1)プリンヌクレオチドのde novo合成

ここでは、プリンヌクレオチドのde novo合成について確認していきましょう。

プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチド

核酸（DNAやRNAなど）の合成過程では、その原材料であるヌクレオチド（塩基、糖およびリン酸からなるDNAやRNAの基本単位）が必要になります。

ヌクレオチドは、結合している塩基の違いによって「プリンヌクレオチド」と「ピリミジンヌクレオチド」の２種類に大きく分類されます。

A（アデニン）とG（グアニン）はプリン塩基と呼ばれ、C（シトシン）とT（チミン）はピリミジン塩基と呼ばれています。プリン塩基とピリミジン塩基は、それぞれプリン環とピリミジン環をもつことに由来しています。

ヌクレオチドのde novo合成とサルベージ経路

まずは、ヌクレオチドの合成について確認していきましょう。

ヌクレオチド合成過程には、アミノ酸などを材料としてヌクレオチドを生合成する「de novo合成」と塩基やヌクレオシド（塩基と糖）を材料としてヌクレオチドを再合成する「サルベージ経路」の２つがあります。

黒アザラシ

de novoとは、ラテン語で「新たに」という意味です。

黒アザラシ

サルベージとは、「沈没船などの引上げ作業」のことをいいます。このことから、サルベージ経路とは、食事由来あるいはもともと生体内にあった核酸を分解して生じた塩基やヌクレオシド（塩基と糖）を再利用してヌクレオチドを合成する経路のことをいいます。

プリンヌクレオチドの「de novo合成」

それでは、プリンヌクレオチドのde novo合成について確認していきましょう。

リボース-5リン酸から「PRPP」の合成

プリンヌクレオチドのde novo合成過程ではまず、リボース-5リン酸をもとにホスホリボシル二リン酸（PRPP：phosphoribosyl pyrophosphate）が合成されます。

ホスホリボシル二リン酸（PRPP）の構造式
引用元：https://ja.wikipedia.org/wiki/ファイル:Phosphoribosyl_pyrophosphate.svg

この反応はリボースリン酸ピロホスホキナーゼ（ホスホリボシルピロリン酸シンテターゼ：PRPP合成酵素とも呼ばれます）という酵素によって行われ、この過程でリボース-5リン酸にATP由来の２つのリン酸（ピロリン酸）が付加されます。

リボースリン酸ピロホスホキナーゼによる、PRPPを合成する反応はプリンヌクレオチドによってフィードバック抑制され、この段階はプリンヌクレオチドのde novo合成の調節段階となっています。

※キナーゼとはリン酸化酵素のことをいいます。ここでのピロホスホキナーゼとは、ATP由来の２つのリン酸（ピロリン酸）を付加する酵素のことをいいます。

ちなみに、このとき基質となるリボース5-リン酸は「ペントースリン酸経路」から供給されます。

PRPPから「IMP」の合成

プリンヌクレオチドのde novo合成経路では、ホスホリボシル二リン酸（PRPP）が10段階の反応を経て、IMP（イノシン酸：イノシン一リン酸とも呼ばれます）へと変換されます。

このPRPPからIMPを生じる10段階の反応過程では、ホスホリボシル二リン酸（PRPP）に３種類のアミノ酸（グルタミン、グリシン、アスパラギン酸）と10-ホルミルテトラヒドロ葉酸（ギ酸）およびCO₂の炭素（C）や窒素（N）が供給されて、IMP（イノシン酸）へと変換されます。

プリン骨格の由来
引用元：https://ja.wikipedia.org/wiki/ファイル:Nucleotide_synthesis.svg

IMP（イノシン酸）の塩基はヒポキサンチン（プリン塩基）となっています。つまりこの過程では、PRPPを土台としてヒポキサンチン（プリン塩基）が合成されていきます。

中でも第１段階の反応であるグルタミン-PRPPアミドトランスフェラーゼによる、PRPPにグルタミンを反応させて5-ホスホリボシルアミン（PRA）を生成する反応はIMPやAMP、GMPなどのプリンヌクレオチドによってフィードバック抑制され、この段階もプリンヌクレオチドのde novo合成の重要な調節段階となっています。

IMPから「AMP」への変換

IMP（イノシン酸）はアデニロコハク酸を経て、AMP（アデニル酸：アデノシン一リン酸とも呼ばれる）へと変換されます。

この過程ではまず、アデニロコハク酸シンテターゼによって、GTPのエネルギーを用いてIMPにアスパラギン酸が付加されて、アデニロコハク酸が生じます。

この反応はAMPによってフィードバック抑制されます。

その後、アデニロコハク酸リアーゼによってアデニロコハク酸がAMP（アデニル酸）に変換されます。

ここで覚えておきたいのは、IMPがAMPへと変換されるにはGTPが十分量存在することが必要であるということです。

この仕組みによって、AMPとGMPのバランスが保たれています。

IMPから「GMP」への変換

一方、IMP（イノシン酸）はキサントシン一リン酸（XMP）を経て、GMP（グアニル酸：グアノシン一リン酸とも呼ばれる）へと変換されます。

この過程ではまず、IMPデヒドロゲナーゼによって、IMPが酸化されてキサントシン一リン酸（XMP）が生じます。

この反応はGMPによってフィードバック抑制されます。

その後、GMPシンテターゼが、ATPのエネルギーを用いてキサンチル酸（XMP：キサントシン一リン酸とも呼ばれる）にグルタミン由来のアミノ基を付加して、GMP（グアニル酸）に変換されます。

ここで覚えておきたいのは、IMPがGMPへと変換されるにはATPが十分量存在することが必要であるということです。

この仕組みによって、AMPとGMPのバランスが保たれています。

プリンヌクレオチドのde novo合成経路のまとめ

以下にプリンヌクレオチドのde novo合成経路の流れをまとめておきます。

AMP（GMP）からATP（GTP）の合成反応

最後にAMPやGMPをもとに、ATPやGTPが合成される過程を見ていきます。

AMPとGMPはそれぞれアデニル酸キナーゼとグアニル酸キナーゼの作用によって、ADPとGDPに変換されたのち、ヌクレオシド二リン酸キナーゼの作用によってATPとGTPに変換されます。

プリンヌクレオチドのde novo合成についてはこれで以上です。
次は「2)プリンヌクレオチドの再合成（サルベージ経路）」について学んでいきましょう。