肝是體內從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸粘膜和胸腺。嘌呤核苷酸合成部位在胞液，合成的原料包括磷酸核糖、天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳單位及CO2等。
主要反應步驟分為兩個階段：首先合成次黃嘌呤核苷酸（IMP），然后IMP再轉變成腺嘌呤核苷酸（AMP）與鳥嘌呤核苷酸（GMP）。嘌呤環各元素來源如下：N1由天冬氨酸提供，C2由N10-甲酰FH4提供、C8由N5，N10-甲炔FH4提供，N3、N9由谷氨酰胺提供，C4、C5、N7由甘氨酸提供，C6由CO2提供。
嘌呤核苷酸從頭合成的特點是：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子基礎上逐步合成的，不是首先單獨合成嘌呤堿然后再與磷酸核糖結合的。反應過程中的關鍵酶包括PRPP酰胺轉移酶、PRPP合成酶。PRPP酰胺轉移酶是一類變構酶，其單體形式有活性，二聚體形式無活性。IMP、AMP及GMP使活性形式轉變成無活性形式，而PRPP則相反。
從頭合成的調節機制是反饋調節，主要發生在以下幾個部位：嘌呤核苷酸合成起始階段的PRPP合成酶和PRPP酰胺轉移酶活性可被合成產物IMP、AMP及GMP等抑制；在形成AMP和GMP過程中，過量的AMP控制AMP的生成，不影響GMP的合成，過量的GMP控制GMP的生成，不影響AMP的合成；IMP轉變成AMP時需要GTP水解供能，而IMP轉變成GMP時需要ATP水解供能。