试述核孔复合体的结构及其功能，并举例说明其功能?细胞生物学

、核孔复合体

1、定义：镶嵌在核孔上的复杂结构

2、结构模型

1）胞质环（cytoplasmic ring）：外环，位于核孔边缘胞质面侧；

2）核质环（nuclear ring）：内环，内环上对称连有8条纤维，形成核蓝结构

3）辐（spoke）：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状8重对称。

柱状亚单位（column subunit）：位于核孔边缘，连接内外环，起支持作用

腔内亚单位(luminal subunit)：接触核膜部分的区域。

环带亚单位（annular subunit）：在柱状亚单位之内，靠近核孔复合体中心部位。

4）柱（中央栓）（central plug）：位于核孔中心，呈颗粒或棒状。

3、核孔复合体成分研究

1）核孔复合体主要由蛋白质构成，代表蛋白是gp210 和 p62

2）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”，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作用

3）p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域

疏水性N端区：在核孔复合体功能

活动中直接参与核质交换

C端区：可能通过与其它核孔复合体蛋白相互作用，将p62分子稳定到核孔复合体上，为N端进行核质交换活动提供支持。

4、核孔复合体功能

1）核质交换的双向选择性亲水通道

双功能：被动扩散和主动运输

双向性： 入核和出核

2）通过核孔复合体的被动运输

一般10nm的分子可以被动运输的方式自由出入核孔复合体，有的则由于含有信号序列或者和其它的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体。

3）通过核孔复合体的主动运输

通过核孔复合体的主动运输主要是指亲核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白颗粒（SNP）出核运输，具有高度的选择性，并且是双向的选择性表现在以下三个方面：

①对运输颗粒大小的限制；

②是信号识别和载体介导的过程；

③双向性：蛋白质的入核；RNA和核糖体亚单位的出核。

4）亲核蛋白与核定位信号

亲核蛋白（karyophilic protein）

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，进入核之后一直滞留在其中执行功能；穿梭于核质之间行驶功能。

核定位信号 (nuclear localization signal，NLS)：核质蛋白的C端有一个信号序列，可引导蛋白质进入细胞核

5）亲核蛋白入核转运的步骤

结合：需NLS识别并结合importin；

转运：需GTP水解提供能量

6）核质蛋白向细胞核的输入可描述如下：①蛋白与NLS受体，即imporin α/β二聚体结合；②货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤维结合；③纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，形成亲水通道，货物通过；④货物受体复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，释放出货物；⑤与Ran-GTP结合的imporin β，输出细胞核，在细胞质中Ran结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP；⑥imporin α在核内exportin的帮助下运回细胞质

7）转录产物RNA的核输出

转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。

RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量；

RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介导；

RNA 聚合酶II转录的hn RNA，在核内进行5’端加帽和3’端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的；

细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体(spliceosome)有关。

mRNA的出核转运过程是有极性的，其5’端在前，3’端在后。

核输出信号 (Nuclear Export Signal，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。

入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。

泛醌又称辅酶Q（CoQ）

呼吸链包含15种以上组分,主要由4种酶复合体和2种可移动电子载体构成为复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、辅酶Q和细胞色素C

1复合体Ⅰ 即NADH：辅酶Q氧化还原酶复合体,由NADH脱氢酶（一种以FMN为辅基的黄素蛋白）和一系列铁硫蛋白（铁—硫中心）组成它从NADH得到两个电子,经铁硫蛋白传递给辅酶Q铁硫蛋白含有非血红素铁和酸不稳定硫,其铁与肽类半胱氨酸的硫原子配位结合铁的价态变化使电子从FMNH2转移到辅酶Q

2复合体Ⅱ 由琥珀酸脱氢酶（一种以FAD为辅基的黄素蛋白）和一种铁硫蛋白组成,将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶Q

3辅酶Q 是呼吸链中唯一的非蛋白氧化还原载体,可在膜中迅速移动它在电子传递链中处于中心地位,可接受各种黄素酶类脱下的氢

呼吸链

复合体Ⅲ 辅酶Q：细胞色素C氧化还原酶复合体,是细胞色素和铁硫蛋白的复合体,把来自辅酶Q的电子,依次传递给结合在线粒体内膜外表面的细胞色素C

细胞色素类 都以血红素为辅基,红色或褐色将电子从辅酶Q传递到氧根据吸收光谱,可分为三类：a,b,c呼吸链中至少有5种：b、c1、c、a、a3（按电子传递顺序）细胞色素aa3以复合物形式存在,又称细胞色素氧化酶,是最后一个载体,将电子直接传递给氧从a传递到a3的是两个铜原子,有价态变化

复合体IV：细胞色素C氧化酶复合体将电子传递给氧

由于铁硫蛋白和细胞色素都含有铁,所以只有CoQ不含铁

内质网的结构特点：单层膜 真核细胞细胞质内广泛分布的由膜构成的扁囊、小管或小泡连接形成的连续的三维网状膜系统。分为糙面内质网（有核糖体附着）和光面内质网两种。 加工蛋白质、是脂质合成的车间。

高尔基体：单层膜 是由光面膜组成的囊泡系统，它由扁平膜囊（saccules）、大囊泡（vacuoles）、小囊泡（vesicles）三个基本成分组。 与植物细胞壁的形成有关。

溶酶体：无膜 真核细胞中为单层膜所包围的细胞质结构，内部pH 4～5，含丰富的水解酶，具有细胞内的消化功能。新形成的初级溶酶体经过与多种其他结构反复融合，形成具有多种形态的有膜小泡，并对包裹在其中的分子进行消化。 分解衰老、损伤的细胞器，吞噬、杀死入侵细胞的病毒或病菌。

三者的联系：它们的膜都是生物膜 与分泌蛋白的合成有关，即蛋白质在核糖体合成、以出芽的方式、用囊泡运输到内质网、经过内质网的加工、再以出芽的方式、用囊泡运输到高尔基体进行分类与加工，再以出芽的方式、用囊泡运输到细胞膜，由胞吐的方式分泌到细胞外。这三者起桥梁的作用、缺一不可。