胸腺嘧啶：化学结构与功能 - 生物学

的胸腺嘧啶是由选自嘧啶衍生而来的杂环的有机化合物，具有两个碳原子的苯环取代的两个氮原子。它的缩合式为C ₅ H ₆ N ₂ O ₂，为环状酰胺，是构成DNA的含氮碱基之一。

具体而言，胸腺嘧啶是嘧啶的含氮碱，以及胞嘧啶和尿嘧啶。胸腺嘧啶和尿嘧啶之间的区别在于前者存在于DNA结构中，而后者存在于RNA结构中。

脱氧核糖核酸（DNA）由缠绕在一起的两个螺旋或条带组成。带的外部由脱氧核糖糖链形成，其分子通过相邻的脱氧核糖分子的3'和5'位置之间的磷酸二酯键连接。

含氮碱基之一：腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶，与脱氧核糖的1'位置结合。一个螺旋的嘌呤腺嘌呤碱基通过两个氢键与另一个螺旋的嘧啶胸腺嘧啶碱基偶联或结合。

化学结构

第一张图片代表的是胸腺嘧啶的化学结构，其中可以看到两个羰基（C = O）和两个完成杂环酰胺的氮原子，在左上角是甲基（ –CH ₃）。

该环衍生自嘧啶的环（嘧啶环），它是扁平的但不是芳香族的。从下面的氮开始分配胸腺嘧啶分子中的各个原子数。

因此，C-5与基团-CH _3连接，C-6是N-1的左邻碳原子，并且C-4和C-2对应于羰基。

这个编号是做什么用的？胸腺嘧啶分子具有两个氢键受体基团C-4和C-2，以及两个氢键供体原子N-1和N-3。

根据上述内容，羰基可以接受C = OH型键，而氮提供NHX型键，X等于O，N或F。

多亏了C-4和N-3原子，胸腺嘧啶与腺嘌呤配对，形成一对含氮碱基，这是DNA完美和谐波结构的决定因素之一：

上图列出了胸腺嘧啶的六个可能的互变异构体。这些是什么？它们由相同的化学结构组成，但原子的相对位置不同。具体来说，H结合到两个氮原子上。

从第一个原子到第二个原子，保持相同的原子编号，可以观察到N-3原子的H如何迁移到C-2的氧上。

第三个也来自第一个，但是这次H迁移到C-3的氧上。第二个和第四个相似但不相等，因为在第四个中，H来自N-1，而不是N-3。

另一方面，第六个与第三个相似，并且与第四和第二个形成的一对相似，H从N-1移出而不是从N-3移出。

最后，第五种是纯烯醇形式（内lac），其中两个羰基都在羟基（-OH）中氢化；这与第一种，纯酮形式以及在生理条件下占主导地位的形式相反。

为什么？可能是由于在通过氢键与腺嘌呤配对并属于DNA结构时获得了很高的能量稳定性。

如果不是这样，由于与其他互变异构体不同，其5号烯醇具有明显的芳香特性，因此应该更加丰富和稳定。

胸腺嘧啶的主要功能与DNA中的其他含氮碱基相同：参与DNA中必要的编码，以合成多肽和蛋白质。

DNA螺旋之一用作模板，用于在称为转录的过程中合成mRNA分子，并被RNA聚合酶催化。在转录中，DNA条带及其解开是分开的。

当RNA聚合酶结合到称为启动子的DNA区域时，转录便开始，从而开始mRNA的合成。

随后，RNA聚合酶沿着DNA分子移动，产生新生的mRNA的伸长，直到到达具有转录终止信息的DNA区域为止。

转录中存在反平行性：虽然以3'至5'方向读取模板DNA，但合成的mRNA具有5'至3'方向。

在转录过程中，模板DNA链与mRNA分子之间存在互补碱基耦合。转录完成后，DNA链及其原始螺旋将重新结合。

mRNA从细胞核移动到粗糙的内质网，以称为翻译的过程启动蛋白质合成。胸腺嘧啶不直接干预这一过程，因为mRNA缺乏胸腺嘧啶，而取代了嘧啶碱基的尿嘧啶。

间接涉及胸腺嘧啶，因为mRNA的碱基序列反映了核DNA的序列。

碱基序列可分为三重碱基组，称为密码子。密码子具有将不同氨基酸掺入到正在合成的蛋白质链中的信息。这构成了遗传密码。

遗传密码由构成密码子的64个三重碱基组成；蛋白质中每个氨基酸至少有一个密码子。同样，也有翻译起始密码子（AUG）和终止密码子（UAA，UAG）。

总之，胸腺嘧啶在蛋白质合成过程中起着决定性的作用。

胸腺嘧啶是5-氟尿嘧啶（该化合物的结构类似物）作用的靶标。用于癌症治疗的药物被取代在胸腺嘧啶中，进入癌细胞，阻止其增殖。

紫外线作用于在相邻位点含有胸腺嘧啶的DNA条带区域，形成胸腺嘧啶二聚体。这些二聚体产生阻止核酸起作用的“结”。

最初，由于修复机制的存在，这不是问题，但如果修复机制失败，则可能导致严重的疾病。色素干燥性皮肤病似乎是这种情况，一种罕见的常染色体隐性遗传疾病。