Wszystkie żywe organizmy nieustannie syntetyzują nowy kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i naprawiają uszkodzone DNA. Syntaza tymidylanowa (TS) to białko występujące we wszystkich organizmach wytwarzających DNA. Bierze udział w wytwarzaniu tymidyny, jednego z kwasów nukleinowych wykorzystywanych w biosyntezie i naprawie DNA.
DNA składa się z podwójnej helisy, która ma dwie kombinacje kwasów nukleinowych, które mogą łączyć się ze sobą, tworząc tę strukturę. Cytozyna wiąże guanidynę, a adenozyna wiąże tymidynę. Syntaza tymidylanowa jest kluczowym enzymem na szlaku wytwarzania tymidyny. Reguluje podaż czterech prekursorów tych kwasów nukleinowych. Bez tego enzymu organizmy rozwijają się nieprawidłowo lub umierają.
Związki pośredniczące w metabolizmie, takie jak te zaangażowane w syntezę tymidyny, często mają przyłączone do nich wysokoenergetyczne grupy fosforanowe. Takie chemikalia są uważane za fosforylowane. Najwięcej energii, jaką można uzyskać z cząsteczek fosforanów, uzyskuje się z grupy trzech cząsteczek zwanej grupą trifosforanową. Kiedy wiązania fosforanowe zostają rozerwane, proces wytwarza energię.
Ponieważ syntaza tymidylanowa jest enzymem, katalizuje reakcje, które zachodzą szybciej niż w przypadku jej braku. Substratem kwasu nukleinowego dla TS jest monofosforan urydyny (dUMP). Katalizuje dodanie grupy metylowej CH3 do dUMP w celu wytworzenia monofosforanu tymidyny (dTMP). Ta cząsteczka będzie miała dodatkowe grupy fosforanowe dodane przez inny enzym w celu wytworzenia dTMP3. Silnie ufosforylowany związek zostanie wykorzystany jako źródło tymidyny, która zostanie włączona do uszkodzonych i nowo tworzących się łańcuchów DNA.
Enzym działa w połączeniu ze zredukowaną pochodną kwasu foliowego zwaną 5,10-metylenotetrahydrofolianem lub w skrócie 5M. Dodatkowym związkiem wytwarzanym wraz z dTMP jest dihydrofolian. Jest to pochodna kwasu foliowego, znanego również jako Witamina B10.
Biorąc pod uwagę, że syntaza tymidylanowa odgrywa tak ważną rolę w syntezie DNA, stała się celem badań farmaceutycznych. Bez tego enzymu DNA nie zostanie zsyntetyzowane. Często tkanka nowotworowa rośnie szybciej niż otaczająca ją normalna tkanka. Tak więc taka rakowa tkanka szybciej syntetyzuje DNA. Inhibitory syntezy kwasów nukleinowych są logicznymi kandydatami do testowania jako środki przeciwnowotworowe.
Inhibitory syntazy tymidylanowej okazały się mieć potencjał do kontrolowania niektórych rodzajów nowotworów u ludzi. Szczególnie rak jelita grubego wydaje się być podatny na takie związki. Skuteczne inhibitory obejmują fluorouracyl i substancje chemiczne podobne do kwasu foliowego. Skuteczność inhibitorów TS w leczeniu raka wydaje się być wyższa w przypadku guzów, które wykazują niski poziom ekspresji TS w porównaniu z tymi, które wytwarzają większą ilość enzymu.