5’末端・3’末端とは？DNA・RNAの向き（5’→3’）と見分け方をわかりやすく解説

DNAやRNAの構造を学ぶと、必ず出てくるのが「5’末端（ごダッシュまったん／ファイブプライム）」と「3’末端（さんダッシュまったん／スリープライム）」という言葉です。これは、鎖のどちらの端を指しているのかを表す呼び名で、いちばんよく検索されるのは「5’末端と3’末端はどっちが先なのか」という疑問です。結論を先にいうと、DNAやRNAの新生鎖の合成は5’→3’方向に進み、翻訳ではリボソームがmRNAを5’→3’方向に読み進めます。なお、DNA・RNAポリメラーゼが読む鋳型鎖の向きは3’→5’です。配列は通常5’→3’で表記するため、「どちらを先に書くか」という意味では5’側が先です。この記事では、5’末端・3’末端とは何か、どうやって見分けるのか、なぜ向きが決まっているのか、そして5’末端・3’末端でそれぞれどんなことが起こるのかを、遺伝専門医の視点で、図と対比表を使ってわかりやすく解説します。

1. 5’末端・3’末端とは ─ 糖の「何番目の炭素」で決まる

5’末端・3’末端とは、DNAやRNAという鎖状の分子の、両端を区別するための呼び名です。DNAもRNAも、糖・リン酸・塩基からなる小さな部品（ヌクレオチド）が、たくさんつながってできています。その骨格の中心にあるのが五炭糖（デオキシリボースまたはリボース）で、この糖を構成する5つの炭素には、塩基環の番号と区別するために「’（プライム）」を付けて1’〜5’と番号がふられています[1][2]。

DNAやRNAの骨格は、糖とリン酸が交互につながった「糖-リン酸バックボーン」でできていて、塩基がそこから横に張り出しています。二重らせんをはしごにたとえると、糖とリン酸が両側の支柱、塩基対が段にあたります。なお、DNAの糖はデオキシリボースで2’炭素に水酸基を持たず、RNAの糖はリボースで2’炭素に水酸基を持つという違いがあります。ただし、5’末端・3’末端という「末端の考え方」そのものは、DNA・RNAに共通です[1][2]。なお、糖に塩基が結びついたものをヌクレオシド、それにさらにリン酸が付いたものをヌクレオチドと呼び、鎖の部品になるのはリン酸を持つヌクレオチドのほうです。

5’末端とは

5’末端とは、糖の5位炭素（C5’）が鎖のいちばん端に来ている側のことです。ここには通常、リン酸（5′-リン酸）が結合しています[1]。鎖の内部では、あるヌクレオチドの5′-リン酸が、隣のヌクレオチドの3′-水酸基と共有結合してつながっていきます。この結合をヌクレオチド同士をつなぐ「ホスホジエステル結合」といいます。鎖の一方の端では、この結合の相手がいないまま5′-リン酸が露出しており、それが5’末端です[2]。

3’末端とは

3’末端とは、糖の3位炭素（C3’）が鎖のいちばん端に来ている側で、ここには水酸基（3′-OH）が付いています[1]。鎖の反対側の端で、この3′-OHが結合相手を持たずに露出しているところが3’末端です。あとで詳しく述べるように、新しいヌクレオチドがつながるとき、その足がかりになるのがこの3′-OHです。5’末端がリン酸、3’末端が水酸基という「末端についている基の違い」は、5’と3’を見分けるいちばんの手がかりになります[2]。

なぜ「5’（ファイブプライム）」と読むのか

「5’」は、日本語ではしばしば「ごダッシュ」と読まれますが、英語では five-prime（ファイブプライム）と読むのが正式です。同じように3’は three-prime（スリープライム）です。ここでの「’（プライム）」は、糖の炭素の番号を、塩基の環にある原子の番号（こちらは「’」を付けない）と区別するための記号で、割り算の「ダッシュ」とは無関係です[1][2]。呼び方はどちらでも通じますが、原理を理解しておくと混乱しません。

2. 5’末端と3’末端はどっちが先？ ─ 向き（5’→3’）の話

結論から言うと、「先」にあたるのは5’末端です。DNAやRNAの新生鎖は5’→3’方向に合成され、翻訳ではリボソームがmRNAを5’→3’方向に読み進めるためです。ただし、ポリメラーゼが読む鋳型鎖は3’→5’方向です[1]。「5’末端3’末端」「dna 5末端 3末端 どっち」といった検索が多いのは、この向きの感覚がつかみにくいためですが、ポイントは1つだけです。

新生鎖の合成は5’→3’方向、鋳型鎖の読み取りは3’→5’方向

DNAやRNAをつくる酵素（ポリメラーゼ）は、すでにある鎖の3’末端の水酸基（3′-OH）にしか、新しいヌクレオチドをつなげられません[1]。新しい部品は常に「いまの3’末端」に足されていくので、鎖は5’側から始まって3’側へと伸びていきます。これが「合成は5’→3’方向」という意味です。同じように、mRNAをタンパク質へ翻訳するときも、リボソームはmRNAを5’末端の側から読み進めます。したがって、新生鎖や塩基配列を通常どおり5’→3’で表す場合は、5’末端が先に書かれます。

この向きは、DNAからRNAがつくられる転写でも同じです。RNAは5’→3’方向に合成され、そのとき鋳型（いがた）として読まれるDNA鎖は3’→5’方向に読み取られます。二本鎖のうち、鋳型として使われないほうの鎖（センス鎖）は、できあがるRNAと同じ並びになります（ただしチミンTのかわりにウラシルUになります）。このように、複製・転写・翻訳のいずれでも、向きは一貫して5’→3’に保たれています。

なぜ5’→3’方向なのか（簡単に）

向きが決まっている理由は、ポリメラーゼが新しいヌクレオチドをつなぐ化学反応の仕組みにあります。反応のエネルギーは、これからつながる新しいヌクレオチド側（三リン酸として運ばれてくる材料）が持っていて、それを使って鎖の3′-OHに次の部品が結合します。この向きだからこそ、間違った部品を取り除いて付け直す「校正（プルーフリーディング）」も無理なく働きます。この深い仕組み（DNAポリメラーゼの働きやラギング鎖・岡崎フラグメントなど）は、複製のページで詳しく説明しています。ここでは「向きは5’→3’に決まっている」という結論だけ押さえれば十分です。

二本鎖は「逆平行」 ─ 5’末端と3’末端が向かい合う

DNAの二本鎖は、2本が同じ向きに並んでいるのではなく、互いに逆向きに（逆平行に）組み合わさっています[1]。一方の鎖を5’→3’にたどると、もう一方の鎖は3’→5’の向きになります。その結果、二本鎖の一端では、片方の5’末端と、もう片方の3’末端が向かい合う形になります[2]。この逆平行という性質は、塩基どうしが正しく対を組むために欠かせません。この逆平行があるからこそ、AとT（RNAではAとU）、GとCという塩基どうしが、無理なく水素結合で向かい合って対（塩基対）を組めます。「dna 5末端 3末端」を考えるときは、2本がいつも逆向きに向かい合っている、とイメージすると理解しやすくなります。

3. 5’末端と3’末端の違い・見分け方

5’末端と3’末端のいちばんはっきりした違いは、末端についている基です。5’末端にはリン酸、3’末端には水酸基（OH）が付いています[1][2]。図で鎖を見るときは、糖とリン酸が交互に並んだ骨格（糖-リン酸バックボーン）をたどり、リン酸が結合相手なしに露出している端が5’末端、水酸基が露出している端が3’末端だと見分けられます。上でまとめた対比表も、この違いを一目で確認するのに役立ちます。

図での見分け方

教科書の図では、慣習として鎖を左上を5’、右下を3′に描くことが多く、二本鎖では左の鎖が上5’・下3’、右の鎖が上3’・下5’というように、上下で5’と3’が入れかわって描かれます[1]。矢印が付いている図なら、矢印の根もとが5’、矢の先が3’です（合成・読み取りの向きに合わせてあるため）。まず「リン酸か、水酸基か」で端を判定し、次に「二本鎖では逆平行」を思い出せば、たいていの図で5’と3’を正しく読み取れます。

配列を文字で書くときにも、向きの約束があります。ふつう塩基配列は左を5’、右を3′にそろえ、5’→3’の向きで左から右へ書きます。たとえば「5′-ATGC-3’」と書けば、左端のAが5’側、右端のCが3’側です。相手の鎖は逆平行なので、その下に「3′-TACG-5’」と重ねて書けます。向きの記号（5’・3’）が省略されている配列は、特に断りがなければ5’→3’で書かれている、と考えるのが基本です[1]。

核酸の5’/3’と、タンパク質のN末端・C末端は別物

よくある混同が、核酸の5’/3’末端と、タンパク質のN末端・C末端を同じものだと思ってしまうことです。5’末端・3’末端は「核酸（DNA・RNA）」の端の呼び名で、糖の炭素の番号を基準にしています。いっぽうN末端・C末端は「タンパク質」の端の呼び名で、アミノ酸の遊離アミノ基（N末端）と遊離カルボキシ基（C末端）を基準にしています。基準になっている分子も化学的な基もまったく別です。

両者は、向きとしては対応します。mRNAは5’→3’方向に読まれ、その情報からタンパク質はN末端→C末端の向きに作られていくため、「5’側の情報が、タンパク質のN末端側になる」という関係があります。ただし「5’末端＝N末端」と等号で結ぶのは誤りで、あくまで別々の分子の、別々の基準による呼び名だと理解しておくことが大切です。覚え方のコツは、数字（5’・3’）が付いていれば核酸、アルファベット（N・C）が付いていればタンパク質、と切り分けることです。どちらも「鎖の端」を表す言葉ですが、対象とする分子が違う、という点さえ押さえれば混乱しません。

4. 5’末端で起こること ─ 結合・キャップ・5’側の領域

ホスホジエステル結合とライゲーション

5’末端の主役はリン酸です。ヌクレオチドどうしは、一方の5′-リン酸と、次のヌクレオチドの3′-水酸基が結びつくことで鎖になります。これがホスホジエステル結合です[1][2]。DNAの断片どうしを酵素でつなぐ操作（ライゲーション）でも、この5′-リン酸と3′-OHの結合がつくられます。遺伝子検査や遺伝子クローニングなど、DNAを扱う技術の土台になっている反応です。

この仕組みを逆手にとった工夫もあります。DNA断片をつなぐとき、同じ断片の両端どうしがつながってしまう「自己連結」を防ぐため、分子生物学では5′-リン酸をあらかじめ酵素（ホスファターゼ）で外しておくことがあります。5′-リン酸が無くなるとホスホジエステル結合ができず、ライゲーションが起こらないためです。5’末端のリン酸が、鎖をつなぐうえでいかに重要な「のりしろ」かがよくわかる例です。

5’キャップ（キャッピング）とは

真核生物のメッセンジャーRNA（mRNA）の大半は、その5’末端に7-メチルグアノシン（m7G）という特別な構造が付きます。これを5’キャップ、その付加をキャッピングといいます。キャップは転写とほぼ同時に付けられ、キャップに結合するタンパク質を呼び寄せることで、mRNAのプロセシング・核外への輸送・キャップ依存の翻訳など、mRNAが機能するための多くの過程を助けます[3]。また、キャップに続く塩基の2′-O-メチル化は、細胞が自分のRNAとウイルス由来のRNAを見分ける（自然免疫）目印にもなります[3]。

キャップにはもう一つ、mRNAを分解から守るという大切な働きがあります。5’末端がむき出しの状態（5′-モノリン酸）になると、5’→3’方向にRNAを削っていくエキソヌクレアーゼによって速やかに分解されます。キャップが5’末端をふさぐことで、この分解を防いでいるのです[3]。なお、5’キャップやmRNAワクチンの製造といった話題は専門的で範囲が広いため、ここでは概要にとどめ、詳しくはmRNAの構造のページに譲ります。

5’非翻訳領域（5′-UTR）とプロモーター

mRNAの5’末端側には、5’非翻訳領域（5′-UTR）と呼ばれる領域があります。これは、キャップの位置から、タンパク質の設計図が始まる開始コドン（AUG）の直前までの部分で、翻訳はされないものの、翻訳の効率を調節する大切な役目を持っています。翻訳が始まるとき、リボソーム（正確には開始複合体）は5′-UTRを5’→3’方向に走査（スキャン）し、最初のAUGにたどり着いたところで翻訳を開始します。このAUGの周囲の並び（Kozak配列、代表的には（A/G）CCAUGGという並び）が、翻訳の始まりやすさを左右します[4]。開始複合体は5’側から走査し、適切な配列文脈にあるAUGを開始コドンとして選択します。最初のAUGが常に使われるとは限らず、Kozak配列が弱い場合のleaky scanningや上流ORF（uORF）などの例外もあります。そのため、5′-UTR内のAUGの位置と周囲の配列は、翻訳開始の効率や産生されるタンパク質に影響します。

5. 3’末端で起こること ─ ポリA尾部と3’側の領域

ポリA尾部（ポリアデニル化）

3’末端の側でも、mRNAには大切な加工が行われます。大半の真核生物のmRNAは、3’末端が特定の場所で切断されたあと、アデニン（A）が連続した「ポリA尾部（poly(A) tail）」が付け足されます。この過程をポリアデニル化といいます。目印となる配列（ポリアデニル化シグナル＝AAUAAAと、その下流のGU（U）に富む配列）を複数のタンパク質が認識して切断し、そこにアデニンをつなげていきます[5][6]。ポリA尾部の長さは、およそ200前後（研究や条件によって幅があります）とされ、mRNAの安定性・翻訳・核外輸送に関わります[6]。

3’非翻訳領域（3′-UTR）

タンパク質の設計図（コード領域）が終止コドンで終わったあと、ポリA尾部が付く手前までの領域を3’非翻訳領域（3′-UTR）といいます。切断とポリA付加が起こる位置（ポリアデニル化部位）が、この3′-UTRの終わりを決めています[6]。3′-UTRは翻訳こそされませんが、mRNAの安定性や、細胞内のどこに運ばれるか（局在）、どれだけ翻訳されるかといった調節に関わる、重要な領域です。たとえば、マイクロRNA（miRNA）と呼ばれる小さなRNAは、多くの場合この3′-UTRに結びついて、標的となるmRNAの翻訳や分解を調節します。詳しくは3’非翻訳領域（3’UTR）のページで解説しています。

おもしろいことに、5’末端のキャップと3’末端のポリA尾部は、離れた両端どうしで協力してmRNAを支えています。ポリA尾部にはポリA結合タンパク質（PABP）が結びつき、これが5’キャップ側の因子と連携することで、mRNAの両端がぐるりとつながった環（ループ）のような状態になり、翻訳が効率よく進むと考えられています[6]。このように、5’末端と3’末端は「鎖の両端」というだけでなく、それぞれに固有の加工を持ち、ときに協力し合って、mRNAの安定性と翻訳を支えているのです。

6. よくある誤解

まとめ

5’末端・3’末端は、DNAやRNAという鎖の両端を、糖のどの炭素（5位か3位か）が端に来ているかで区別した呼び名です。5’末端にはリン酸、3’末端には水酸基（OH）が付いており、これが見分けの手がかりになります[1][2]。そして、新生鎖の合成方向は5’→3′で、塩基配列も通常この向きで表記します。翻訳ではmRNAを5’→3’に読みますが、ポリメラーゼが読む鋳型鎖は3’→5’です。「どちらを先に書くか」という意味では5’末端が先です。二本鎖は逆平行で、片方の5’末端と相手の3’末端が向かい合います。

さらに、5’末端にはキャップ（m7G）、3’末端にはポリA尾部という固有の加工が加わり、mRNAの安定性や翻訳を支えています[3][5][6]。核酸の5’/3’とタンパク質のN/C末端を混同しないこと、そして「必ずポリA」のように例外を無視して決めつけないことも、正確な理解のポイントです。遺伝子の変化（バリアント）を表記するときも、塩基の位置はこの5’→3’の向きにそって数えるのが基本で、向きの理解は遺伝情報を正しく読むうえでの土台になります。「5’から3’へ」という一本の向きを軸に置くと、複製・転写・翻訳・mRNAの加工が、同じ地図の上でつながって見えてきます。

よくある質問（FAQ）

参考文献

• [1] Biochemistry, DNA Structure. StatPearls [Internet]. NCBI Bookshelf. [NCBI Bookshelf NBK538241]
• [2] Understanding biochemistry: structure and function of nucleic acids. [PMC6822018]
• [3] Ramanathan A, Robb GB, Chan SH. mRNA capping: biological functions and applications. Nucleic Acids Res. 2016;44(16):7511–7526. doi:10.1093/nar/gkw551. PMID:27317694. [PubMed]
• [4] von Loeffelholz O, et al. Translation initiation by the Kozak mRNA sequence is based on a conformational readout on the ribosome. Nat Commun. 2026;17(1):8467. doi:10.1038/s41467-026-73969-2. PMID:42420270. [PubMed]
• [5] Rodríguez-Molina JB, Turtola M. Birth of a poly(A) tail: mechanisms and control of mRNA polyadenylation. FEBS Open Bio. 2023;13(7):1140–1153. doi:10.1002/2211-5463.13528. PMID:36416579. [PubMed]
• [6] Boreikaitė V, Passmore LA. 3′-End Processing of Eukaryotic mRNA: Machinery, Regulation, and Impact on Gene Expression. Annu Rev Biochem. 2023;92:199–225. doi:10.1146/annurev-biochem-052521-012445. PMID:37001138. [PubMed]

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