黃嘌呤氧化酶（英語：Xanthine oxidase，縮寫為XO，EC 1.17.3.2）是催化次黃嘌呤氧化為黃嘌呤並可繼續催化黃嘌呤被氧化為尿酸的酶。對於包括人類在內的多種生物，黃嘌呤氧化酶在嘌呤的分解代謝中有很重要的作用。
黃嘌呤氧化酶催化的是如下反應：
- 次黃嘌呤 + H2O + O2 黃嘌呤 + H2O2
- 黃嘌呤 + H2O + O2 尿酸 + H2O2
黃嘌呤氧化酶的分子量較大，約27萬，並含有兩分子FAD、兩個鉬原子和八個鐵原子。酶中的鉬以鉬蝶呤輔因子的形式存在，是酶的活性位點。鐵原子則為 [2Fe-2S] 鐵氧還蛋白鐵硫簇的一部分，參與電子轉移反應。
黃嘌呤氧化酶活性位點中鉬蝶呤輔因子的鉬原子另外與一個端氧、多個硫原子以及一個端羥基相連。在黃嘌呤至尿酸的反應中，鉬上的氧先是轉移至黃嘌呤分子上，然後，水分子與活性中間體進行加成，使活性的鉬中心得到再生。
與其他已知的含鉬氧還酶類相同的是，產物中新引入的氧原子是來自於水分子中的氧，而非氧氣分子。
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