嘌呤核苷酸循环

嘌呤核苷酸循环是蛋白质代谢中的一种代谢途径，需要氨基酸天冬氨酸和谷氨酸。 该循环用于调节腺嘌呤核苷酸的水平，其中产生氨和富马酸盐。 腺嘌呤（一种嘌呤）转化为 AMP，然后转化为 IMP 和副产物氨。 IMP 转化为 S-AMP（腺苷酸琥珀酸盐），然后转化为 AMP 和副产品富马酸盐。 当富马酸盐进入克雷布斯循环然后进入电子传输链时，它会通过氧化磷酸化继续产生 ATP（能量）。 Lowenstein 首先描述了这条途径，并概述了它在氨基酸分解代谢和通过糖酵解和克雷布斯循环调节通量等过程中的重要性。

由腺嘌呤产生的 AMP 是最直接的途径； 然而，AMP 可以通过不太直接的代谢途径产生，例如 IMP 的从头合成或通过鸟嘌呤（一种嘌呤）和任何嘌呤核苷酸和核苷的补救途径。 IMP 是从葡萄糖通过戊糖磷酸途径从头合成的，该途径产生核糖 5-P，然后转化为 PRPP，而 PRPP 与氨基酸甘氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸（参见嘌呤代谢）可以进一步转化为 IMP。

该循环包括三个酶催化反应。 xxx阶段是嘌呤核苷酸一磷酸腺苷 (AMP) 脱氨形成肌苷一磷酸 (IMP)，由 AMP 脱氨酶催化：

AMP + H2O → IMP + NH4+

第二阶段是从 IMP 和氨基酸天冬氨酸形成腺苷酸琥珀酸，这与 GTP 的能量水解相结合，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，释放富马酸并再生 AMP 的起始原料：

腺苷酸琥珀酸 → AMP + 富马酸

最近的一项研究表明，HIF-1α 的激活允许心肌细胞在缺氧应激期间维持线粒体膜电位，方法是利用腺苷酸琥珀酸裂解酶产生的富马酸盐作为替代末端电子受体代替氧气。 这种机制应该有助于在缺血心脏中提供保护。

嘌呤核苷酸循环发生在骨骼肌肌浆的胞质溶胶（一种凝胶状物质）中，以及心肌和平滑肌细胞质的肌细胞胞浆区室中。 当 ATP 库耗尽时，例如剧烈运动、禁食或饥饿，就会发生这种循环。

蛋白质分解代谢成氨基酸，而氨基酸是嘌呤、核苷酸和核苷的前体，用于嘌呤核苷酸循环。 氨基酸谷氨酸用于中和 AMP 转化为 IMP 时产生的氨。 另一种氨基酸天冬氨酸与 IMP 一起用于在循环中产生 S-AMP。 肌肉有可用的氨基酸供应用于分解代谢，这些包括所谓的游离氨基酸库。 然而，持续的肌肉收缩，尤其是当碳水化合物供应和/或供应不足时，需要蛋白质分解代谢来维持游离氨基酸。

嘌呤核苷酸循环还有助于维持肌激酶反应，方法是减少肌肉收缩后通过磷酸原系统 (ATP-PCr) 在波纹管反应中产生的 AMP 的积累。

2 ATP → 2 ADP + 2 Pi（ATP 酶利用 ATP 进行肌肉收缩）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可去磷酸化为腺苷并扩散出细胞外； 因此，嘌呤核苷酸循环也可以减少细胞中腺苷的损失，因为核苷会渗透细胞膜，而核苷酸则不会。

富马酸是 TCA 循环的中间体，通过转化为苹果酸并利用苹果酸穿梭进入线粒体，在那里它被转化为草酰乙酸 (OAA)。 OAA 进入 TCA 循环或在线粒体中转化为天冬氨酸。 天冬氨酸可以重新进入嘌呤核苷酸循环。

草酰乙酸 + 谷氨酸 ↔ α-酮戊二酸 + 天冬氨酸（由天冬氨酸转氨酶催化）

如上所述由OAA产生的谷氨酸获得NH3成为谷氨酰胺并进入循环到达肾脏。 在肾脏中，谷氨酰胺脱氨两次形成谷氨酸，然后形成 α-酮戊二酸。 这些 NH3 分子中和肌肉中产生的有机酸（乳酸和酮体）。

一些代谢性肌病涉及嘌呤核苷酸循环利用不足或过度，导致运动引起的肌肉细胞中过多的 AMP 积聚，以及随后的运动引起的高尿酸血症（肌源性高尿酸血症），通过将过量的 AMP 转化为 u。