加载中…【细胞生物学】核孔复合物运输的作用
(2019-01-21 22:12:02)
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细胞生物学生命科学生物学科学核孔复合体 |
分类： 生物科学 |
1.核孔运输的一般特点
核孔复合物作为运输通道既有被动运输，又有主动运输。被动运输是通过简单扩散，一些离子、代谢物和分子质量小的蛋白可通过NPC的辐射条之间的狭缝进出细胞核。高分子质量的物质通过NPC的能力与它们在细胞内的正常定位有关，非核蛋白是不能进入细胞核的。NPC的运输具有选择性和调节性。
NPC的主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要ATP，并表现出饱和动力学特征。
NPC进行的运输不仅具有选择性，而且具有双向性，不仅能够将翻译所需的RNA、组装好的核糖体亚基从细胞核内运送到细胞质，同时也能把DNA翻译和转录所需的酶以及帮助DNA装配的一些蛋白质从细胞质运进细胞核，这些蛋白均是在细胞质的游离核糖体上合成的。
核孔复合物结构模型
2.核孔运输的信号引导
在RNA聚合酶指导下合成的RNA（mRNA和snRNA），当其5’端具有m7GpppG帽子时，即被定位于细胞质，而没有帽子结构的snRNA则定位在细胞核。将游离的具有帽子结构的类似物m3GpppG二核苷酸向进行连续注射，发现可抑制转录的具有m7G帽子的U1snRNA的核输出；而注入m7GpppG却没有这种效应，说明5’端m7G帽子结构对于mRNA及U1snRNA的核输出具有导向作用。这种现象称为帽结合活性（CBA）。在细胞核在细胞核中由RNA聚合酶合成的U1、U2、U4和U5snRNA在合成之后立即在5’端加上m7G帽子结构，然后这些加工过的snRNA被运输到细胞质中通相应的蛋白质组装成snRNA，再运回到细胞核参与RNA的剪接。
3.核蛋白、核定位信号、输入蛋白、输出蛋白
（1）核蛋白
核蛋白是指在细胞质中合成，然后运输到核内起作用的一类蛋白质。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信号序列，作为核孔运输的信号。
（2）核定位信号
核定位信号（NLS）是另一种形式的信号肽，这种信号肽序列可以位于多肽序列任何部分。一般含有4-8氨基酸，且没有专一性，作用是帮助核蛋白进入细胞核，这种入核信号与导肽的区别在于：由含水的核孔通道来鉴别；核定位信号是蛋白质的永久性部分，在进入细胞核后，并不被切除，可以反复使用，有利于细胞分裂后核蛋白重新输入核。
（3）输入蛋白与输出蛋白
核定位信号的蛋白质自身不能通过核孔复合物，它必须与水溶性的NLS受体结合，才可穿过核孔复合体，这种受体称为输入蛋白。输入蛋白分布在胞质溶胶，它们作为一种穿梭受体在细胞质中识别与核蛋白的核定位信号结合，然后一起穿过核，在核内与核蛋白分离后再返回到细胞质中。
输出蛋白存在于细胞核中，能够识别输出信号并与之结合的蛋白质，帮助核内物质通过核孔复合体输出到细胞质，然后快速通过核孔回到细胞核中。
4.核运输系统
（1）核蛋白的输入
核质蛋白是一种丰富的核蛋白，具有头尾两个不同的结构域，由5个单位组成，分子质量为165kDa，是耐热性可溶蛋白。尾部具有核定位信号。
输入蛋白α亚基识别并与NLS结合。而运输蛋白β亚基与NPC作用，将复合物转运到细胞核中。再此过程中需要消耗ATP。核输入作用还需要第四种蛋白质，Ran蛋白，这是一种小GTPase，它与GTP或GDP结合时的构型是不同的。在细胞核中，Ran·GTP与输入蛋白β亚基相互作用，导致货物蛋白与复合物脱离，成为细胞核中的游离蛋白。为了进行下一个运输循环，输入蛋白α亚基和输出蛋白β亚基Ran·GTP复合物重新回到细胞质。细胞质中的Ran·GTP激活蛋白（RanGAP）促进Ran将Ran·GTP转变成Ran·GDP，并使Ran·GDP与输入蛋白β亚基脱离，游离的输入蛋白β亚基和α亚基一起参与新的具有NLS信号的入核蛋白的运输。而Ran·GDP可通过NPC回到细胞核中，在Ran核苷交换因子1（RCC1）的作用下，释放GDP，重新结合GTP。
含有NLS信号的核蛋白从细胞质输入细胞核的推测图模型
（2）核内RNA和蛋白质的输出
细胞核内输出到细胞质的两类主要物质是各种RNA和核糖体亚基。输出的RNA，mRNA是最多也是最重要的。细胞核中合成的RNA很快与蛋白质形成异质核糖核蛋白（hnRNP）,经加工成熟的额信使RNP后被运输到胞质溶胶。
核内某些要输出的蛋白质具有NES，在输出蛋白和Ran蛋白的帮助下通过核孔输出到细胞质。
输出蛋白质通过NES与细胞核中特异的核输出受体，即核输出蛋白1的结合达到输出细胞核的目的。核输出作用也需要Ran蛋白。输出蛋白1能够同时与Ran·GTP和货物蛋白NES作用，形成三分子的货物复合体。一旦Ran·GTP-输出蛋白1-货物蛋白复合体到达胞质溶胶，Ran·GTP激活蛋白（RanGAP）促进Ran水解与之结合的GTP，形成GDP，致使Ran蛋白产生构型的变化，使三体复合体解体，最后将货物蛋白释放出来。游离的输出蛋白1和Ran·GDP重新通过核孔回到细胞核，爱细胞核中RCC1促使Ran释放GDP并结合上GTP，开始下一轮的运输作用。
细胞核中除了要将mRNA、tRNA，rRNA和蛋白质运输到胞质溶胶外，一些snRNP并返回细胞核后才能行使功能。
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