- Chemische structuur
- Thymine tautomeren
- Kenmerken
- Transcriptie
- Genetische code
- Gevolgen voor de gezondheid
- Referenties
De thymine is een organische verbinding die bestaat uit een heterocyclische ring afgeleid van pyrimidine, een benzeenring met twee koolstofatomen vervangen door twee stikstofatomen. De gecondenseerde formule is C 5 H 6 N 2 O 2 , een cyclisch amide en een van de stikstofhoudende basen waaruit DNA bestaat.
Specifiek, thymine is een pyrimidine stikstofbase, samen met cytosine en uracil. Het verschil tussen thymine en uracil is dat de eerste aanwezig is in de structuur van DNA, terwijl de laatste aanwezig is in de structuur van RNA.
Deoxyribonucleïnezuur (DNA) bestaat uit twee helices of banden die samen zijn gewikkeld. De buitenkant van de banden wordt gevormd door een deoxyribosesuikerketen, waarvan de moleculen zijn verbonden via een fosfodiësterbinding tussen de 3 'en 5' posities van naburige deoxyribosemoleculen.
Een van de stikstofhoudende basen: adenine, guanine, cytosine en thymine, bindt zich aan de 1'-positie van deoxyribose. De purine-adeninebase van de ene helix koppelt of bindt aan de pyrimidine-thyminebase van de andere helix via twee waterstofbruggen.
Chemische structuur
De eerste afbeelding geeft de chemische structuur van thymine weer, waarin twee carbonylgroepen (C = O) en de twee stikstofatomen die het heterocyclische amide compleet maken te zien zijn, en in de linkerbovenhoek is de methylgroep ( –CH 3 ).
De ring is afgeleid van die van pyrimidine (pyrimidinering), hij is plat maar niet aromatisch. Het respectieve aantal atomen in het thyminemolecuul wordt toegewezen beginnend met de onderstaande stikstof.
Aldus C-5 is gekoppeld aan de groep -CH 3 , C-6 links aangrenzende koolstofatoom van de N-1 en C-4 en C-2 komen overeen met de carbonylgroepen.
Waar dient deze nummering voor? Het thyminemolecuul heeft twee waterstofbrug-acceptorgroepen, C-4 en C-2, en twee waterstofbrug-donoratomen, N-1 en N-3.
In overeenstemming met het bovenstaande kunnen carbonylgroepen C = OH-type bindingen accepteren, terwijl stikstofatomen zorgen voor NHX-type bindingen, waarbij X gelijk is aan O, N of F.
Dankzij de groepen C-4- en N-3-atomen paren thymine met adenine, waardoor een paar stikstofhoudende basen wordt gevormd, wat een van de bepalende factoren is in de perfecte en harmonische structuur van DNA:
Thymine tautomeren
De afbeelding hierboven geeft de zes mogelijke tautomeren van thymine weer. Wat zijn zij? Ze hebben dezelfde chemische structuur maar met verschillende relatieve posities van hun atomen; specifiek van de H's gebonden aan de twee stikstofatomen.
Met behoud van dezelfde nummering van de atomen, van de eerste tot de tweede, wordt waargenomen hoe de H van het N-3-atoom migreert naar de zuurstof van 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 uit de N-1 komt en niet uit de N-3.
Aan de andere kant is de zesde vergelijkbaar met de derde, en net als bij het paar dat wordt gevormd door de vierde en de tweede, emigreert de H van de N-1 en niet van de N-3.
Ten slotte is de vijfde de zuivere enolvorm (lactyma), waarin beide carbonylgroepen gehydrogeneerd zijn in hydroxylgroepen (-OH); Dit is in tegenstelling tot de eerste, de pure ketonische vorm en degene die overheerst in fysiologische omstandigheden.
Waarom? Waarschijnlijk vanwege de grote energetische stabiliteit die dit verkrijgt bij koppeling met adenine door waterstofbruggen en behorend tot de structuur van DNA.
Als dit niet het geval is, zou enolvorm nummer 5 overvloediger en stabieler moeten zijn, vanwege het uitgesproken aromatische karakter in tegenstelling tot de andere tautomeren.
Kenmerken
De belangrijkste functie van thymine is dezelfde als de andere stikstofhoudende basen in DNA: deelnemen aan de noodzakelijke codering in DNA voor de synthese van polypeptiden en eiwitten.
Een van de DNA-helices dient als een sjabloon voor de synthese van een mRNA-molecuul in een proces dat bekend staat als transcriptie en wordt gekatalyseerd door het enzym RNA-polymerase. Bij transcriptie worden de DNA-banden gescheiden, evenals hun afwikkeling.
Transcriptie
Transcriptie begint wanneer RNA-polymerase zich bindt aan een DNA-gebied dat bekend staat als de promotor, waardoor de mRNA-synthese wordt geïnitieerd.
Vervolgens beweegt het RNA-polymerase langs het DNA-molecuul en produceert het een verlenging van het ontluikende mRNA totdat het een gebied van het DNA bereikt met de informatie voor het beëindigen van de transcriptie.
Er is een antiparallellisme in transcriptie: terwijl het template-DNA wordt gelezen in de 3 'naar 5' oriëntatie, heeft het gesynthetiseerde mRNA de 5 'naar 3' oriëntatie.
Tijdens transcriptie is er een complementaire basekoppeling tussen de template-DNA-streng en het mRNA-molecuul. Zodra de transcriptie is voltooid, worden de DNA-strengen en hun oorspronkelijke spiraal weer verenigd.
Het mRNA beweegt van de celkern naar het ruwe endoplasmatisch reticulum om eiwitsynthese te initiëren in het proces dat bekend staat als translatie. Thymine grijpt hier niet direct in, aangezien het mRNA het mist en in plaats daarvan de pyrimidinebase uracil inneemt.
Genetische code
Indirect is thymine betrokken, aangezien de basesequentie van mRNA een weerspiegeling is van die van nucleair DNA.
De sequentie van basen 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 eiwitketen die wordt gesynthetiseerd; dit vormt de genetische code.
De genetische code wordt gevormd door 64 tripletten basen die de codons vormen; er is ten minste één codon voor elk van de aminozuren in eiwitten. Evenzo zijn er translatie-initiatiecodons (AUG) en codons voor de terminatie ervan (UAA, UAG).
Samenvattend speelt thymine een bepalende rol in het proces dat eindigt met eiwitsynthese.
Gevolgen voor de gezondheid
Thymine is het doelwit voor de werking van 5-fluorouracil, een structureel analoog van deze verbinding. Het medicijn dat bij de behandeling van kanker wordt gebruikt, wordt in de plaats van thymine in kankercellen opgenomen en blokkeert hun proliferatie.
Ultraviolet licht werkt in op de gebieden van de DNA-banden die thymine bevatten op naburige plaatsen en vormt thyminedimeren. Deze dimeren creëren "knopen" die de werking van het nucleïnezuur blokkeren.
In eerste instantie is het geen probleem vanwege het bestaan van reparatiemechanismen, maar als deze falen, kunnen ze ernstige aandoeningen veroorzaken. Dit lijkt het geval te zijn bij xeroderma pigmentosa, een zeldzame autosomaal recessieve ziekte.
Referenties
- Webmaster, Department of Chemistry, University of Maine, Orono. (2018). Structuur en eigenschappen van purines en pryimidines. Genomen uit: chemistry.umeche.maine.edu
- Laurence A. Moran. (17 juli 2007). Tautomeren van adenine, cytosine, guanine en thymine. Genomen uit: sandwalk.blogspot.com
- Daveryan. (6 juni 2010). Thymine skelet. . Hersteld van: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Thymine. Ontleend aan: en.wikipedia.org
- Mathews, CK, Van Holde, K. E: en Ahern, KG Biochemistry. 2002. Derde editie. Bewerk. Pearson Adisson Wesley
- O-Chem in Real Life: A 2 + 2 Cycloadditie. Genomen uit: asu.edu