核孔复合体及功能

核质蛋白(nucleoplasmin)：
一种酸性大的核蛋白， 与核小体的装配有关
较大的头部 不能经核孔入核 细长的尾部 能经核孔入核
能经核孔入核
第一节 细胞核的形态结构
非洲爪蟾卵母细胞中核质蛋白注射实验的图解
第一节 细胞核的形态结构
核输入信号(nuclear import signal)
又称为核定位信号（nuclear localization signal, NLS） 由4~8个氨基酸构成的一段特殊的氨基酸序列，富含 Lys、Arg和Pro等带正电的氨基酸 此信号与信号肽不同：它可以定位在亲核蛋白的不同部 位，而不仅仅是位于N-末端；且在进入核后也不被切除. SV40的T抗原：“Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val”
第一节 细胞核的形态结构
（二）核孔复合体
——胞质与核质之间进行物质运输的通道
第一节 细胞核的形态结构
核孔复合体的数量随细胞种类不同而有较大差异：
哺乳类细胞：3,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00~4,000个(11个/m2) 非洲爪蟾卵母细胞：3.8×107(60个/m2)
在不同生理状态(如基因转录活性)下，核孔复合体的 数量也会改变
80~120nm 9×15nm
核孔复合体结构的纤丝模型
核 孔 复 合 体 的 超 微 结 构 及 其 模 式 图 解
第一节 细胞核的形态结构
八 重 对 称 分 布 的 跨 膜 的 辐 射 状 结 构
核孔复合体结构的模式图解 (Alberts等, 2002)
胞质丝
射辐状结构
环亚单位 胞质环
第一节 细胞核的形态结构
GTP在细胞质中被水解为Ran-GDP，Ran-GDP随后被 运回核内，而输入蛋白 α也在核内输出蛋白(exportin)的 帮助下运回细胞质。
第一节 细胞核的形态结构
(2) 核糖体蛋白的运进和核糖体亚单位(rRNP)的运出
(3) 成熟mRNA和scRNA的运出
第一节 细胞核的形态结构
5‘-端m7G帽
Thr 失去核输入信号的作用
核输入信号结合蛋白(nuclear import signal-binding protein, NBP) 第一节 细胞核的形态结构
具有核输入信号 序列的蛋白质
亲核蛋白只有 与受体蛋白结 合后才能进入 核内！
亲核蛋白进入 核内需要有受 体蛋白的介导
第一节 细胞核的形态结构
RNA运出细胞核的模式图解(a)及其电镜照片(b) mRNA以mRNP的形式经核孔被运出核
tRNA的运出：也是一个蛋白质介导的过程
小结
第一节 细胞核的形态结构
核孔复合体对亲核蛋白的运进和各种RNA 和核糖体亚单位的运出均具有高度选择性，运 输过程既涉及主动运输又存在有被动运输。其 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程， 需要消耗ATP来提供能量。
爪蟾成熟红细胞：
无转录活性
11个/m2 (3000~4000个) 3个/m2(150~300个)
➢ 转录活性旺盛：数量增加 ➢ 转录活性降低：数量减少
第一节 细胞核的形态结构
1. 核孔复合体的结构
在脊椎动物中：约1.25 108 dalton(核糖体的30倍) 在酵母中：0.66 108 dalton
核质环 环亚单位
核质丝
端环
核孔复合体
第一节 细胞核的形态结构
膜间隙 外层核膜 内层核膜
核纤层
染色质
核孔复合体在进化上高度保守
跨膜的N-连接糖蛋白;
Gp210 具有信号肽和两个疏水性序列;
作用：将核孔复合体铆连到核膜上
核孔蛋白
(nucleoporin)
8~10种糖蛋白，构成核孔蛋白家族;
O-连接糖蛋白 作用：构成胞质丝和核质丝，直接参
研究表明，亲核蛋白向细胞核输入的具体过程如下：
①亲核蛋白与输入蛋白α/β异二聚体(即NBP)结合; ②形成的亲核蛋白-受体复合体与核孔复合体的胞质丝结合; ③胞质丝向核弯曲，中央栓构象发生改变，形成亲水通道，
蛋白质复合物进入核内; ④该复合体与Ran-GTP相互作用，引起复合体解体，释放
出亲核蛋白; ⑤输入蛋白β与Ran-GTP结合在一起被运回细胞质，Ran-
与胞质和核质之间的物质交换
第一节 细胞核的形态结构
已知的几种核孔蛋白在核 孔复合体中的空间定位
2. 核孔复合体的功能
第一节 细胞核的形态结构
核糖体亚单位的运出
核蛋白的运进
自由扩散
RNA的运出
经由核孔复合体的核质间双向运输的路线图解
(1) 核蛋白的运进
第一节 细胞核的形态结构
亲核蛋白(karyophilic protein)：