Κατευθυνσιμότητα (μοριακή βιολογία)
Η κατευθυνσιμότητα (directionality), στη μοριακή βιολογία και τη βιοχημεία, είναι ο χημικός προσανατολισμός από άκρο σε άκρο ενός μόνο κλώνου νουκλεϊκού οξέος. Σε έναν μόνο κλώνο DNA ή RNA, η χημική σύμβαση της ονομασίας των ατόμων άνθρακα στο νουκλεοτίδιο δακτύλιος σακχάρου πεντόζης σημαίνει ότι θα υπάρχει ένα 5' άκρο (five-prime end), το οποίο περιέχει συχνά μια φωσφορική ομάδα προσαρτημένη στο 5' άκρο του δακτυλίου της ριβόζης και ένα 3' άκρο, που τυπικά είναι ατροποποίητο από τον υποκαταστάτη της ριβόζης -ΟΗ. Σε μια διπλή έλικα DNA, οι κλώνοι τρέχουν σε αντίθετες κατευθύνσεις για να επιτρέψουν τη σύζευξη βάσεων μεταξύ τους, κάτι που είναι απαραίτητο για την αντιγραφή ή τη μεταγραφή των κωδικοποιημένων πληροφοριών. Τα νουκλεϊκά οξέα μπορούν να συντεθούν in vivo μόνο στην κατεύθυνση 5'-προς-3', καθώς οι πολυμεράσες που συναρμολογούν διάφορους τύπους νέων κλώνων βασίζονται γενικά στην ενέργεια που παράγεται από τη διάσπαση των δεσμών τριφωσφορικού νουκλεοζίτη για την προσάρτηση νέων μονοφωσφορικών νουκλεοζιτών στην υδροξυλομάδα (−OH) μέσω φωσφοδιεστερικού δεσμού. Οι σχετικές θέσεις των δομών κατά μήκος των κλώνων του νουκλεϊκού οξέος, συμπεριλαμβανομένων των γονιδίων και διάφορων θέσεων δέσμευσης πρωτεϊνών, σημειώνονται συνήθως είτε ως "ανάντη" (προς το 5' άκρο), ή "κατάντη" (προς το 3' άκρο). Η κατευθυνσιμότητα σχετίζεται, αλλά διαφέρει από την κατεύθυνση (sense). Η μεταγραφή μονόκλωνου RNA από μήτρα δίκλωνου DNA απαιτεί την επιλογή ενός κλώνου του προτύπου DNA ως κλώνου εκμαγείου που αλληλεπιδρά άμεσα με το εκκολαπτόμενο RNA λόγω της συμπληρωματικής αλληλουχίας. Ο άλλος κλώνος δεν αντιγράφεται απευθείας, αλλά αναγκαστικά η αλληλουχία του θα είναι παρόμοια με αυτή του RNA. Οι θέσεις έναρξης μεταγραφής εμφανίζονται γενικά και στους δύο κλώνους του DNA ενός οργανισμού και καθορίζουν τη θέση, την κατεύθυνση και τις συνθήκες υπό τις οποίες θα συμβεί η μεταγραφή. Εάν το μεταγράφημα κωδικοποιεί μία ή (σπάνια) περισσότερες πρωτεΐνες, η μετάφραση κάθε πρωτεΐνης από το ριβόσωμα θα προχωρήσει σε κατεύθυνση 5'-προς-3' και θα επεκτείνει την πρωτεΐνη από το Ν-άκρο προς το C-άκρο. Για παράδειγμα, σε ένα τυπικό γονίδιο ένα κωδικόνιο έναρξης (5'-ATG-3') είναι μια αλληλουχία DNA εντός του νοηματικού κλώνου αίσθησης. Η μεταγραφή ξεκινά σε μια ανάντη θέση (σε σχέση με τον νοηματικό κλώνο) και καθώς προχωρά στην περιοχή αντιγράφει το 3'-TAC-5' από τον κλώνο του προτύπου για να παράξει το 5'-AUG-3' μέσα σε ένα αγγελιοφόρο RNA (mRNA). Το mRNA σαρώνεται από το ριβόσωμα από το 5' άκρο, όπου το κωδικόνιο έναρξης κατευθύνει την ενσωμάτωση μιας μεθειονίνης (βακτήρια, μιτοχόνδρια και πλαστίδια χρησιμοποιούν N-φορμυλμεθειονίνη στο άκρο Ν της πρωτεΐνης. Κατά σύμβαση, οι απλοί κλώνοι αλληλουχιών DNA και RNA γράφονται σε κατεύθυνση 5'-προς-3' εκτός εάν χρειάζεται για να απεικονιστεί το σχέδιο σύζευξης των βάσεων.
5' άκρο
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Το 5' άκρο (five prime end) δηλώνει το άκρο του κλώνου DNA ή RNA που έχει τον πέμπτο άνθρακα στο δακτύλιο του σακχάρου της δεοξυριβόζης ή της ριβόζης στο άκρο του. Μια φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη στο 5' άκρο επιτρέπει τη σύνδεση δύο νουκλεοτιδίων, δηλαδή την ομοιοπολική δέσμευση ενός 5'-φωσφορικού στην 3'-υδροξυλομάδα ενός άλλου νουκλεοτιδίου, για να σχηματίσει έναν φωσφοδιεστερικό δεσμό. Η αφαίρεση του 5'-φωσφορικού αποτρέπει την απολίνωση. Για να αποτραπεί η ανεπιθύμητη απολίνωση νουκλεϊκού οξέος (π.χ. αυτο-σύνδεση ενός φορέα πλασμιδίου σε κλωνοποίηση DNA), οι μοριακοί βιολόγοι αφαιρούν συνήθως το 5'-φωσφορικό με μια φωσφατάση. Το 5' άκρο του εκκολαπτόμενου αγγελιοφόρου RNA είναι η θέση στην οποία εμφανίζεται το μεταμεταγραφικό κάλυμμα, μια διαδικασία που είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή ώριμου αγγελιοφόρου RNA. Η κάλυψη αυξάνει τη σταθερότητα του αγγελιαφόρου RNA, ενώ υφίσταται μετάφραση, παρέχοντας αντίσταση στις αποικοδομητικές επιδράσεις των εξωνουκλεασών (exonucleases).[1] Αποτελείται από ένα μεθυλιωμένο νουκλεοτίδιο (μεθυλογουανοσίνη) συνδεδεμένο στο αγγελιοφόρο RNA σε έναν σπάνιο δεσμό 5'- προς 5'-τριφωσφορικού. Η 5'-πλευρική περιοχή ενός γονιδίου υποδηλώνει συχνά μια περιοχή του DNA που δεν μεταγράφεται σε RNA. Η 5'-πλευρική περιοχή περιέχει τον γονιδιακό προαγωγέα και μπορεί να περιέχει επίσης ενισχυτές ή άλλες θέσεις δέσμευσης πρωτεΐνης. Η 5'-μη μεταφραζόμενη περιοχή (5'-UTR) είναι μια περιοχή ενός γονιδίου που μεταγράφεται σε mRNA και βρίσκεται στο 5'-άκρο του mRNA. Αυτή η περιοχή ενός mRNA μπορεί να είναι ή να μην είναι μεταφρασμένη, αλλά εμπλέκεται συνήθως στη ρύθμιση της μετάφρασης. Η 5'-μη μεταφρασμένη περιοχή είναι το τμήμα του DNA που ξεκινά από τη θέση του καλύμματος και εκτείνεται στη βάση ακριβώς πριν από το κωδικόνιο έναρξης μετάφρασης AUG της κύριας κωδικοποιητικής αλληλουχίας. Αυτή η περιοχή μπορεί να έχει αλληλουχίες, όπως η θέση δέσμευσης ριβοσώματος και η αλληλουχία Kozak, οι οποίες καθορίζουν την αποτελεσματικότητα μετάφρασης του mRNA ή που μπορεί να επηρεάσουν τη σταθερότητα του mRNA.
3′ άκρο
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Το 3' άκρο ενός κλώνου ονομάζεται έτσι επειδή καταλήγει στην υδροξυλομάδα του τρίτου άνθρακα στον δακτύλιο σακχάρου, και είναι γνωστό ως «άκρο ουράς». Το 3'-υδροξύλιο είναι απαραίτητο για τη σύνθεση νέων μορίων νουκλεϊκού οξέος καθώς συνδέεται (ενώνεται) με το 5'-φωσφορικό ενός ξεχωριστού νουκλεοτιδίου, επιτρέποντας το σχηματισμό κλώνων συνδεδεμένων νουκλεοτιδίων. Οι μοριακοί βιολόγοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν νουκλεοτίδια που δεν διαθέτουν 3'-υδροξυλο (διδεοξυριβονουκλεοτίδια) για να διακόψουν την αντιγραφή του DNA. Αυτή η τεχνική είναι γνωστή ως μέθοδος τερματισμού αλυσίδας διδεοξυ ή μέθοδος Sanger και χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της σειράς των νουκλεοτιδίων στο DNA. Το 3'-άκρο του εκκολαπτόμενου αγγελιοφόρου RNA είναι η θέση της μετα-μεταγραφικής πολυαδενυλίωσης, η οποία συνδέει μια αλυσίδα από 50 έως 250 υπολείμματα αδενοσίνης για να παράγει ώριμο αγγελιοφόρο RNA. Αυτή η αλυσίδα βοηθά στον προσδιορισμό της διάρκειας του αγγελιαφόρου RNA στο κύτταρο, επηρεάζοντας πόση πρωτεΐνη παράγεται από αυτό. Η 3'-πλευρική περιοχή είναι μια περιοχή του DNA που δεν αντιγράφεται στο ώριμο mRNA, αλλά υπάρχει δίπλα στο 3'-άκρο του γονιδίου. Αρχικά θεωρήθηκε ότι το 3'-πλευρικό DNA δεν μεταγράφηκε καθόλου, αλλά ανακαλύφθηκε ότι μεταγράφεται σε RNA και απομακρύνεται γρήγορα κατά την επεξεργασία του πρωτογενούς μεταγραφήματος για να σχηματιστεί το ώριμο mRNA. Η 3'-πλευρική περιοχή περιέχει συχνά ακολουθίες που επηρεάζουν τον σχηματισμό του 3'-άκρου του μηνύματος. Μπορεί επίσης να περιέχει ενισχυτές ή άλλες θέσεις στις οποίες μπορεί να συνδεθούν οι πρωτεΐνες. Η 3'-μη μεταφρασμένη περιοχή (3'-UTR) είναι μια περιοχή του DNA που "μεταγράφεται" σε mRNA και γίνεται το 3'-άκρο του μηνύματος, αλλά που δεν περιέχει κωδικοποιητική αλληλουχία πρωτεΐνης. Τα πάντα μεταξύ του κωδικονίου διακοπής και της ουράς πολυΑ θεωρούνται 3' μη μεταφρασμένα. Η μη μεταφρασμένη περιοχή 3' μπορεί να επηρεάσει την αποτελεσματικότητα μετάφρασης του mRNA ή τη σταθερότητα του mRNA. Έχει επίσης ακολουθίες που απαιτούνται για την προσθήκη της ουράς πολυ(Α) στο μήνυμα, συμπεριλαμβανομένου του εξανουκλεοτιδίου AAUAAA.
Παραπέρα μελέτη
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]- Harvey Lodish· Arnold Berk· Paul Matsudaira· Chris A. Kaiser (2004). Molecular Cell Biology
(5th έκδοση). New York City: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-4366-8.
- ↑ «Interaction between a poly(A)-specific ribonuclease and the 5′ cap influences mRNA deadenylation rates in vitro». Molecular Cell 5 (3): 479–488. March 2000. doi:. PMID 10882133.