La direccionalidad , en biología molecular y bioquímica , es la orientación química de extremo a extremo de una sola hebra de ácido nucleico . En una sola hebra de ADN o ARN , la convención química de nombrar átomos de carbono en el anillo de nucleótidos pentosa-azúcar significa que habrá un extremo 5' (generalmente pronunciado "extremo cinco primo"), que con frecuencia contiene un grupo fosfato unido al carbono 5' del anillo de ribosa , y un extremo 3' (generalmente pronunciado "extremo tres primo"), que típicamente no está modificado a partir del sustituyente ribosa -OH. En una doble hélice de ADN , las hebras corren en direcciones opuestas para permitir el apareamiento de bases entre ellas, lo cual es esencial para la replicación o transcripción de la información codificada.
Los ácidos nucleicos solo se pueden sintetizar in vivo en la dirección 5' a 3', ya que las polimerasas que ensamblan varios tipos de nuevas cadenas generalmente dependen de la energía producida al romper los enlaces de nucleósido trifosfato para unir nuevos nucleósidos monofosfatos al grupo 3'- hidroxilo (−OH), a través de un enlace fosfodiéster . Las posiciones relativas de las estructuras a lo largo de las cadenas de ácido nucleico, incluidos los genes y varios sitios de unión de proteínas , generalmente se indican como aguas arriba (hacia el extremo 5') o aguas abajo (hacia el extremo 3'). (Véase también aguas arriba y aguas abajo ).
La direccionalidad está relacionada con, pero es diferente de, el sentido . La transcripción de ARN monocatenario a partir de una plantilla de ADN bicatenario requiere la selección de una hebra de la plantilla de ADN como la hebra de plantilla 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, la dirección y las circunstancias bajo las cuales ocurrirá la transcripción. Si la transcripción codifica una o (raramente) más proteínas , la traducción de cada proteína por el ribosoma procederá en una dirección 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 hebra 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 molde para producir 5′-AUG-3′ dentro de un ARN mensajero (ARNm). El ARNm es escaneado por el ribosoma desde el extremo 5′, donde el codón de inicio dirige la incorporación de una metionina ( las bacterias , las mitocondrias y los plástidos utilizan N -formilmetionina en su lugar) en el extremo N de la proteína. Por convención, las cadenas simples de secuencias de ADN y ARN se escriben en una dirección 5′ a 3′ excepto cuando es necesario para ilustrar el patrón de apareamiento de bases.
El extremo 5' (pronunciado "five prime end") 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 ligadura 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 evita la ligadura. Para evitar la ligadura no deseada de ácidos nucleicos (por ejemplo, la autoligadura de un vector plasmídico en la clonación de ADN ), los biólogos moleculares eliminan comúnmente el 5'-fosfato con una fosfatasa .
El extremo 5′ del ARN mensajero naciente es el sitio en el que se produce el recubrimiento postranscripcional , un proceso que es vital para producir ARN mensajero maduro. El recubrimiento aumenta la estabilidad del ARN mensajero mientras se somete a traducción , lo que proporciona 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 se encuentra en el extremo 5′ del ARNm. Esta región de un ARNm puede traducirse o no , pero generalmente está involucrada en la regulación de la traducción. La región 5′ no traducida es la porción del ADN que comienza desde el sitio de la tapa y se extiende hasta la base justo antes del codón de inicio de la traducción AUG de la secuencia codificante principal. Esta región puede tener secuencias, como el sitio de unión del ribosoma y la secuencia Kozak , que determinan la eficiencia de la traducción del ARNm o que pueden afectar la estabilidad del ARNm.
El extremo 3' (extremo tres primos) de una cadena se llama así debido a que termina en el grupo hidroxilo del tercer carbono en el anillo de azúcar , y se conoce como el 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 cadenas de nucleótidos unidos.
Los biólogos moleculares pueden utilizar nucleótidos que carecen de un 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 pensaba que el ADN flanqueante 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 las proteínas pueden unirse.
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 la secuencia codificante de la proteína. Todo lo que se encuentra entre el codón de terminación y la cola de poliA se considera 3′ no traducido. La región 3′ no traducida puede afectar la eficiencia de la traducción del ARNm o la estabilidad del mismo. También tiene secuencias que son necesarias para la adición de la cola de poli(A) al mensaje, incluido el hexanucleótido AAUAAA.