Toate organismele vii sintetizează constant acid dezoxiribonucleic (ADN) și repară ADN-ul deteriorat. Timidilat sintetaza (TS) este o proteină care se găsește în toate organismele care produc ADN. Este implicat în generarea timidinei, unul dintre acizii nucleici utilizați în biosinteza și repararea ADN-ului.
ADN-ul este compus dintr-o dublă helix care are două combinații de acizi nucleici care se pot lega reciproc pentru a forma această structură. Citozina leagă guanidina, în timp ce adenozina leagă timidina. Timidilat sintetaza este o enzimă cheie în calea de producere a timidinei. Reglează furnizarea celor patru precursori pentru acești acizi nucleici. Fără această enzimă, organismele se dezvoltă anormal sau mor.
Compușii care sunt intermediari în metabolism, cum ar fi cei implicați în sinteza timidinei, au adesea atașate grupări fosfat de mare energie. Astfel de substanțe chimice sunt considerate a fi fosforilate. Cea mai mare energie pe care o poate obține din moleculele de fosfat este obținută dintr-o grupare de trei molecule numită grup trifosfat. Când legăturile de fosfat sunt scindate, procesul generează energie.
Deoarece timidilat sintetaza este o enzimă, catalizează reacțiile să aibă loc mai repede decât s-ar întâmpla în absența ei. Substratul acidului nucleic pentru TS este uridin monofosfat (dUMP). Acesta catalizează adăugarea unei grupări metil, CH3, la dUMP pentru a produce timidin monofosfat (dTMP). Această moleculă va avea grupări fosfat suplimentare adăugate de o altă enzimă pentru a produce dTMP3. Compusul foarte fosforilat va fi folosit ca sursă pentru ca timidina să fie încorporată în lanțurile de ADN deteriorate și nou formate.
Enzima acționează împreună cu un derivat redus de acid folic numit 5,10-metilentetrahidrofolat sau 5-M pe scurt. Un compus suplimentar care este produs împreună cu dTMP este dihdirofolatul. Acesta este un derivat al acidului folic, cunoscut și sub denumirea de vitamina B10.
Având în vedere că timidilat sintaza are un rol atât de important în sinteza ADN-ului, a fost ținta studiilor farmaceutice. Fără această enzimă, ADN-ul nu va fi sintetizat. Frecvent, țesutul canceros crește mai repede decât țesutul normal din jur. Astfel, un astfel de țesut canceros sintetizează ADN-ul mai rapid. Inhibitorii sintezei acidului nucleic sunt candidați logici pentru a fi testați ca agenți anti-cancer.
Inhibitorii de timidilat sintetaza s-au dovedit a avea potențialul de a controla anumite tipuri de cancer la om. În special, cancerele colorectale par susceptibile la astfel de compuși. Inhibitorii de succes includ fluorouracilul și substanțele chimice similare cu acidul folic. Eficiența inhibitorilor TS în tratamentul cancerului pare a fi mai mare pentru tumorile care au rate scăzute de exprimare a TS în comparație cu cele care produc o cantitate mai mare de enzimă.