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(30004000个)3个/m2(150300个),爪蟾成熟红细胞：,哺乳类细胞：3,0004,000个(11个/m2)非洲爪蟾卵母细胞：3.8107(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1.25108dalton(核糖体的30倍)在酵母中：0.66108dalton,1.核孔复合体的结构,80120nm,915nm,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,810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,核孔复合体在进化上高度保守,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,核孔复合体结构的模式图解(Alberts等,2002),2.核孔复合体的功能,（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1020nm，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,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48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”,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”,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,亲核蛋白与输入蛋白/异二聚体(即NBP)结合;形成的亲核蛋白-受体复合体与核孔复合体的胞质丝结合;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;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;输入蛋白与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+Pro