방향성 (분자생물학)

[섬네일|오른쪽|220px|표준적인 표기법을 사용하여 탄소 원자를 표지한 5탄당 분자. 위쪽이 5', 아래쪽이 3'이다. [DNA와 RNA는 5'→3' 방향으로 합성된다.]]
**방향성**(方向性, )은 분자생물학 및 생화학에서 단일 가닥 핵산의 양 말단의 화학적 방향을 의미한다. DNA 및 RNA의 단일 가닥에서 뉴클레오타이드의 5탄당 고리의 탄소 원자에 번호를 매기는 화학적 관습에 근거한다. 핵염기의 탄소에도 번호를 매기기 때문에, 이와 구분하기 위해 5탄당의 탄소 번호에는 '(프라임) 기호를 붙여서 구분한다. 5탄당의 인산기가 결합된 한쪽 끝을 5' 말단(일반적으로 "5 프라임 말단"이라고 부름), 5탄당의 3' 위치에 하이드록실기가 노출된 다른 쪽 끝을 3' 말단(일반적으로 "3 프라임 말단"이라고 부름)이라고 한다. 이중 나선을 이루고 있는 DNA 두 가닥은 양 말단의 방향이 서로 반대인 역평행(역방향) 구조이며, 암호화된 정보의 복제 또는 전사에 필수적인 상보적인 염기쌍을 형성하고 있다.

핵산은 생체 내에서 5'→3' 방향으로만 합성될 수 있는데, 이는 다양한 유형의 새로운 가닥을 조립하는 중합효소가 일반적으로 뉴클레오사이드 삼인산의 고에너지 인산 결합을 끊을 때 생성되는 에너지를 사용하여 새롭게 첨가되는 뉴클레오사이드 일인산을 핵산 가닥의 3'-하이드록실기(3'–OH)에 부착시키면서 포스포다이에스터 결합을 형성하기 때문이다. 유전자 및 다양한 단백질의 결합 부위를 포함하여 핵산 가닥을 따라 위치한 구조의 상대적 위치는 일반적으로 상류(5' 말단 방향) 또는 하류(3' 말단 방향)로 표시된다(상류 및 하류를 참조).

방향성은 센스와 관련이 있지만 센스와는 다르다. 이중 가닥 DNA 주형으로부터 단일 가닥 RNA를 전사하려면, 상보적인 서열로 인해 새로 생성되는 RNA와 직접 상호작용하는 주형 가닥으로 DNA의 한 가닥을 주형으로 선택해야 한다. 다른 가닥은 직접 복제되지는 않지만, 그 염기 서열은 필연적으로 RNA의 염기 서열과 유사할 것이다. 전사 개시 부위는 일반적으로 생물체의 DNA 두 가닥 모두에 존재하며, 전사가 일어날 위치, 방향, 조건을 지정한다. 만약 전사체가 하나 또는 (드물게) 그 이상의 단백질을 부호화한다면, 리보솜에 의한 각 단백질의 번역은 5'→3' 방향으로 진행되며, 단백질은 N-말단에서 C-말단 방향으로 확장된다. 예를 들어, 유전자에서 개시 코돈(5'-ATG-3')은 센스 가닥 내의 DNA 서열이다. 전사는 (센스 가닥을 기준으로) 상류 부위에서 시작되며, 해당 영역을 진행하면서 주형 가닥의 3'-TAC-5' 부분을 복사하여 mRNA 내의 5'-AUG-3' 부분을 생성한다. mRNA는 5' 말단부터 리보솜에 의해 스캔되는데, 개시 코돈은 단백질의 N 말단에 메티오닌(세균, 미토콘드리아, 색소체는 ''N''-폼일메티오닌을 사용함)을 삽입하도록 지시한다. 관례적으로 DNA와 RNA 단일 가닥 서열은 염기쌍 결합 패턴을 설명하기 위해 필요한 경우를 제외하고는 5'→3' 방향으로 표기한다.

## 5'-말단
섬네일|오른쪽|220px|그림에 나타난 DNA 부분에서 5'→3' 방향은 왼쪽 가닥에서는 아래쪽으로, 오른쪽 가닥에서는 위쪽으로 향하는 방향이다.
5'-말단("파이브 프라임 말단"으로 읽음)은 DNA 또는 RNA 가닥의 말단, 즉 디옥시리보스 또는 리보스의 당 고리에 있는 5번째 탄소가 위치한 부분을 나타낸다. 5'-말단에 결합된 인산기는 두 뉴클레오타이드의 연결, 즉 5'-인산기가 다른 뉴클레오타이드의 3'-하이드록실기와 공유 결합하여 포스포다이에스터 결합을 형성할 수 있게 한다. 5'-인산기가 제거되면 연결이 방지된다. 원치 않는 핵산 연결(예: DNA 클로닝에서 플라스미드 벡터의 자가 연결)을 방지하기 위해 분자생물학자들은 일반적으로 인산가수분해효소를 사용하여 5'-인산기를 제거한다.

새로 생성된 mRNA의 5'-말단은 전사 후 캡핑이 일어나는 부위이며, 이 과정은 성숙한 mRNA를 생성하는 데 필수적이다. 캡핑은 mRNA가 번역되는 동안 안정성을 높여 엑소뉴클레이스의 분해 효과에 대한 저항성을 제공한다. 이는 메틸화된 뉴클레오사이드(메틸구아노신)가 드문 경우인 5'→5' 삼인산 결합으로 mRNA에 부착된 형태로 구성된다.

유전자의 5'-측면 영역은 종종 RNA로 전사되지 않는 DNA의 영역을 나타낸다. 5'-측면 영역에는 프로모터가 포함되어 있으며, 인헨서 또는 다른 단백질 결합 부위가 포함될 수 있다.

5'-비번역 부위(5'-UTR)은 mRNA로 전사되는 유전자의 영역으로, mRNA의 5' 말단에 위치한다. mRNA의 이 영역은 번역될 수도 있고 번역되지 않을 수도 있지만, 일반적으로 번역 조절에 관여한다. 5'-비번역 부위는 캡 부위에서 시작하여 주요 코딩 서열의 AUG 번역 개시 코돈 바로 앞의 염기까지 이어지는 DNA의 일부이다. 이 영역에는 mRNA의 번역 효율을 결정하거나 mRNA의 안정성에 영향을 미칠 수 있는 리보솜 결합 부위 및 코작 서열과 같은 서열이 포함될 수 있다.

## 3'-말단
[섬네일|오른쪽|220px|뉴클레오타이드 사이의 [포스포다이에스터 결합(파란색 원 내부)]]
가닥의 3'-말단("쓰리 프라임 말단"으로 읽음)은 당 고리의 3번째 탄소에 있는 하이드록실기에서 끝나기 때문에 그렇게 명명되었으며, 꼬리 말단이라고도 한다. 3'-하이드록실기는 새로운 핵산 분자의 합성에 필수적인데, 이는 다른 뉴클레오타이드의 5'-인산기와 결합되어 뉴클레오타이드가 연결된 가닥을 형성할 수 있게 해주기 때문이다.

분자생물학자들은 3'-하이드록실기가 없는 뉴클레오타이드(다이디옥시리보뉴클레오타이드)를 사용하여 DNA 복제를 방해할 수 있다. 이 기술은 다이디옥시 사슬 종결법 또는 생어법으로 알려져 있으며, DNA의 뉴클레오타이드 순서를 결정하는 데 사용된다.

새로 생성된 mRNA의 3' 말단은 전사 후 폴리아데닐화가 일어나는 부위로, 이 과정을 통해 50~250개의 아데노신 잔기가 연결되어 성숙한 mRNA가 생성된다. 이 사슬은 mRNA가 세포 내에서 얼마나 오래 지속되는지를 결정하는 데 도움을 주며, 이는 mRNA로부터 생성되는 단백질의 양에 영향을 미친다.

3'-측면 영역은 성숙한 mRNA로 복제되지 않지만 유전자의 3'-말단에 인접하여 존재하는 DNA의 영역이다. 원래는 3'-측면 영역의 DNA 서열이 전혀 전사되지 않는다고 생각되었지만, RNA로 전사된 후 1차 전사체가 성숙한 mRNA를 형성하는 과정에서 빠르게 제거되는 것으로 밝혀졌다. 3'-측면 영역에는 mRNA의 3'-말단 형성에 영향을 미치는 서열이 포함되는 경우가 많다. 또한 단백질이 결합할 수 있는 인핸서 또는 기타 부위를 포함할 수도 있다.

3'-비번역 부위(3′-UTR)은 DNA로부터 mRNA로 전사되어 mRNA의 3'-말단이 되지만, 단백질 코딩 서열을 포함하지 않는 영역이다. 종결 코돈과 폴리 A 꼬리 사이의 모든 부분은 3'-비번역 부위로 간주된다. 3'-비번역 부위는 mRNA의 번역 효율이나 mRNA의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 또한 이 서열에는 헥사뉴클레오타이드 AAUAAA를 포함하여 mRNA에 폴리(A) 꼬리를 추가하는 데 필요한 서열이 포함되어 있다.

## 같이 보기
* DNA
* RNA
* 센스 (분자생물학)

## 각주

## 더 읽을거리
* 

## 외부 링크
* A Molecular Biology Glossary

분류:DNA
분류:분자유전학
분류:RNA