Thymine Chemische structuur en functies



de thymine is een organische verbinding bestaande uit een heterocyclische ring afgeleid van die van pyrimidine, een benzeenring met twee koolstofatomen gesubstitueerd door twee stikstofatomen. De gecondenseerde formule is C5H6N2O2, een cyclisch amide zijn en een van de stikstofhoudende basen waaruit het DNA bestaat.

In het bijzonder is thymine een pyrimidine stikstofhoudende base, samen met cytosine en uracil. Het verschil tussen thymine en uracil is dat de eerste aanwezig is in de structuur van het DNA, terwijl de laatste in de structuur van het RNA zit.

Deoxyribonucleïnezuur (DNA) wordt gevormd door twee helices of banden die om elkaar zijn gewikkeld. De buitenkant van de banden wordt gevormd door een keten van deoxyribosesuiker, waarvan de moleculen zijn gekoppeld via een fosfodiesterbinding tussen de 3'- en 5'-posities van de naburige deoxyribose-moleculen.

Een van de stikstofhoudende basen: adenine, guanine, cytosine en thymine bindt aan de 1 'positie van deoxyribose. De purine-adenine-base van één helix is ​​gekoppeld aan of gebonden aan de pyrimidinebasethymine van de andere helix via twee waterstofbruggen.

index

  • 1 Chemische structuur
  • 2 Tautomeren van thymine
  • 3 functies
    • 3.1 Transcriptie
    • 3.2 Genetische code
    • 3.3 Gevolgen voor de gezondheid
  • 4 Referenties

Chemische structuur

In de eerste afbeelding wordt de chemische structuur van thymine weergegeven, waarin twee carbonylgroepen (C = O) en de twee stikstoffenatomen die het heterocyclische amide completeren worden getoond, en in de linkerbovenhoek de methylgroep ( CH3).

De ring is afgeleid van die van pyrimidine (pyrimidine-ring), hij is vlak maar niet aromatisch. Het respectieve aantal atomen in het thyminemolecuul wordt toegewezen uitgaande van de stikstof hieronder.

De C-5 is dus gekoppeld aan de groep -CH3, C-6 is het linker aangrenzende koolstofatoom van N-1 en C-4 en C-2 komen overeen met carbonylen.

Wat is het gebruik van deze nummering? Het thymine-molecuul heeft twee waterstofbindingsacceptorgroepen, C-4 en C-2, en twee waterstofbindingsdonoratomen, N-1 en N-3.

Volgens het bovenstaande kunnen de carbonylgroepen bindingen van het type C = O-H- accepteren, terwijl de stikstoffen bindingen verschaffen van het type N-H-X, met X gelijk aan O, N of F.

Dankzij de groepen van de atomen C-4 en N-3, thymine-koppeling met adenine vormen een paar stikstofhoudende basen, dat is een van de bepalende factoren in de perfecte en harmonieuze structuur van DNA:

Tautomeren van thymine

In de bovenstaande afbeelding worden de zes mogelijke tautomeren van thymine vermeld. Wat zijn ze? Ze bestaan ​​uit dezelfde chemische structuur maar met verschillende relatieve posities van hun atomen; specifiek, van de H gekoppeld aan de twee stikstoffen.

Met dezelfde nummering van de atomen, van de eerste tot de tweede, zien we hoe de H van het N-3-atoom migreert naar de zuurstof van de C-2.

De derde is ook afgeleid van de eerste, maar deze keer migreert de H naar de zuurstof van de C-3. De tweede en vierde zijn vergelijkbaar maar niet equivalent, omdat in de vierde de H de N-1 verlaat en niet de N-3.

Aan de andere kant is de zesde vergelijkbaar met de derde en zoals met het paar gevormd door de vierde en de tweede emigreert de H van de N-1 en niet van de N-3..

Tenslotte is de vijfde de zuivere enol-vorm (lactaat), waarin beide carbonylgroepen gehydrogeneerd zijn in hydroxylgroepen (-OH); dit is in tegenstelling tot de eerste, de zuivere ketonische vorm en degene die overheerst in fysiologische omstandigheden.

Waarom? Waarschijnlijk vanwege de grote energetische stabiliteit die het verwerft bij het koppelen met adenine door waterstofbruggen en behorend tot de structuur van DNA.

Indien niet, zou de enolische vorm nummer 5 overvloediger en stabieler moeten zijn, vanwege het uitgesproken aromatische karakter ervan in tegenstelling tot de andere tautomeren.

functies

De belangrijkste functie van thymine is dezelfde als die van de andere stikstofhoudende basen in DNA: om deel te nemen aan de noodzakelijke codering in DNA voor de synthese van polypeptiden en eiwitten.

Eén van de helices van DNA dient als een matrijs voor de synthese van een mRNA-molecuul in een proces dat bekend staat als transcriptie en wordt gekatalyseerd door het enzym RNA-polymerase. In de transcriptie worden de DNA-banden gescheiden, evenals hun afwikkeling.

transcriptie

De transcriptie begint wanneer RNA-polymerase bindt aan een DNA-gebied dat bekend staat als de promotor, waarbij mRNA-synthese wordt geïnitieerd.

Vervolgens wordt het RNA-polymerase langs het DNA-molecuul verplaatst, waardoor een verlenging van het ontluikende mRNA wordt geproduceerd totdat een gebied van het DNA wordt bereikt met de informatie voor de beëindiging van de transcriptie..

Er is een antiparallelisme bij transcriptie: terwijl het lezen van het matrijs-DNA wordt gedaan in de 3 'naar 5'-oriëntatie, heeft het gesynthetiseerde mRNA de oriëntatie 5' tot 3 '.

Tijdens transcriptie is er een koppeling van de complementaire basen tussen de streng van matrijs-DNA en het mRNA-molecuul. Zodra de transcriptie is voltooid, worden de DNA-ketens herenigd en hun oorspronkelijke krul.

Het mRNA beweegt van de celkern naar het ruwe endoplasmatische reticulum om eiwitsynthese te initiëren in het proces dat bekend staat als translatie. Hierin grijpt het niet rechtstreeks in op de thymine, omdat het mRNA dit niet heeft, met in de plaats daarvan de pyrimidinebase uracil.

Genetische code

Thymine grijpt indirect in, omdat de basensequentie van het mRNA een reflectie is van dat van nucleair DNA.

De basensequentie kan worden gegroepeerd in tripletten van basen die bekend staan ​​als codons. De codons hebben de informatie voor de opname van de verschillende aminozuren in de gesynthetiseerde eiwitketen; dit vormt de genetische code.

De genetische code bestaat uit 64 tripletten van basen die de codons vormen; er is ten minste één codon voor elk van de aminozuren in de eiwitten. Ook zijn er codons van initiatie (AUG) van de vertaling en codons voor de beëindiging ervan (UAA, UAG).

Samenvattend speelt thymine een beslissende rol in het proces dat eindigt met eiwitsynthese.

Implicaties voor de gezondheid

Thymine is het doelwit voor de werking van fluorouracil, een structurele analoog van deze verbinding. Het medicijn dat wordt gebruikt bij de behandeling van kanker wordt opgenomen in plaats van thymine in kankercellen en blokkeert hun proliferatie.

Ultraviolet licht werkt op de gebieden van thymine-bevattende DNA-banden op naburige plaatsen, waarbij thyminedimeren worden gevormd. Deze dimeren veroorzaken "knopen" die de werking van nucleïnezuur blokkeren.

Aanvankelijk is het geen probleem vanwege het bestaan ​​van reparatiemechanismen, maar als deze falen, kunnen ze ernstige problemen veroorzaken. Dit lijkt het geval te zijn van xeroderma pigmentosa, een zeldzame autosomale recessieve ziekte.

referenties

  1. Webmaster, Afdeling Scheikunde, Universiteit van Maine, Orono. (2018). Structuur en eigenschappen van purines en pryimidines. Genomen uit: chemistry.umeche.maine.edu
  2. Laurence A. Moran. (17 juli 2007). Tautomeren van adenine, cytosine, guanine en thymine. Gemaakt van: sandwalk.blogspot.com
  3. Daveryan. (6 juni 2010). Thymine skelet. [Afbeelding]. Teruggeplaatst van: commons.wikimedia.org
  4. Wikipedia. (2018). Thymine. Genomen uit: en.wikipedia.org
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K. E: en Ahern, K.G. Biochemistry. 2002. Derde editie. Bewerken. Pearson Adisson Wesley
  6. O-Chem in real life: een 2 + 2 Cycloaddition. Genomen uit: asu.edu