Thymin (T, Thy, 5-Methyluracil) ist eine der vier Nukleinbasen in der DNA, zusammen mit Adenin, Cytosin und Guanin. In der RNA steht an seiner Stelle Uracil, das keine Methylgruppe aufweist. Es ist eine heterocyclische organische Verbindung mit einem Pyrimidingrundgerüst und drei Substituenten (Sauerstoffatome an den Positionen 2 und 4, Methylgruppe an Position 5). Die Nukleoside von Thymin sind das Desoxythymidin in der DNA und das seltene Ribothymidin in der RNA (z. B. in der tRNA). In der Watson-Crick-Basenpaarung bildet es zwei Wasserstoffbrücken mit Adenin.
| Strukturformel | ||||||||||||||||||||||
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| Allgemeines | ||||||||||||||||||||||
| Name | Thymin | |||||||||||||||||||||
| Andere Namen | ||||||||||||||||||||||
| Summenformel | C5H6N2O2 | |||||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | weißer, kristalliner Feststoff | |||||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||||||||||||||
| Molare Masse | 126,04 g·mol−1 | |||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand | fest | |||||||||||||||||||||
| Dichte | 1,46 g·cm−3 | |||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 316–317 °C | |||||||||||||||||||||
| Löslichkeit | schwer löslich in kaltem Wasser, löslich in heißem Wasser und verdünnten Alkalihydroxid-Lösungen | |||||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||||||||||||||||
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| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | ||||||||||||||||||||||
Darstellung und Gewinnung
Eine Isolierung kann aus Rinderhirnen oder Kabeljau-Rogen erfolgen.
Eine synthetische Darstellung gelingt durch Cyclisierung von N-Ethoxycarbonyl-3-methoxy-2-methylacrylamid in wässriger Ammoniaklösung.
Eine weitere Synthese geht von 3-Methyläpfelsäure aus, welche in rauchender Schwefelsäure decarboxyliert und mit Harnstoff kondensiert wird.
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Thymin bildet glänzende, bitter schmeckende, nadelförmige oder prismenförmige Kristalle, die bei 335–337 °C unter Zersetzung schmelzen. Die Verbindung löst sich gut in heißem Wasser, in Alkohol und Ether ist die Löslichkeit gering. In alkalischen Medien löst es sich unter Salzbildung infolge einer Enolatbildung abgeleitet von der Enolform 5-Methyl-2,4-pyrimidindiol.
Chemische Eigenschaften
Prinzipiell kann Thymin in sechs tautomeren Strukturen vorliegen. Die Lactamform (1) wird aber gegenüber den Enolformen bevorzugt.
Es ist isomer zu 3-Methyluracil.
Geschichte und biologische Bedeutung
1893 berichtete der spätere Nobelpreisträger Albrecht Kossel von einer Entdeckung. Aus den Thymusdrüsen des Kalbes hatte er mit dem Assistenten Albert Neumann Nukleinsäure gewonnen und mit Schwefelsäure behandelt. Es bildete sich ein gut kristallisiertes Spaltprodukt, für das – abgeleitet von der Thymusdrüse – der Name Thymin vorgeschlagen wurde.
Thymin kann Bestandteil der DNA oder verschiedener Nukleoside und Nukleotide sein.
Nukleoside
Über das N1-Atom des Ringes kann Thymin an das C1-Atom der Desoxyribose N-glycosidisch gebunden werden; man spricht dann von einem Nukleosid, dem Desoxythymidin. Bei der Bindung an Ribose entsteht das Nukleosid Ribothymidin.
Desoxythymidin, dT Ribothymidin, T
Nukleotide
Über die Phosphorylierung des Thymidins am C5-Atom der Ribose gelangt man zu den wichtigen Nukleotiden Desoxythymidinmonophosphat (dTMP), Desoxythymidindiphosphat (dTDP) und Desoxythymidintriphosphat (dTTP).
Bestandteil der DNA
In der DNA-Doppelhelix bildet Thymin über die 4-Oxogruppe und die N3–H-Gruppe zwei Wasserstoffbrücken mit der zugehörigen Adenin-Base des komplementären Stranges aus.
Vergleich von Thymin und Uracil
In der DNA tritt Thymin an die Stelle von Uracil. Uracil kann relativ einfach durch Desaminierung und Hydrolyse aus Cytosin entstehen, wodurch dann die Basensequenz geändert (mutiert) und die in der Nukleotidsequenz genetisch codierte Information womöglich verändert wird.
Thymin hingegen unterscheidet sich vom Uracil durch eine zusätzliche Methylgruppe und kann so auch nicht ohne weiteres aus Cytosin entstehen. In der DNA vorhandenes Uracil kann somit als Mutation erkannt und durch Basenexzisionsreparatur gegen Cytosin ausgetauscht werden.
Thymindimer
Bei Thymindimeren handelt es sich um eine DNA-Mutation, welche durch UV-Strahlung induziert wird. Dabei verbinden sich zwei auf einem DNA-Strang nebeneinanderliegende Thymin-Basen über eine [2+2]-Cycloaddition kovalent zu einem Dimer, das ein relativ stabiles Cyclobutan-Derivat ist.
Besonders anfällig für eine solche Mutation sind Hautzellen, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Aus diesem Grund werden Thymindimere als eine wesentliche Ursache für die Entstehung von Hautkrebs diskutiert.
Verwendung
Thymin dient als Ausgangsstoff für einige Arzneistoffe wie z. B. Zidovudin, Telbivudin und Clevudin.
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