Thymin

chemická sloučenina

Thymin (θaɪmɪn, symbol T nebo Thy) je heterocyklická sloučenina, jejímž základem je pyrimidinová nukleová báze. Jedná se tedy o derivát pyrimidinu s heterocyklickým aromatickým kruhem a třemi připojenými substituenty (2 atomy kyslíku a methylová skupina na pozici 5).

Thymin
Strukturní vzorec thyminu

Strukturní vzorec thyminu

Obecné
Systematický název 5-Methylpyrimidin-2,4(1H,3H)-dion
Triviální název thymin, 5-methyluracil
Sumární vzorec C5H6N2O2
Identifikace
Registrační číslo CAS
Vlastnosti
Molární hmotnost 126,11 g/mol
Teplota tání 316–317 °C
Bezpečnost
GHS07 – dráždivé látky
GHS07
[1]
Varování[1]
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Thymin je jednou z nukleových bází v nukleové kyselině DNA společně s adeninem, guaninem, cytosinem a uracilem. Nukleosidy thyminu jsou deoxythymidin v DNA a vzácný ribothymidin v RNA (například v tRNA). V DNA tvoří thymin komplementární pár s adeninem, se kterým se spojuje dvěma vodíkovými můstky. V RNA je ve většině případů thymin nahrazen uracilem.

Thymin byl objeven a pojmenován v roce 1893 Albrechtem Kosselem (nositelem Nobelovy ceny) a Albertem Neumannem, kdy byl hydrolyzován z tkání brzlíku telat. Při jeho izolaci vznikla krystalická látka, pro kterou byl navržen název thymin – odvozený od brzlíku (německy thymusdrüse, anglicky thymus gland).

VlastnostiEditovat

 
Tautomery thyminu
  • Thymin má šest tautomerních struktur. Laktamová forma (1) je však upřednostňována před enolovými formami.
  • Thymin tvoří lesklé, hořce chutnající, jehličkovité nebo hranolovité krystaly, které se taví při teplotě 335–337 °C.
  • Sloučenina se dobře rozpouští v horké vodě a alkoholu. V etheru je rozpustnost nízká.  
  • V alkalickém prostředí se rozpouští za tvorby soli v důsledku tvorby enolátů odvozených z enolové formy 5-methyl-2,4-pyrimidinu.

SyntézaEditovat

V buňkách je thymin vyráběn jako součást nukleotidu deoxythymidinmonofosfátu (dTMP), a to methylací dUMP pomocí thymidylátsyntázy. Reakce se děje na úrovni monofosforylovaných deoxynukleotidů (dNMP) a nikoliv jejich trifosfátů (dNTP), aby se v buňce držela minimální hladina deoxyuridintrifosfátu (dUTP). Ten by se jinak mohl inkorporovat do DNA při replikaci.[2]

MetabolismusEditovat

  • Jak naznačuje jeho systematický název 5-methyluracil, může být thymin odvozen methylací uracilu na 5. uhlíku. Právě v RNA je thymin ve většině případů nahrazen uracilem.
  • Thymin v kombinaci s deoxyribózou vytváří nukleosidový deoxythymidin, který je synonymem pro termín thymidin. Thymidin může být fosforylován jednou až třemi skupinami kyseliny fosforečné za vzniku dTMP (deoxythymidin monophosfate), dTDP nebo dTTP.
  • V DNA se thymin váže na adenin prostřednictvím dvou vodíkových vazeb, čímž stabilizuje struktury nukleových kyselin.
  • Jedna z běžných mutací DNA zahrnuje dva sousední thyminy nebo cytosin, které v přítomnosti ultrafialového světla mohou tvořit thyminové dimery, což způsobuje zlomy v molekule DNA, které inhibují její normální funkci.
  • Při léčbě rakoviny by thymin mohl být cílem sloučeniny 5-fluorouracil (5-FU), která je metabolický analog thyminu (při syntéze DNA) nebo uracilu (při syntéze RNA). Substituce tohoto analogu inhibuje syntézu DNA a RNA v aktivně se dělících rakovinných buňkách a zamezuje tak rozvoji rakoviny.

Sloučeniny obsahující thyminEditovat

NukleosidyEditovat

Nukleosidy se skládají z pětiuhlíkového sacharidu (ribózy nebo deoxyribózy) a z nukleové báze (ze skupiny purinů nebo pyrimidinů). Nukleosidy jsou základní molekulární stavební kameny nukleotidů, od kterých se liší tím, že neobsahují kyselinu fosforečnou. V živých organismech jsou nukleosidy jako součást nukleotidů nositeli genetické informace.

Nukleosid thyminu se nazývá deoxythymidin nebo zkráceně thymidin. Vzniká N-glykosidovou vazbou mezi atomem N1 v kruhu thyminu a atomem C1 deoxyribózy. Při vazbě thyminu na ribózu vzniká nukleosidový ribothymidin.

NukleotidyEditovat

 
Deoxythymidintrifosfát

Nukleotidy jsou fosforylované nukleosidy, tedy látky složené z nukleové báze (nejčastěji purinové nebo pyrimidinové), pětiuhlíkového monosacharidu (ribóza nebo deoxyribóza) a jednoho nebo více zbytků kyseliny fosforečné. Pokud je kyselina fosforečná navázána na thymin vznikají životně důležité sloučeniny.

Fosforylace thymidinu na atomu C5 ribózy vede k důležitým nukleotidům deoxythymidinmonofosfátu (dTMP), deoxythymidin difosfátu (dTDP) a deoxythymidintrifosfátu (dTTP).

DNA a RNAEditovat

 
Vodíkové vazby v páru adenin-thymin v DNA

Thymin je jednou z nukleových bází v DNA a RNA, spolu s adeninem, guaninem, cytosinem a uracilem. Ve dvojité šroubovici DNA tvoří thymin dvě vodíkové vazby s adeninem. Má tak důležitou funkci jako nositel genetické informace a při syntéze bílkovin.

DNA je evolučně mladší než RNA, ve které hraje důležitou roli báze uracil. Když postupně vznikla DNA, která musí u složitých organizmů uchovávat přesnou genetickou informaci a nepodléhat vlivům vnějšího prostředí, uracil se ukázal jako problém. Pároval se s různými bázemi (nejen s adeninem, ale například i s guaninem) a navíc je příliš podobný cytosinu, z něhož může vzniknout deaminací. Pokud by se uracil běžně v DNA vyskytoval, po deaminaci cytosinu by nešlo poznat, zda uracil na toto místo patří či zda vznikl deaminační mutací.[3][4] Thymin, který má na rozdíl od uracilu na uhlíku C5 navíc navázanou methylovou skupinu, je metabolicky složitější na výrobu a je hůře nahraditelný. Thymin, který zpočátku v nukleových kyselinách nehrál tak důležitou roli jako uracil, jej postupně v DNA nahradil.

Thymin v medicíněEditovat

 
Vznik thyminového dimeru
  • Jako všechny nukleové báze absorbuje thymin ultrafialové záření, navíc však jeho vlivem tvoří dimery. V tomto procesu se dvě báze thyminu, které jsou vedle sebe v řetězci DNA, kovalentně spojují za vzniku dimeru, což je relativně stabilní derivát cyklobutanu. Vznik thyminových dimerů vede k poškození DNA (zlomům nebo bodovým mutacím), které musejí být opraveny. Je-li poškození nukleové kyseliny příliš rozsáhlé, dojde ke smrti buňky nebo k jejímu zvrhnutí a vzniku nádoru. Kožní buňky vystavené slunečnímu UV záření jsou obzvláště citlivé na mutaci thyminu na dimer, který může být jednou z příčin vzniku rakoviny kůže.
  • Thymin slouží jako výchozí materiál pro některé léky, jako je zidovudin, telbivudin a clevudin.

ReferenceEditovat

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Thymin na německé Wikipedii a Thymine na anglické Wikipedii.

  1. a b Thymine. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemistry. 4. vyd. [s.l.]: John Wiley & Sons, 1990. Dostupné online. ISBN 978-0470-57095-1. 
  3. FREYER, Greg A.; STURR, Michael. Why did mother nature use uracil to replace thymine in mRNA (messenger ribonucleic acid)? What is the advantage of using U instead of T in the RNA? [online]. NSTA News, 2006 [cit. 2015-12-23]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2015-12-24. 
  4. KUCHIN, Sergei. Covering All the Bases in Genetics: Simple Shorthands and Diagrams for Teaching Base Pairing to Biology Undergraduates. Journal of Microbiology & Biology Education. 2011, roč. 12, čís. 1. Dostupné v archivu pořízeném dne 2013-10-17.  Archivováno 17. 10. 2013 na Wayback Machine.

Externí odkazyEditovat