チミン：化学構造と機能 - 生物学

チミンはピリミジンに由来する複素環からなる有機化合物であり、2個の炭素原子とともにベンゼン環が二つの窒素原子によって置換しました。その凝縮式はC ₅ H ₆ N ₂ O ₂であり、環状アミドであり、DNAを構成する窒素含有塩基の1つです。

具体的には、チミンはシトシンおよびウラシルとともにピリミジン窒素含有塩基です。チミンとウラシルの違いは、前者はDNAの構造に存在し、後者はRNAの構造に存在することです。

デオキシリボ核酸（DNA）は、2つのらせんまたはバンドが一緒に巻かれて構成されています。バンドの外側はデオキシリボース糖鎖によって形成され、その分子は隣接するデオキシリボース分子の3 'と5'位置間のホスホジエステル結合を介してリンクされます。

窒素含有塩基の1つであるアデニン、グアニン、シトシン、チミンは、デオキシリボースの1の位置に結合します。一方のらせんのプリンアデニン塩基は、2つの水素結合を介して、もう一方のらせんのピリミジンチミン塩基に結合または結合します。

化学構造

最初の画像はチミンの化学構造を表しており、複素環式アミドを完成させる2つのカルボニル基（C = O）と2つの窒素原子が見られ、左上隅にメチル基（ –CH ₃）。

環はピリミジン（ピリミジン環）の環に由来し、それは平らですが芳香族ではありません。チミン分子内のそれぞれの原子数は、以下の窒素から開始して割り当てられます。

したがって、Ｃ－５は基－ＣＨ_３に連結され、Ｃ－６はＮ－１の左に隣接する炭素原子であり、そしてＣ－４およびＣ－２はカルボニル基に対応する。

この番号は何のためのものですか？チミン分子には、2つの水素結合アクセプターグループ、C-4とC-2、2つの水素結合ドナー原子、N-1とN-3があります。

上記に従って、カルボニル基はC = OH-タイプの結合を受け入れることができますが、窒素はNHXタイプの結合を提供し、XはO、N、またはFに等しくなります。

C-4とN-3原子のグループのおかげで、チミンはアデニンとペアになり、DNAの完全な調和構造の決定要因の1つである窒素塩基のペアを形成します。

上の画像は、チミンの6つの可能な互変異性体を示しています。彼らは何ですか？それらは同じ化学構造で構成されていますが、原子の相対位置は異なります。具体的には、2つの窒素に結合したHの。

最初の原子から2番目の原子まで同じ番号付けを維持すると、N-3原子のHがC-2の酸素に移動する方法が観察されます。

3番目も1番目から派生しますが、今回はHがC-3の酸素に移動します。2番目と4番目は似ていますが同等ではありません。4番目のHはN-3ではなくN-1から出てくるためです。

一方、6番目は3番目に似ており、4番目と2番目のペアで形成されるペアと同様に、HはN-3からではなくN-1から移動します。

最後に、5番目は純粋なエノール型（ラクチマ）で、両方のカルボニル基がヒドロキシル基（-OH）で水素化されています。これは、最初の純粋なケトン形態および生理学的条件で優勢な形態とは対照的です。

どうして？おそらく、これが水素結合によってアデニンとペアリングし、DNAの構造に属しているときに取得する、エネルギーの安定性が非常に高いためです。

そうでない場合は、他の互変異性体とは異なり、その顕著な芳香族特性のために、エノール型番号5はより豊富で安定しているはずです。

チミンの主な機能は、DNAの他の窒素含有塩基の機能と同じです。ポリペプチドやタンパク質の合成に必要なDNAのコーディングに参加します。

DNAヘリックスの1つは、転写として知られているプロセスでmRNA分子を合成するためのテンプレートとして機能し、酵素RNAポリメラーゼによって触媒されます。転写では、DNAバンドが分離され、巻き戻されます。

RNAポリメラーゼがプロモーターとして知られているDNAの領域に結合すると、転写が始まり、mRNA合成が開始されます。

続いて、RNAポリメラーゼはDNA分子に沿って移動し、転写の終了に関する情報を含むDNAの領域に到達するまで、初期のmRNAを伸長させます。

転写には逆平行性があります。テンプレートDNAは3 'to 5'方向で読み取られますが、合成されたmRNAは5 'to 3'方向になります。

転写中、テンプレートDNA鎖とmRNA分子の間に相補的な塩基結合があります。転写が完了すると、DNA鎖と元のコイルが再結合されます。

mRNAは細胞核からラフな小胞体に移動し、翻訳と呼ばれるプロセスでタンパク質合成を開始します。チミンはこれに直接介入しません。mRNAにはピリミジン塩基のウラシルが含まれていないためです。

mRNAの塩基配列は核DNAの塩基配列を反映しているため、間接的にはチミンが関与しています。

塩基の配列は、コドンとして知られるトリプレットの塩基にグループ化できます。コドンは、合成されるタンパク質鎖への異なるアミノ酸の取り込みに関する情報を持っています。これは遺伝暗号を構成します。

遺伝暗号は、コドンを構成する64個のトリプレットの塩基によって形成されます。タンパク質のアミノ酸ごとに少なくとも1つのコドンがあります。同様に、翻訳開始コドン（AUG）とその終止コドン（UAA、UAG）があります。

要約すると、チミンはタンパク質合成で終わるプロセスにおいて決定的な役割を果たす。

チミンは、この化合物の構造類似体である5-フルオロウラシルの作用の標的です。がん治療に使用される薬は、チミンの代わりにがん細胞に取り込まれ、その増殖を阻害します。

紫外光は、隣接するサイトでチミンを含むDNAバンドの領域に作用し、チミン二量体を形成します。これらの二量体は、核酸の機能を妨げる「結び目」を作り出します。

修復メカニズムの存在により、最初は問題ありませんが、これらが失敗すると、深刻な障害を引き起こす可能性があります。これは、まれな常染色体劣性疾患である色素性乾皮症の場合に当てはまるようです。