Vsi živi organizmi nenehno sintetizirajo novo deoksiribonukleinsko kislino (DNK) in popravljajo poškodovano DNK. Timidilat sintaza (TS) je beljakovina, ki jo najdemo v vseh organizmih, ki tvorijo DNK. Sodeluje pri tvorbi timidina, ene od nukleinskih kislin, ki se uporablja pri biosintezi in popravljanju DNK.
DNK je sestavljena iz dvojne vijačnice, ki ima dve kombinaciji nukleinskih kislin, ki se lahko vežeta med seboj in tvorita to strukturo. Citozin veže gvanidin, medtem ko adenozin veže timidin. Timidilat sintaza je ključni encim na poti za proizvodnjo timidina. Uravnava dobavo štirih prekurzorjev za te nukleinske kisline. Brez tega encima se organizmi nenormalno razvijajo ali umrejo.
Spojine, ki so posredniki v presnovi, kot so tiste, ki sodelujejo pri sintezi timidina, imajo pogosto pritrjene visokoenergijske fosfatne skupine. Takšne kemikalije veljajo za fosforilirane. Največ energije, ki jo lahko dobimo iz molekul fosfata, dobimo iz skupine treh molekul, imenovane trifosfatna skupina. Ko se fosfatne vezi razcepijo, se v procesu nastane energija.
Ker je timidilat sintaza encim, katalizira reakcije, da se zgodijo hitreje, kot bi se zgodile v njegovi odsotnosti. Substrat nukleinske kisline za TS je uridin monofosfat (dUMP). Katalizira dodajanje metilne skupine, CH3, k dUMP, da nastane timidin monofosfat (dTMP). Ta molekula bo imela dodatne fosfatne skupine, ki jih doda drug encim za proizvodnjo dTMP3. Visoko fosforilirana spojina bo uporabljena kot vir za vključitev timidina v poškodovane in na novo nastale verige DNK.
Encim deluje skupaj z reduciranim derivatom folne kisline, imenovanim 5,10-metilentetrahidrofolat ali na kratko 5-M. Dodatna spojina, ki se proizvaja skupaj z dTMP, je dihdirofolat. To je derivat folne kisline, znan tudi kot vitamin B10.
Glede na to, da ima timidilat sintaza tako pomembno vlogo pri sintezi DNK, je bila tarča farmacevtskih študij. Brez tega encima se DNK ne bo sintetizirala. Pogosto rakavo tkivo raste hitreje kot okoliško normalno tkivo. Tako tako rakavo tkivo hitreje sintetizira DNK. Inhibitorji sinteze nukleinskih kislin so logični kandidati za testiranje kot sredstva proti raku.
Izkazalo se je, da imajo inhibitorji timidilat sintaze potencial za nadzor nekaterih vrst raka pri ljudeh. Zdi se, da je za takšne spojine občutljiv zlasti kolorektalni rak. Uspešni zaviralci vključujejo fluorouracil in kemikalije, podobne folatu. Zdi se, da je učinkovitost zaviralcev TS pri zdravljenju raka večja pri tumorjih, ki imajo nizko stopnjo izražanja TS v primerjavi s tistimi, ki proizvajajo večjo količino encima.