Visi gyvi organizmai nuolat sintetina naują dezoksiribonukleino rūgštį (DNR) ir atkuria pažeistą DNR. Timidilato sintazė (TS) yra baltymas, randamas visuose DNR gaminančiuose organizmuose. Jis dalyvauja gaminant timidiną, vieną iš nukleorūgščių, naudojamų DNR biosintezei ir taisymui.
DNR sudaryta iš dvigubos spiralės, kurią sudaro du nukleorūgščių deriniai, kurie gali susieti viena su kita, sudarydami šią struktūrą. Citozinas jungiasi su guanidinu, o adenozinas – su timidinu. Timidilato sintazė yra pagrindinis fermentas timidino gamybos kelyje. Jis reguliuoja keturių šių nukleorūgščių pirmtakų tiekimą. Be šio fermento organizmai vystosi neįprastai arba miršta.
Junginiai, kurie yra tarpininkai metabolizme, pavyzdžiui, dalyvaujantys timidino sintezėje, dažnai turi daug energijos turinčių fosfatų grupių. Tokios cheminės medžiagos laikomos fosforilintomis. Daugiausia energijos, kurią galima gauti iš fosfatų molekulių, gaunama iš trijų molekulių grupės, vadinamos trifosfato grupe. Kai fosfato ryšiai suskaidomi, procesas generuoja energiją.
Kadangi timidilato sintazė yra fermentas, jis katalizuoja reakcijas, kurios įvyktų greičiau, nei įvyktų be jo. Nukleino rūgšties substratas TS yra uridino monofosfatas (dUMP). Jis katalizuoja metilo grupės CH3 pridėjimą prie dUMP, kad susidarytų timidino monofosfatas (dTMP). Ši molekulė turės papildomų fosfatų grupių, kurias pridės kitas fermentas, gaminantis dTMP3. Labai fosforilintas junginys bus naudojamas kaip timidino šaltinis, kad jis įsijungtų į pažeistas ir naujai besiformuojančias DNR grandines.
Fermentas veikia kartu su redukuotu folio rūgšties dariniu, vadinamu 5,10-metilentetrahidrofolatu arba trumpiau 5-M. Papildomas junginys, gaminamas kartu su dTMP, yra dihidrofolatas. Tai yra folio rūgšties darinys, dar žinomas kaip vitaminas B10.
Atsižvelgiant į tai, kad timidilato sintazė atlieka tokį svarbų vaidmenį DNR sintezėje, ji buvo farmacijos tyrimų tikslas. Be šio fermento DNR nebus susintetinta. Dažnai vėžinis audinys auga greičiau nei aplinkiniai normalūs audiniai. Taigi toks vėžinis audinys greičiau sintetina DNR. Nukleino rūgščių sintezės inhibitoriai yra logiški kandidatai, kuriuos galima išbandyti kaip priešvėžinius agentus.
Paaiškėjo, kad timidilato sintazės inhibitoriai gali kontroliuoti tam tikras žmonių vėžio rūšis. Tokiems junginiams ypač jautrūs kolorektaliniai vėžiai. Sėkmingi inhibitoriai yra fluorouracilas ir į folio rūgštį panašios cheminės medžiagos. Atrodo, kad TS inhibitorių veiksmingumas gydant vėžį yra didesnis navikams, kurių TS ekspresija yra žema, palyginti su tais, kurie gamina didesnį fermento kiekį.