La direccionalidad , en biología molecular y bioquímica , es la orientación química de un extremo a otro de una sola hebra de ácido nucleico . En una sola hebra de ADN o ARN , la convención química de nombrar los átomos de carbono en el anillo de azúcar pentosa del nucleótido significa que habrá un extremo 5' (generalmente pronunciado "extremo cinco primos"), que frecuentemente contiene un grupo fosfato. unido al carbono 5 'del anillo de ribosa , y un extremo 3' (generalmente pronunciado "extremo triple"), que normalmente no está modificado a partir del sustituyente ribosa -OH. En una doble hélice de ADN , las hebras corren en direcciones opuestas para permitir el emparejamiento de bases entre ellas, lo cual es esencial para la replicación o transcripción de la información codificada.
Los ácidos nucleicos sólo pueden sintetizarse in vivo en la dirección 5′ a 3′, ya que las polimerasas que ensamblan varios tipos de nuevas hebras generalmente dependen de la energía producida al romper los enlaces de nucleósidos trifosfato para unir nuevos nucleósidos monofosfato a los nucleósidos 3′. grupo hidroxilo (-OH), a través de un enlace fosfodiéster . Las posiciones relativas de las estructuras a lo largo de las hebras de ácido nucleico, incluidos genes y diversos sitios de unión a proteínas , generalmente se indican como corriente arriba (hacia el extremo 5') o corriente abajo (hacia el extremo 3'). (Ver también aguas arriba y aguas abajo ).
La direccionalidad está relacionada con el sentido, pero es diferente de él . La transcripción de ARN monocatenario a partir de un molde de ADN bicatenario requiere la selección de una hebra del molde de ADN como la cadena molde que interactúa directamente con el ARN naciente debido a la secuencia complementaria . La otra hebra no se copia directamente, pero necesariamente su secuencia será similar a la del ARN. Los sitios de inicio de la transcripción generalmente ocurren en ambas hebras del ADN de un organismo y especifican la ubicación, dirección y circunstancias bajo las cuales se producirá la transcripción. Si la transcripción codifica una o (rara vez) más proteínas , la traducción de cada proteína por el ribosoma se realizará en una dirección de 5′ a 3′ y extenderá la proteína desde su extremo N hacia su extremo C. Por ejemplo, en un gen típico, un codón de inicio (5′-ATG-3′) es una secuencia de ADN dentro de la cadena sentido. La transcripción comienza en un sitio aguas arriba (en relación con la cadena sentido) y, a medida que avanza a través de la región, copia el 3′-TAC-5′ de la cadena plantilla para producir 5′-AUG-3′ dentro de un ARN mensajero (ARNm). ). El ribosoma escanea el ARNm desde el extremo 5', donde el codón de inicio dirige la incorporación de una metionina ( las bacterias , las mitocondrias y los plastidios utilizan N -formilmetionina en su lugar) en el extremo N de la proteína. Por convención, las secuencias de hebras simples de ADN y ARN se escriben en dirección 5′ a 3′, excepto cuando sea necesario para ilustrar el patrón de apareamiento de bases.
El extremo 5′ (pronunciado "cinco extremos primos") designa el extremo de la cadena de ADN o ARN que tiene el quinto carbono en el anillo de azúcar de la desoxirribosa o ribosa en su extremo. Un grupo fosfato unido al extremo 5' permite la ligación de dos nucleótidos , es decir, la unión covalente de un 5'-fosfato al grupo 3'-hidroxilo de otro nucleótido, para formar un enlace fosfodiéster . La eliminación del 5′-fosfato previene la ligadura. Para evitar la ligadura no deseada de ácidos nucleicos (por ejemplo, la autoligación de un vector plásmido en la clonación de ADN ), los biólogos moleculares suelen eliminar el 5'-fosfato con una fosfatasa .
El extremo 5′ del ARN mensajero naciente es el sitio en el que se produce la protección postranscripcional , un proceso que es vital para producir ARN mensajero maduro. La protección aumenta la estabilidad del ARN mensajero mientras sufre traducción , proporcionando resistencia a los efectos degradativos de las exonucleasas . [1] Consiste en un nucleótido metilado ( metilguanosina ) unido al ARN mensajero en un raro enlace 5′- a 5′-trifosfato.
La región flanqueante 5′ de un gen a menudo denota una región de ADN que no se transcribe en ARN. La región flanqueante 5' contiene el promotor del gen y también puede contener potenciadores u otros sitios de unión a proteínas.
La región 5′- no traducida (5′-UTR) es una región de un gen que se transcribe en ARNm y está ubicada en el extremo 5′ del ARNm. Esta región de un ARNm puede estar traducida o no , pero suele estar implicada en la regulación de la traducción. La región 5' no traducida es la porción del ADN que comienza en el sitio de la tapa y se extiende hasta la base justo antes del codón de iniciación de la traducción AUG de la secuencia codificante principal. Esta región puede tener secuencias, como el sitio de unión al ribosoma y la secuencia de Kozak , que determinan la eficacia de la traducción del ARNm o que pueden afectar la estabilidad del ARNm.
El extremo 3' (tercer extremo principal) de una hebra se llama así debido a que termina en el grupo hidroxilo del tercer carbono en el anillo de azúcar , y se conoce como extremo de cola . El 3′-hidroxilo es necesario en la síntesis de nuevas moléculas de ácido nucleico, ya que está ligado (unido) al 5′-fosfato de un nucleótido separado, lo que permite la formación de hebras de nucleótidos unidos.
Los biólogos moleculares pueden utilizar nucleótidos que carecen de 3′-hidroxilo (didesoxirribonucleótidos) para interrumpir la replicación del ADN . Esta técnica se conoce como método de terminación de cadena didesoxi o método de Sanger , y se utiliza para determinar el orden de los nucleótidos en el ADN .
El extremo 3' del ARN mensajero naciente es el sitio de poliadenilación postranscripcional , que une una cadena de 50 a 250 residuos de adenosina para producir ARN mensajero maduro. Esta cadena ayuda a determinar cuánto tiempo dura el ARN mensajero en la célula, lo que influye en la cantidad de proteína que se produce a partir de él.
La región flanqueante 3' es una región de ADN que no se copia en el ARNm maduro, pero que está presente adyacente al extremo 3' del gen. Originalmente se pensó que el ADN flanqueante en 3′ no se transcribía en absoluto, pero se descubrió que se transcribía en ARN y se eliminaba rápidamente durante el procesamiento de la transcripción primaria para formar el ARNm maduro. La región flanqueante 3′ a menudo contiene secuencias que afectan la formación del extremo 3′ del mensaje. También puede contener potenciadores u otros sitios a los que se pueden unir las proteínas.
La región 3' no traducida (3'-UTR) es una región del ADN que se transcribe en ARNm y se convierte en el extremo 3' del mensaje, pero que no contiene una secuencia codificante de proteínas. Todo lo que se encuentra entre el codón de parada y la cola poliA se considera no traducido en 3′. La región 3' no traducida puede afectar la eficacia de la traducción del ARNm o la estabilidad del ARNm. También tiene secuencias necesarias para la adición de la cola poli(A) al mensaje, incluido el hexanucleótido AAUAAA.