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结构生物化学/膜蛋白/核孔复合体

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在真核细胞中,大分子必须经常在细胞核和细胞质之间移动,因为复制和转录发生在细胞核中,而翻译发生在细胞质中。核膜将核质(含有遗传物质)与细胞质隔开;在细胞核中产生的 RNA 分子必须在细胞质中翻译成蛋白质。这些大分子通过核孔复合体 (NPC) 穿过核膜。

核孔复合体于 1950 年被发现,并通过电子显微镜进行了广泛研究。核孔复合体是大分子用来从细胞核跨越到细胞质和反之的开口。NPC 是核膜上的孔,是参与细胞质和细胞核之间大分子转运的含水转运通道的一部分。

核孔复合体由三十种不同的蛋白质组成,称为核孔蛋白;NPC 中大约有 500-1000 种蛋白质,因为 NPC 具有内部对称性,并且每种核孔蛋白重复多次。核孔蛋白由 α-螺旋区域、β-螺旋桨和苯丙氨酸-甘氨酸 (FG) 重复组成。

电子显微镜揭示了核孔复合体具有一个环状的核心,并被细胞质纤维覆盖,还有一个核篮。由于复合体的大小和灵活性,以及很难获得大量纯复合体以形成晶体,因此使用 X 射线晶体学来研究 NPC 结构是不可行的。

NPC 结构。1. 核膜。2. 外环。3. 辐条。4. 篮子。5. 纤维。

如上所述,核孔复合体的功能是帮助大分子在细胞核和细胞质之间来回转运。此外,核孔复合体还充当细胞质和细胞核之间的屏障,以防止对储存在细胞核中的遗传物质造成损害。大分子通过 NPC 的扩散通道移动(最大尺寸约为 40 千道尔顿),扩散屏障是由具有许多 FG 重复的核孔蛋白扩散形成的。FG 重复在 NPC 中也起着重要作用;它们充当转运受体(称为核定位蛋白)的停泊区,这些受体在 NPC 之间移动分子。为了使分子能够通过 NPC 移动,它们具有用于输入的短定位序列和用于输出的核输出序列。

核孔复合体在细胞核和细胞质之间的核质转运之外还有其他作用。NPC 还参与染色质组织、基因表达调控、DNA 修复以及许多其他功能。

核孔复合体的缺陷会导致许多疾病,因为它对细胞结构至关重要。这些疾病包括血液系统肿瘤、心律失常、原发性胆汁性胆管炎等。

参考文献

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Hoelz, Andre, Erik Debler, and Gunter Blobel. "The Structure of the Nuclear Pore Complex." Annual Review of Biochemistry. (2011): 35. Web. 12 Nov. 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev-biochem-060109-151030>.

Tim Isgro, and Lingling Miao. NPC. 2006. Graphic. Theoretical and Computational Biophysics Group, Urbana-Champaign.

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_pore

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