蛋氨酸(Met)是一种必需氨基酸。在蛋氨酸循环中，蛋氨酸的甲基被ATP激活，腺苷加到蛋氨酸的硫上，紧邻甲基形成S -腺苷甲硫氨酸(SAMe)。从SAMe中去除甲基导致S -腺苷同型半胱氨酸(SAH)的形成，通过腺苷分子的去除，SAH立即转化为氨基酸同型半胱氨酸。同型半胱氨酸可以通过三种不同的方式进行修饰。在肝细胞中(仅在肝细胞中)同型半胱氨酸可以不可逆地进入转译途径(由维生素B6催化)产生氨基酸半胱氨酸。据估计，60%的同型半胱氨酸在肝脏中通过转运代谢，糖皮质激素增加了这一比例。半胱氨酸可并入蛋白质，可用于形成抗氧化分子谷胱甘肽(GSH)，或可氧化形成氨基酸牛磺酸。如果同型半胱氨酸没有进入转硫途径，它可以通过两种途径之一的甲基加回蛋氨酸。甲基添加的一个途径是，在维生素B12的帮助下，蛋氨酸合酶催化甲基从甲基化叶酸(MTHF)转移到同型半胱氨酸，将甲基从MTHF转移到同型半胱氨酸。在另一种途径中(仅在肝脏中)，甜菜碱(TMG)是甲基转移到同型半胱氨酸的来源。
蛋氨酸循环中的代谢物之一S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是一种通用的甲基供体，是一系列甲基转移酶的底物，其中DNA甲基转移酶和组蛋白甲基转移酶调节基因沉默和表观遗传。SAM的水平随蛋氨酸输入和叶酸状态而变化，并与其产物S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）一起被用作甲基化能力的指标。蛋氨酸循环中的另一种代谢物是同型半胱氨酸，而同型半胱氨酸水平的升高通常被认为是心血管疾病的主要生物标志物。此外，通过胱硫醚-β-合酶（CBS）反应，蛋氨酸循环是合成关键抗氧化剂还原型谷胱甘肽（GSH）的第一步。
蛋氨酸循环在细胞代谢中有三个重要的功能。首先，它调节蛋氨酸和半胱氨酸之间的蛋白质合成平衡；第二，它为多胺合成提供底物，第三，它提供了甲基从5-甲基四氢叶酸转移到多种底物的机制，并构成哺乳动物转甲基反应的主要机制。蛋氨酸循环的正常功能对生长发育至关重要，蛋氨酸代谢缺陷与心血管疾病、精神疾病、DNA甲基化状态和癌症等多种疾病有关。
由于其在细胞代谢中的核心作用，蛋氨酸循环的运作一直是众多实验研究的主题。研究揭示了其各种成分对实验变化的复杂反应。蛋氨酸循环的一些酶被循环的一些中间产物激活和抑制，这一事实导致了这种复杂性。复杂性的很大一部分来自于循环各组成部分之间相互作用的非线性，使得对扰动的响应依赖于上下文，因此是非直观和不可预测的。关于该通路的性质和行为的许多已知信息来自于大量的体内和体外经验。通过提供精确的分子量和保留时间，LC–MS/MS技术成为鉴定和定量小分子（代谢物）的有力分析工具。创新的蛋白质组学已经建立了灵敏、可靠、准确的HPLC-MS/MS方法来定量分析蛋白质中的代谢物蛋氨酸循环代谢产物.
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