כיווניות (ביולוגיה)

בביולוגיה, כיווניות (באנגלית: Directionality) היא האוריינטציה הכימית של חד-גדיל של חומצות גרעין.

טבעת של חד-סוכר מסוג פורנוז, ובה הפחמנים מסומנים לפי השיום המוסכם. קצה 5' נמצא למעלה וקצה 3' למטה. זהו הכיווניות בו רוב התהליכים הביולוגיים מתרחשים.

בחומצות הגרעין המרכיבות גדיל DNA או RNA יש חד-סוכר טבעתי המכיל 5 אטומי פחמן. לפי המוסכמה לשיום אטומי הפחמן המרכיבים את הטבעת, פחמן מספר 3 ופחמן מספר 5 משמשים לחיבור נוקליאוטידים שונים. לפחמן מספר 3 (מכונה גם קצה ה-3 פְּרַיְם, ומסומן 3') קשור אטום חמצן, בעל אלקטרון זמין ליצירת קשר עם אטומים נוספים. לפחמן מספר 5 (מכונה גם קצה ה-5 פְּרַיְם, ומסומן 5') קשורה קבוצת זרחן, שדרכה ניתן ליצור קשר עם אטומים נוספים. בכדי לאפשר זיווג בסיסים, ב-DNA דו-גדילי שני הגדילים יהיו בכיווניות הפוכה, דבר החיוני לשעתוק ולשכפול. ברירת המחדל המקובלת בתחום הוא להציג כל מולקולה חד-גדילית בכיווניות של 5' ל-3'. כאשר נעשה שימוש בכיווניות הפוכה, הדבר מסומן בבירור.

בתאים חיים, חומצות גרעין יכולים לעבור סינתזה רק בכיווניות של 5' ל-3', מכיוון שאנזימי הפולימראז משתמשים באנרגיה הנוצרת מביקוע שלוש קבוצות הזרחן בקצה 5' לחיבור נוקליאוטיד בעל קבוצת זרחן אחת להידרוקסיל בקצה ה-3' באמצעות קשר פוספודיאסטרי.

שעתוק יכול להתבצע משני הגדילים של ה-DNA, בכיווניות הפוכה, כך שאנזים ה-RNA פולימראז מסנתז בכיווניות של 5' ל-3' ללא תלות בגדיל העובר שעתוק. מולקולת ה-RNA שנוצרה תעבור תרגום בכיווניות של 5' ל-3'.

קצה 5'

קצה ה-5' (מבוטא: קצה החמש פְּרַיְם) מסמן את קצה גדיל ה-DNA או ה-RNA שיש לו פחמן בעמדה מספר 5 של טבעת החד-סוכר (פורנוז) של הדיאוקסיריבוז או הריבוז. קבוצת זרחן המחוברת בקצה זה מאפשרת ליגציה של שני נוקליאטידים באמצעות יצירת קשר קוולנטי של הזרחן בקצה ה-5' של נוקליאוטיד אחד לקבוצת ההידרוקסיל בקצה ה-3' של הנוקליאוטיד השני (קשר פוספודיאסטרי). בביולוגיה מולקולרית, מדענים פיתחו שיטות להסרת קבוצת הזרחן בקצה ה-5' כדי למנוע ליגציות (לדוגמה, בשיבוט מולקולרי מסירים את הזרחן כדי למנוע סגירה של פלסמיד ללא הוספת מקטע).

בכדי ש-mRNA יועבר מהגרעין לציטוזול שם יעבור תרגום לחלבון, ישנו צורך ב-5' Cap המייצב את המולקולה.

בקצה 5' של גן ישנו אזור המשמש לקשירת חלבונים ולבקרת שעתוק ואינו עובר שעתוק.

UTR '5 הוא אזור בגן העובר שעתוק ל-mRNA, נמצא סמוך לקצה ה-5' ואינו עובר תרגום לחלבון. אזור זה משמש לבקרה. תחילתו לאחר רצף ה-5' Cap וסיומו בקודון הראשון. אזור זה יכול להכיל אתרי קישור לריבוזומים ורצף קוזק, המשפיעים על יעילות התרגום של ה-mRNA ועל יציבותו.

קצה 3'

קצה ה-3' (מבוטא: קצה השלוש פְּרַיְם) מסמן את קצה גדיל ה-DNA או ה-RNA שיש לו פחמן בעמדה מספר 3 של טבעת החד-סוכר (פורנוז) של הדיאוקסיריבוז או הריבוז. קבוצת הידרוקסיל המחוברת בקצה זה נקשרת לקבוצת זרחן בקצה 5' של נוליאוטיד אחר באמצעות קשר פוספודיאסטרי, ובכך מולקולה יכולה להתארך. בביולוגיה מולקולרית, מדענים פיתחו שיטות להסרת קבוצת ההידרוקסיל בקצה ה-3' כדי לעצור את תהליך השכפול, וזהו הבסיס לשיטת סנגר לריצוף DNA.

במהלך הבשלת mRNA, קצה ה-3' עובר תהליך של פוליאדנילציה, שבו מחובר שרשרת של 50–250 מולקולות אדנוזין לקבוצת ההידרוקסיל בעמדה זו. אורך השרשרת מעיד על הזמן בו ישרוד ה-mRNA בתא לפני שיישלח לפירוק, ובכך גם על כמות החלבון שיסונתז ממנו.

בקצה ה-3' של גן ישנו אזור שעובר שעתוק אך מיד עובר פירוק במהלך תהליך ההבשלה של ה-mRNA.

UTR '3 הוא אזור בגן העובר שעתוק ל-mRNA, נמצא סמוך לקצה ה-3' ואינו עובר תרגום לחלבון. אזור זה משמש לבקרה. תחילתו לאחר קודון הסיום וסיומו בזנב הפוליאדנילציה.

ראו גם

• גדיל (ביולוגיה)
• מקטעי אוקזקי