Ran(一种GTP结合蛋白，分子开关)
核孔复合体——转录产物RNA的核输出
• RNA通常需加工、修饰成成熟RNA分子后才被转运出核 - RNA聚合酶I转录的rRNA分子，以RNP形式离核，需能量 - RNA聚合酶III转录的5S rRNA与tRNA的核输出由蛋白介导 - RNA聚合酶II转录的hn RNA，经5’端加帽、3’端附加polyA 序列、剪接等形成成熟的mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽 子”结构对mRNA的出核转运是必要的
• 双功能性：被动扩散、主动运输
• 双向性：介导蛋白质的入核转运，介导RNA、核糖核蛋白颗 粒(RNP)的出核转运
• 核孔复合体作为被动扩散的亲水性通道，有效直径为9-10 nm， 长约15 nm
• 离子、小分子及直径10 nm以下的物质原则上可以自由通过
• 但有些小分子并不能随意进出细胞核 - 具信号序列的小分子蛋白，籍主动运输入核，如组蛋白H1 - 与具信号序列结合的小分子蛋白 - 与其他大分子结合，或与不溶性结构成分结合的
• 功能：①核被膜构成了核、质之间的天然选择性屏障，将细 胞分成核与质两大结构与功能区域，使细胞的生命活动更加 秩序井然，同时保护核内的DNA分子免受由于细胞骨架运动 所产生的机械力的损伤；②通过核被膜上的核孔复合体进行 核质之间的物质交换与信息交流
• 在真核细胞的细胞周期中，核被膜有规律地解体与重建 - 解体：分裂期，双层核膜崩解成单层膜泡，核孔复合体解 体，核纤层去装配 - 重建：分裂末期，核被膜开始围绕染色体重新形成，某些 部位内外膜融合，形成核孔复合体 - 解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子调节，可能与 核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化有关
• 细胞遗传与代谢的调控中心 - 遗传信息的贮存 - DNA复制、转录和转录初 产物的加工
• 组成 - 核被膜 - 染色质 - 核仁 - 核骨架
核被膜与核孔复合体
• 核被膜 • 核孔复合体
核被膜(nuclear envelope)——结构组成
• 由内外两层平行但不连续的单位膜构成，位于间期细胞核的 最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜
核孔复合体——功能
核孔复合体——功能
核孔复合体——主动运输
• 生物大分子的核质分配主要通过核孔复合体的主动运输完成
• 典型的哺乳类细胞的核被膜上有3000-4000个核孔。如果细胞 正在合成DNA，为了确保染色质包装，则需要每个核孔每分 钟运进100个组蛋白分子；如果细胞在迅速生长，则需要每 个核孔每分钟从细胞核向细胞质输出三对核糖体大小亚基， 以确保蛋白质合成的需要
核孔复合体——亲核蛋白的入核转运
• 亲核蛋白(karyophilic protein)是指在细胞 质内合成后，需要 或能够进入细胞核 内发挥功能的一类 蛋白质
• 通过研究核质蛋白 (nucleoplasmin)在非 洲爪蟾卵母细胞的 入核转运，发现了 核定位信号(nuclear localization signal,
• 两层膜厚7.5 nm，其间为20-40 nm的透明空隙，即核周间隙 (perinuclear space)或核周池(perinuclear cisternae)
• 内、外膜常在某些部位融合形成环状开口，称核孔(nuclear pore)，即核孔复合体(nuclear pore complex)
核被膜——功能，崩解与装配
• 主动运输具有高度的选择性，表现在以下三个方面： - 对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节，约10-20 nm，甚至可达26 nm - 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗能 量，并表现出饱和动力学特征 - 主动运输具有双向性，即亲核蛋白的核输入、RNA分子及 RNP颗粒的核输出
NLS)
核孔复合体——亲核蛋白的入核转运
核定位信号(NLS)
• NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含 碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro
• NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列(T抗原)，也 可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基(核质蛋白)
• NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入 后并不被切除
• p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域 - 疏水性N端区，可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质 交换 - C端区，可能通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ与其它核孔复合体蛋白相互作用，从而将 p62分子稳定到核孔复合体上，为其N端进行核质交换活动 提供支持
核孔复合体——功能
• 核孔复合体可以看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，是 一个双功能、双向性的亲水性核质交换通道
• 外核膜(outer nuclear membrane)，表面常附有核糖体颗粒，且 常常与糙面内质网相通连
• 内核膜(inner nuclear membrane)，表面光滑，无核糖体颗粒附 着，但紧贴其内表面有一层致密的纤维网络结构——核纤层 (nuclear lamina)。内核膜上有一些特有的蛋白成分，如核纤 层蛋白B受体(lamin B receptor, LBR)
核被膜——崩解与装配
核孔复合体——结构模型
核孔复合体——成分
• 主要由蛋白质构成，总相对分子质量约为125×106，推测可 能含有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子
• gp210：结构性跨膜蛋白 - 介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在 “孔 膜区”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点 - 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用 - 在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用
• NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件，已发 现带有NLS的蛋白质滞留在胞质内，原因：NLS的活性被封 闭，如磷酸化修饰；由于与“胞质滞留因子”结合，如与 细胞骨架的结合导致亲核蛋白不能自由活动
核孔复合体——亲核蛋白的入核转运
亲核蛋白入核转运的步骤 • 结合(binding)：需NLS识别并结合importin，不需要能量 • 转移(转运, translocation)：需GTP水解提供能量，还需要
第九章 细胞核与染色体
• 核被膜与核孔复合体 • 染色质与染色体 • 核仁 • 染色质结构和基因转录 • 核基质与核体
• 细胞核(nucleus)——真核细 胞内最大、最重要的细胞器， 体积占细胞的10%
• 核直径： - 高等动物：5~10μm - 高等植物：5~20μm - 低等植物：1~4μm