细胞生物学 核被膜与核孔复合体

核被膜与核孔复合体小组长：刘青松组员：李涛张磊张艳兵赵国涛曹猋王杰第一节核被膜与核孔复合体一、核被膜的结构二、核孔复合体三、核被膜的功能四、核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建一、核被膜的结构由外核膜、内核膜、核周腔、核孔复合物和核纤层等5个部分组成解体与重建三、核被膜的功能1.构成核、质之间的天然选择性屏障,基因表达的时空隔离2.保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤3.核质之间的物质交换与信息交流二、核孔复合体(一)结构模型1.胞质环（外环)2.核质环(内环)3.辐4.中央栓(二)核孔复合体的功能是核质物质与信息交换的亲水通道1.双功能性运输通道2.双向性运输通道:——胞质与核质之间进行物质运输的通道核孔复合体第一节细胞核的形态结构在不同生理状态(如基因转录活性)下，核孔复合体的数量也会改变转录活性旺盛：数量增加转录活性降低：数量减少无转录活性11个/m2(3000~4000个)3个/m2(150~300个)爪蟾成熟红细胞：哺乳类细胞：3,000~4,000个(11个/m2)非洲爪蟾卵母细胞：3.8×107(60个/m2)核孔复合体的数量随细胞种类不同而有较大差异：在脊椎动物中：约1.25108dalton(核糖体的30倍)在酵母中：0.66108dalton1.核孔复合体的结构80~120nm9×15nm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八重对称分布的跨膜的辐射状结构8~10种糖蛋白，构成核孔蛋白家族;作用：构成胞质丝和核质丝，直接参与胞质和核质之间的物质交换核孔蛋白(nucleoporin)跨膜的N-连接糖蛋白;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O-连接糖蛋白Gp210核孔复合体在进化上高度保守核孔复合体核纤层外层核膜内层核膜染色质膜间隙已知的几种核孔蛋白在核孔复合体中的空间定位胞质环（外环)核质环(内环)核中央栓(中央转运体)纤维外核膜内核膜核篮(捕鱼笼)细胞质胞质丝核质丝端环射辐状结构核质环胞质环核孔复合体结构的模式图解(Alberts等,2002)2.核孔复合体的功能经由核孔复合体的核质间双向运输的路线图解RNA的运出核糖体亚单位的运出核蛋白的运进自由扩散（a）自由扩散（b）协助扩散（c）信号介导的核输入（d）信号介导的核输出双功能性运输通道1.通过核孔复合体的被动运输2.通过核孔复合体的主动运输亲核蛋白核定位信号亲核蛋白入核转运的步骤核输出信号通过核孔复合体的主动运输选择性表现在以下三个方面：1、对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节至约10～20nm，甚至可达26nm2、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3、主动运输具有双向性，即核输入与核输出亲核蛋白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。被转运到核内后,一直停留在核内行使功能穿梭于核质之间进行功能活动亲核蛋白(karyophilicprotein)：(1)核蛋白的运进能经核孔入核较大的头部细长的尾部不能经核孔入核一种酸性大的核蛋白，与核小体的装配有关核质蛋白(nucleoplasmin)：能经核孔入核由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等带正电的氨基酸核输入信号(nuclearimportsignal)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”Thr又称为核定位信号（nuclearlocalizationsignal,NLS）失去核输入信号的作用非洲爪蟾卵母细胞中核质蛋白注射实验的图解SV40的T抗原：“Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val”Thr失去核输入信号的作用核定位信号(nuclearlocalizationsignal，NLS)1.核定位信号的发现2.第一个被确定序列的NLS3.NLS的特点NLS的特点1、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Pro2、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）3、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-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。研究表明，亲核蛋白向细胞核输入的具体过程如下：(2)核糖体蛋白的运进和核糖体亚单位(rRNP)的运出(3)成熟mRNA的运出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5‘-端m7G帽tRNA的运出：也是一个蛋白质介导的过程核输出信号核输出信号(NuclearExportSignal，NES)：RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号mRNPRNA+ProteinRNP核糖体亚基双向性运输通道:1.能够将翻译所需要的RNA、组装好的核糖体亚基从细胞核内运送到细胞质(细胞核内细胞质)2.也能把DNA复制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(细胞质细胞核)