谷氨酰胺并進入循環到達腎臟。 在腎臟中，谷氨酰胺脫氨兩次形成谷氨酸，然后形成 α-酮戊二酸。 這些 NH3 分子中和肌肉中產生的有機酸（乳酸和酮體）。

一些代謝性肌病涉及嘌呤核苷酸循環利用不足或過度，導致運動引起的肌肉細胞中過多的 AMP 積聚，以及隨后的運動引起的高尿酸血癥（肌源性高尿酸血癥），通過將過量的 AMP 轉化為 u。