Направленность в молекулярной биологии и биохимии — это сквозная химическая ориентация одной цепи нуклеиновой кислоты . В одиночной цепи ДНК или РНК химическое соглашение об именовании атомов углерода в нуклеотидном пентозо-сахарном кольце означает, что будет 5'-конец (обычно произносится как «конец с пятью штрихами»), который часто содержит фосфатную группу . присоединен к 5'-углероду рибозного кольца и 3'-концу (обычно произносится как «конец с тремя штрихами»), который обычно не модифицирован заместителем рибозы -ОН. В двойной спирали ДНК, нити идут в противоположных направлениях, чтобы обеспечить спаривание оснований между ними, что необходимо для репликации или транскрипции закодированной информации.
Нуклеиновые кислоты могут быть синтезированы in vivo только в направлении от 5' к 3', поскольку полимеразы , которые собирают различные типы новых цепей, обычно полагаются на энергию, вырабатываемую разрывом нуклеозидтрифосфатных связей, для присоединения новых нуклеозидмонофосфатов к 3'-концу. гидроксильную (-ОН) группу через фосфодиэфирную связь . Относительное расположение структур вдоль цепей нуклеиновой кислоты, включая гены и различные сайты связывания белков , обычно отмечается либо вверх по течению (по направлению к 5'-концу), либо вниз по течению (по направлению к 3'-концу). (См. также восходящий и нисходящий потоки .)
Направленность связана со смыслом , но отличается от него . Транскрипция одноцепочечной РНК с матрицы двухцепочечной ДНК требует выбора одной цепи матрицы ДНК в качестве цепи матрицы, которая непосредственно взаимодействует с формирующейся РНК за счет комплементарной последовательности . Другая цепь не копируется напрямую, но ее последовательность обязательно будет аналогична последовательности РНК. Сайты инициации транскрипции обычно встречаются на обеих цепях ДНК организма и определяют местоположение, направление и обстоятельства, при которых будет происходить транскрипция. Если транскрипт кодирует один или (реже) несколько белков , трансляция каждого белка рибосомойбудет проходить в направлении от 5' к 3' и будет расширять белок от его N-конца к его С-концу. Например, в типичном гене стартовый кодон (5'-ATG-3') представляет собой последовательность ДНК внутри смысловой цепи. Транскрипция начинается в восходящем сайте (относительно смысловой цепи) и, проходя через область, копирует 3'-TAC-5' из матричной цепи с образованием 5'-AUG-3' в матричной РНК (мРНК) . ). мРНК сканируется рибосомой с 5'-конца, где стартовый кодон направляет включение метионина ( бактерии , митохондрии и пластиды используют N -формилметионин).вместо этого) на N-конце белка. По соглашению одноцепочечные последовательности ДНК и РНК записываются в направлении от 5' к 3', за исключением случаев, когда это необходимо для иллюстрации схемы спаривания оснований.
5'-конец (произносится как «конец пяти простых чисел») обозначает конец цепи ДНК или РНК, который имеет пятый углерод в сахарном кольце дезоксирибозы или рибозы на своем конце. Фосфатная группа, присоединенная к 5'-концу, обеспечивает лигирование двух нуклеотидов , то есть ковалентное связывание 5'-фосфата с 3'-гидроксильной группой другого нуклеотида с образованием фосфодиэфирной связи . Удаление 5'-фосфата предотвращает лигирование. Чтобы предотвратить нежелательное лигирование нуклеиновой кислоты (например, самолигирование плазмидного вектора при клонировании ДНК ), молекулярные биологи обычно удаляют 5'-фосфат с помощьюфосфатаза .
5'-конец зарождающейся матричной РНК является местом, в котором происходит посттранскрипционное кэпирование , процесс, жизненно важный для получения зрелой матричной РНК. Кэпирование увеличивает стабильность матричной РНК во время ее трансляции , обеспечивая устойчивость к разрушающему действию экзонуклеаз . [1] Он состоит из метилированного нуклеотида ( метилгуанозин ), присоединенного к матричной РНК редкой 5'-5'-трифосфатной связью.
5' - фланкирующая область гена часто обозначает участок ДНК , который не транскрибируется в РНК. 5'-фланкирующая область содержит промотор гена , а также может содержать энхансеры или другие сайты связывания белка.