Timina: qué es, estructura química, funciones
¿Qué es la timina?
La timina es un compuesto orgánico que consiste en un anillo heterocíclico derivado del de la pirimidina, un anillo bencénico con dos átomos de carbono sustituidos por dos átomos de nitrógeno. Su fórmula condensada es C5H6N2O2, siendo una amida cíclica y una de las bases nitrogenadas que conforman el ADN.
Específicamente, la timina es una base nitrogenada pirimidínica, junto con citosina y uracilo. La diferencia entre la timina y el uracilo es que la primera está presente en la estructura del ADN, mientras que la segunda en la estructura del ARN.
El ácido desoxirribonucleico (DNA) está formado por dos hélices o bandas enrrolladas entre sí. El exterior de las bandas está formado por una cadena del azúcar desoxirribosa, cuyas moléculas están unidas a través de un enlace fosfodiéster entre las posiciones 3’ y 5’ de las moléculas de desoxirribosa vecinas.
Una de las bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina, se une a la posición 1’ de la desoxirribosa. La base purínica adenina de una hélice se acopla o se une a la base pirimidínica timina de la otra hélice a través de dos puentes de hidrógeno.
Estructura química
En la imagen superior se representa la estructura química de la timina, en la cual se aprecian dos grupos carbonilos (C=O) y los dos átomos de nitrógenos que completan la amida heterocíclica, y en el extremo superior izquierdo se encuentra el grupo metilo (–CH3).
El anillo deriva del de la pirimidina (anillo pirimidínico), es plano mas no aromático. El número respectivo de los átomos en la molécula de timina se asigna empezando por el nitrógeno de abajo.
Así, el C-5 está enlazado al grupo –CH3, el C-6 es el átomo de carbono adyacente izquierdo del N-1, y los C-4 y C-2 corresponden a los grupos carbonilos.
¿Para qué sirve esta numeración? La molécula de timina tiene dos grupos aceptores de puentes de hidrógeno, C-4 y C-2, y dos átomos donadores de puentes de hidrógeno, N-1 y N-3.
De acuerdo con lo anterior, los grupos carbonilos pueden aceptar enlaces de tipo C=O—H-, mientras que los nitrógenos aportan enlaces de tipo N-H—X, siendo X igual O, N o F.
Gracias a los grupos de los átomos C-4 y N-3, la timina se aparea con la adenina formando un par de bases nitrogenadas, el cual es uno de los factores determinantes en la perfecta y armónica estructura del ADN:
Tautómeros de la timina
En la imagen superior se enumeran los seis posibles tautómeros de la timina. ¿Qué son? Consisten de la misma estructura química pero con distintas posiciones relativas de sus átomos; específicamente, de los H enlazados a los dos nitrógenos.
Manteniendo la misma numeración de los átomos, del primero al segundo se observa cómo el H del átomo N-3 emigra al oxígeno del C-2.
El tercero deriva también del primero, pero esta vez el H emigra al oxígeno del C-3. El segundo y el cuarto son similares mas no equivalentes, porque en el cuarto el H sale del N-1 y no del N-3.
Por otro lado, el sexto es similar al tercero, y tal como ocurre con el par formado por el cuarto y el segundo, el H emigra del N-1 y no del N-3.
Finalmente, el quinto es la forma enólica pura (lactima), en la que ambos grupos carbonilos están hidrogenados en grupos hidroxilos (–OH); esto es contrario al primero, la forma cetónica pura y aquella que predomina en las condiciones fisiológicas.
¿Por qué? Probablemente debido a la gran estabilidad energética que adquiere este al aparearse con la adenina por puentes de hidrógeno y pertenecer a la estructura del ADN.
De no ser así, la forma enólica número 5 debería ser más abundante y estable, debido a su marcado carácter aromático a diferencia de los otros tautómeros.
Funciones de la timina
La función principal de la timina es la misma que cumplen las otras bases nitrogenadas en el DNA: participar en la codificación necesaria en el DNA para la síntesis de los polipéptidos y las proteínas.
Una de las hélices del DNA sirve de molde para la síntesis de una molécula del mRNA en un proceso conocido como transcripción y catalizado por la enzima RNA polimerasa. En la transcripción se van separando las bandas de DNA, así como su desenrollamiento.
Transcripción
La transcripción comienza cuando la RNA polimerasa se une a una región del DNA conocida como el promotor, iniciándose la síntesis del mRNA.
Posteriormente, la RNA polimerasa se va desplazando a lo largo de la molécula de DNA, produciendo un alargamiento del mRNA naciente hasta alcanzar una región del DNA con la información para la terminación de la transcripción.
Existe un antiparalelismo en la transcripción: mientras la lectura del DNA molde se hace en la orientación 3’ a 5’, el mRNA sintetizado tiene la orientación 5’ a 3’.
Durante la transcripción hay un acoplamiento de las bases complementarias entre la cadena de DNA molde y la molécula de mRNA. Una vez terminada la transcripción, se reunifican las cadenas del DNA y su enrollamiento original.
El mRNA se traslada del núcleo celular al retículo endoplásmico rugoso para iniciar la síntesis de proteínas en el proceso conocido como traducción. En esta no interviene directamente la timina, ya que el mRNA carece de esta, teniendo en su lugar la base pirimidina uracilo.
Código genético
Indirectamente sí interviene la timina, ya que la secuencia de bases del mRNA es un reflejo de la del DNA nuclear.
La secuencia de bases se puede agrupar en tripletes de bases que se conoce como codones. Los codones tienen la información para la incorporación de los diferentes aminoácidos a la cadena proteica sintetizándose; esto constituye el código genético.
El código genético está formado por 64 tripletes de bases constituyendo los codones; existe por lo menos un codón para cada uno de los aminoácidos de las proteínas. Asimismo, existen codones de iniciación (AUG) de la traducción y codones para su terminación (UAA, UAG).
En resumen, la timina cumple una función determinante en el proceso que concluye con la síntesis proteica.
Implicaciones para la salud
La timina es el blanco para la acción del 5 fluoruracilo, un análogo estructural de este compuesto. El fármaco utilizado en el tratamiento del cáncer se incorpora en lugar de la timina en las células cancerosas, bloqueando su proliferación.
La luz ultravioleta actúa en las regiones de las bandas de DNA que contienen timina en sitios vecinos, formándose dímeros de timina. Estos dímeros originan “nudos” que bloquean el funcionamiento del ácido nucleico.
Inicialmente no es un problema por la existencia de mecanismos reparadores, pero si estos fallan pueden originar serios trastornos. Este parece ser el caso de la xeroderma pigmentosa, una rara enfermedad autosómica recesiva.