Directionnalité (biologie moléculaire) - Directionality (molecular biology)
La directionnalité , en biologie moléculaire et en biochimie , est l' orientation chimique de bout en bout d' un seul brin d' acide nucléique . Dans un seul brin d' ADN ou d' ARN , la convention chimique consistant à nommer les atomes de carbone dans le cycle nucléotidique pentose-sucre signifie qu'il y aura une extrémité 5′ (généralement prononcée « extrémité cinq premiers »), qui contient fréquemment un phosphate un groupe attaché au carbone 5' du cycle ribose , et une extrémité 3' (généralement prononcée "extrémité à trois premiers points"), qui n'est généralement pas modifiée par rapport au substituant ribose -OH. Dans une double hélice d'ADN , les brins vont dans des directions opposées pour permettre l' appariement des bases entre eux, ce qui est essentiel pour la réplication ou la transcription de l'information codée.
Les acides nucléiques ne peuvent être synthétisés in vivo que dans le sens 5'-vers-3', car les polymérases qui assemblent divers types de nouveaux brins reposent généralement sur l'énergie produite par la rupture des liaisons nucléoside triphosphate pour attacher de nouveaux nucléosides monophosphates au 3'- groupe hydroxyle (-OH), via une liaison phosphodiester . Les positions relatives des structures le long des brins d'acide nucléique, y compris les gènes et divers sites de liaison aux protéines , sont généralement notées comme étant soit en amont (vers l'extrémité 5') soit en aval (vers l'extrémité 3'). (Voir aussi en amont et en aval .)
La directionnalité est liée au sens, mais différente du sens . La transcription d'ARN simple brin à partir d'une matrice d'ADN double brin nécessite la sélection d'un brin de la matrice d'ADN en tant que brin matrice qui interagit directement avec l'ARN naissant en raison d' une séquence complémentaire . L'autre brin n'est pas copié directement, mais nécessairement sa séquence sera similaire à celle de l'ARN. Les sites d'initiation de la transcription se produisent généralement sur les deux brins de l'ADN d'un organisme et spécifient l'emplacement, la direction et les circonstances dans lesquelles la transcription se produira. Si le transcrit code pour une ou (rarement) plusieurs protéines , la traduction de chaque protéine par le ribosome se déroulera dans une direction 5' à 3', et étendra la protéine de son extrémité N vers son extrémité C. Par exemple, dans un gène typique, un codon d'initiation (5'-ATG-3') est une séquence d'ADN dans le brin sens. La transcription commence à un site en amont (par rapport au brin sens), et au fur et à mesure qu'elle progresse dans la région, elle copie le 3'-TAC-5' du brin matrice pour produire 5'-AUG-3' dans un ARN messager (ARNm ). L'ARNm est scanné par le ribosome à partir de l'extrémité 5', où le codon de départ dirige l'incorporation d'une méthionine (les bactéries , les mitochondries et les plastes utilisent à la place la N- formylméthionine ) à l'extrémité N de la protéine. Par convention, les simples brins des séquences d' ADN et d' ARN sont écrits dans une direction 5' à 3', sauf si cela est nécessaire pour illustrer le schéma d'appariement des bases.
5′-extrémité
L'extrémité 5' (prononcée "cinq premières extrémités") désigne l'extrémité du brin d'ADN ou d'ARN qui a le cinquième carbone dans le cycle de sucre du désoxyribose ou du ribose à son extrémité. Un groupe phosphate attaché à l'extrémité 5' permet la ligature de deux nucléotides , c'est-à-dire la liaison covalente d'un 5'-phosphate au groupe 3'-hydroxyle d'un autre nucléotide, pour former une liaison phosphodiester . L'élimination du 5'-phosphate empêche la ligature. Pour empêcher la ligature indésirable des acides nucléiques (par exemple, l'auto-ligature d'un vecteur plasmidique dans le clonage d'ADN ), les biologistes moléculaires éliminent généralement le 5'-phosphate avec une phosphatase .
L'extrémité 5' de l' ARN messager naissant est le site où se produit le coiffage post-transcriptionnel , un processus essentiel à la production d'ARN messager mature. Le coiffage augmente la stabilité de l'ARN messager pendant qu'il subit la traduction , offrant une résistance aux effets de dégradation des exonucléases . Il se compose d'un nucléotide méthylé ( méthylguanosine ) attaché à l'ARN messager dans une rare liaison 5'- à 5'-triphosphate.
La région flanquante 5' d'un gène désigne souvent une région d'ADN qui n'est pas transcrite en ARN. La région flanquante 5' contient le promoteur du gène et peut également contenir des amplificateurs ou d'autres sites de liaison aux protéines.
La 5' - non traduite région (5'-UTR) est une région d'un gène qui est transcrite en ARNm, et est situé à l'extrémité 5 ' de l'ARNm. Cette région d'un ARNm peut être traduite ou non , mais est généralement impliquée dans la régulation de la traduction. La région 5'-non traduite est la partie de l'ADN partant du site de la coiffe et s'étendant jusqu'à la base juste avant le codon d'initiation de la traduction AUG de la séquence codante principale. Cette région peut avoir des séquences, telles que le site de liaison du ribosome et la séquence Kozak , qui déterminent l'efficacité de traduction de l'ARNm, ou qui peuvent affecter la stabilité de l'ARNm.
3′-extrémité
L'extrémité 3' (trois premières extrémités) d'un brin est ainsi nommée en raison de sa terminaison au groupe hydroxyle du troisième carbone du cycle du sucre , et est connue sous le nom d' extrémité arrière . Le 3'-hydroxyle est nécessaire dans la synthèse de nouvelles molécules d'acide nucléique car il est lié (joint) au 5'-phosphate d'un nucléotide séparé, permettant la formation de brins de nucléotides liés.
Les biologistes moléculaires peuvent utiliser des nucléotides dépourvus de 3′-hydroxyle (didésoxyribonucléotides) pour interrompre la réplication de l' ADN . Cette technique est connue sous le nom de méthode de terminaison de chaîne didésoxy ou méthode de Sanger, et est utilisée pour déterminer l'ordre des nucléotides dans l'ADN .
L'extrémité 3' de l' ARN messager naissant est le site de la polyadénylation post-transcriptionnelle , qui attache une chaîne de 50 à 250 résidus d' adénosine pour produire l'ARN messager mature. Cette chaîne aide à déterminer combien de temps l'ARN messager dure dans la cellule, influençant la quantité de protéines produites à partir de celui-ci.
La région flanquante 3' est une région d'ADN qui n'est pas copiée dans l'ARNm mature, mais qui est présente adjacente à l'extrémité 3' du gène. On pensait à l'origine que l'ADN flanquant 3' n'était pas du tout transcrit, mais il a été découvert qu'il était transcrit en ARN et rapidement éliminé pendant le traitement du transcrit primaire pour former l'ARNm mature. La région flanquante 3' contient souvent des séquences qui affectent la formation de l'extrémité 3' du message. Il peut également contenir des activateurs ou d'autres sites auxquels les protéines peuvent se lier.
La 3' - non traduite région (3'-UTR) est une région de l'ADN qui est transcrite en ARNm et devient l'extrémité 3 'du message, mais qui ne contient pas la séquence codante de la protéine. Tout ce qui se trouve entre le codon stop et la queue polyA est considéré comme non traduit en 3'. La région 3'-non traduite peut affecter l'efficacité de traduction de l'ARNm ou la stabilité de l'ARNm. Il a également des séquences qui sont requises pour l'ajout de la queue poly(A) au message, y compris l'hexanucléotide AAUAAA.
Voir également
Lectures complémentaires
- Harvey Lodish; Arnold Berk; Paul Matsudaira ; Chris A. Kaiser (2004). Biologie cellulaire moléculaire (5e éd.). New York : WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-4366-8.