Thymin

Thymin
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	65-71-4
Vlastnosti
Molární hmotnost	126,11 g/mol
Teplota tání	316–317 °C
Bezpečnost
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 (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 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 (latinsky thymus).

Vlastnosti

• 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.

Syntéza

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]

Metabolismus

• 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 thymin

Nukleosidy

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.

• 
  Deoxythymidin
• 
  Ribothymidin

Nukleotidy

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 RNA

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 medicíně

• 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.

Reference

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

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu thymin na Wikimedia Commons