Las ADN polimerasas normales son 5′-a-3 ‘polimerasas. Las ADN polimerasas extienden la cola 3 ‘de la molécula de ADN pero sintetizan 5′-a-3’. Las polimerasas de 3 ‘a 5’ nunca funcionarían porque la energía requerida sería demasiado alta.
Dejame explicar. En la polimerasa 5 ‘a 3’, el grupo 3 ‘OH del ADN ya sintetizado puede realizar un ataque nucleofílico SN2 sobre el nucleótido entrante porque los fosfatos beta y gamma de los nucleótidos entrantes sirven como un buen grupo saliente. Puede pensar que es difícil romper un enlace oxígeno-fósforo en el nucleótido entrante, pero los dos beta y gamma fosfatos unidos al catión divalente ayudan a cambiar la distribución de carga del enlace.
Por otro lado, si trataste de unirte al nuevo nucleótido en la dirección 3 ‘a 5’ en una reacción de síntesis de la cabeza, no siempre habrá un buen grupo saliente de pirofosfato. ¿Por qué? No puede haber un trifosfato en el extremo 5 porque se hidrolizaría espontáneamente, pero por ahora, imaginemos que podría haberlo. En este caso, el ADN se extendería como normal hasta que accidentalmente catalice un desajuste. El exo de corrección eliminaría el nucleótido incorrecto y se quedaría con una cabeza de monofosfato. ¿Qué vas a hacer ahora? Es difícil romper un enlace de oxígeno y fósforo cuando no hay ningún grupo de fosfato unido al magnesio para absorber los electrones. Debido a esto, las polimerasas de 3 ‘a 5’ tendrían dificultades para funcionar correctamente o con precisión. Aquí hay una buena foto de Essential Cell Biology que describe esto. 
¿Por qué el ADN se replica en la dirección 5′-3 ‘?
¿por qué en 5′-3 ‘dirección?
la energía para la formación del enlace fosfodiéster proviene del dNTP, que debe agregarse. dNTP es un nucleótido que tiene dos fosfatos adicionales unidos a su extremo 5 ‘. Para unir el grupo 3’OH con el fosfato del siguiente nucleótido, se debe eliminar un oxígeno de este grupo fosfato. Este oxígeno también está unido a dos fosfatos adicionales, que también están unidos a un Mg ++. Mg ++ extrae los electrones del oxígeno, lo que debilita este enlace y el llamado ataque nucleofílico del oxígeno del 3’OH tiene éxito, formando así el enlace fosfodiester.
¿Por qué no puede tener lugar en la dirección 3′-5 ‘?
Si intenta unir el grupo 3’OH del dNTP al fosfato 5 ‘del siguiente nucleótido, no habrá suficiente energía para debilitar el enlace entre el oxígeno conectado al fósforo 5’ (los otros dos fosfatos del dNTP son en el extremo 5 ‘, no en el extremo 3’), lo que hace que el ataque nucleofílico sea más difícil porque no hay un buen grupo saliente que permita que esto suceda.
La ADN polimerasa no puede comenzar a funcionar sin la extremidad 3’OH y la plantilla para copiar. Para la replicación, primasa está sintetizando un iniciador corto de ARN para generar la extremidad 3’OH. En la cadena líder se requiere un cebador de ARN único ya que la síntesis de ADN va en la misma dirección que la horquilla de replicación, en la cadena rezagada la síntesis va en sentido opuesto al avance de la horquilla pero la maquinaria completa de replicación (que en realidad está trabajando en ambas cadenas al mismo tiempo) tiene que seguir la progresión de la horquilla, razón por la cual la replicación es discontinua: la primasa genera el cebador de ARN, el ADN pol-III está llenando el espacio entre dos cebadores de ARN y luego ADNpolI está reemplazando el cebador de ARN por ADN. Tal vez su malentendido proviene de las imágenes simplificadas de replicación donde la síntesis en ambas cadenas no se produce desde el mismo complejo de replicación. ¡Espero que la imagen conjunta te ayude a entender el truco!
Cuando la hebra rezagada se está replicando en la hebra original, se debe usar el patrón 5′-3 ‘; así ocurre una pequeña discontinuidad y se forma un Fragmento de Okazaki. Estos fragmentos son procesados por la maquinaria de replicación para producir una cadena continua de ADN y, por lo tanto, una hélice de ADN hija completa.
La replicación del ADN va en la dirección 5 ‘a 3′ porque la ADN polimerasa actúa sobre el 3’-OH de la cadena existente para agregar nucleótidos libres.
Cuando el ADN se está replicando, hay dos hilos necesarios para hacer esto. Uno se llama una cadena de plantilla que sirve como el filamento que será sintetizado. El otro se llama cadena de cebador que se extenderá en la dirección de síntesis. Cuando se produce la polimerización, la ADN polimerasa se une al 3 ‘-OH del azúcar de pentosa del nucleótido anterior de la cadena de cebador. A menos que descubra que -OH, la síntesis se detiene.
Este es el dilema exacto que enfrenta el infame “problema de replicación final” del ADN.
Las enzimas de ADN polimerasa (¡hay muchas de ellas!) Solo pueden catalizar una reacción que une un desoxirribonucleótido libre (A, T, C o G) a una cadena en crecimiento si hay un extremo 3 ‘libre, con un 3 libre ‘-OH grupo. Eso significa que el hilo creciente siempre debe orientarse en la dirección 5’-3 ‘.
La replicación del ADN puede tener lugar en ambas direcciones químicamente. Sin embargo, durante la replicación del ADN en células in vivo, si se produce un error debido a la colocación de nucleótidos incorrectos (discordancia) por DNA polymersae, entonces la polimerasa con su propiedad intrínseca 3′-5 ‘exonuclease sin requerir energía adicional puede reparar (llamado DNA corrección de pruebas) y sin demora en la tasa de replicación. Si está en dirección 5’-3 ‘, no está en una dirección favorable, porque el extremo del ADN puede tener un grupo OH o P en el extremo 3’ y el nucleótido entrante también tendrá un grupo OH en la posición 5 ‘. Por lo tanto, no ocurren reacciones químicas entre OH y OH o OH y P.
Debido a que es una replicación bidireccional, una es de 3 a 5 y otra de 5 a 3 y la DNA polimerasa reconoce el sitio de 5 prime así que comienza la síntesis de la hebra líder hija aquí continuamente.
Como se dijo en las respuestas anteriores, la polimerasa requiere un grupo hidroxilo libre para formar el enlace fosfodiéster que está disponible en el extremo 3 ‘del azúcar pentosa.
La ADN polimerasa requiere el grupo 3 ‘OH como sustrato, por lo tanto, cuando se agrega un nucleótido, representa la dirección de 5 a 3.
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