Visi dzīvie organismi pastāvīgi sintezē jaunu dezoksiribonukleīnskābi (DNS) un atjauno bojāto DNS. Timidilāta sintāze (TS) ir proteīns, kas atrodams visos organismos, kas veido DNS. Tas ir iesaistīts timidīna veidošanā, vienas no nukleīnskābēm, ko izmanto DNS biosintēzē un remontā.
DNS sastāv no dubultās spirāles, kurā ir divas nukleīnskābju kombinācijas, kas var savstarpēji saistīties, veidojot šo struktūru. Citozīns saistās ar guanidīnu, bet adenozīns – ar timidīnu. Timidilāta sintāze ir galvenais enzīms timidīna ražošanas ceļā. Tas regulē šo nukleīnskābju četru prekursoru piegādi. Bez šī enzīma organismi attīstās neparasti vai mirst.
Savienojumiem, kas ir metabolisma starpnieki, piemēram, tiem, kas iesaistīti timidīna sintēzē, bieži ir pievienotas augstas enerģijas fosfātu grupas. Šādas ķīmiskās vielas tiek uzskatītas par fosforilētām. Visvairāk enerģijas, ko var iegūt no fosfātu molekulām, iegūst no trīs molekulu grupas, ko sauc par trifosfātu grupu. Kad fosfātu saites tiek sadalītas, process rada enerģiju.
Tā kā timidilāta sintāze ir enzīms, tā katalizē reakcijas, lai tās notiktu ātrāk nekā tad, ja tās nebūtu. TS nukleīnskābes substrāts ir uridīna monofosfāts (dUMP). Tas katalizē metilgrupas CH3 pievienošanu dUMP, lai iegūtu timidīna monofosfātu (dTMP). Šai molekulai būs papildu fosfātu grupas, ko pievienos cits enzīms, lai iegūtu dTMP3. Augsti fosforilētais savienojums tiks izmantots kā timidīna avots, lai iekļautos bojātās un jaunizveidotās DNS ķēdēs.
Enzīms darbojas saskaņoti ar reducētu folijskābes atvasinājumu, ko sauc par 5,10-metilēntetrahidrofolātu vai saīsināti 5-M. Papildu savienojums, ko ražo kopā ar dTMP, ir dihidrofolāts. Tas ir folijskābes atvasinājums, kas pazīstams arī kā B10 vitamīns.
Ņemot vērā, ka timidilāta sintāzei ir tik svarīga loma DNS sintēzē, tā ir bijusi farmaceitisko pētījumu mērķis. Bez šī enzīma DNS netiks sintezēts. Bieži vēža audi aug ātrāk nekā apkārtējie normālie audi. Tādējādi šādi vēža audi ātrāk sintezē DNS. Nukleīnskābju sintēzes inhibitori ir loģiski kandidāti testēšanai kā pretvēža līdzekļi.
Ir izrādījies, ka timidilāta sintāzes inhibitori spēj kontrolēt noteiktus vēža veidus cilvēkiem. Jo īpaši kolorektālais vēzis šķiet jutīgs pret šādiem savienojumiem. Veiksmīgi inhibitori ir fluoruracils un folātam līdzīgas ķīmiskas vielas. Šķiet, ka TS inhibitoru efektivitāte vēža ārstēšanā ir augstāka audzējiem, kuriem ir zems TS ekspresijas līmenis, salīdzinot ar tiem, kas ražo lielāku fermenta daudzumu.