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結構生物化學/膜蛋白/核孔複合體

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在真核細胞中,大分子必須經常在細胞核和細胞質之間移動,因為複製和轉錄發生在細胞核中,而翻譯發生在細胞質中。核膜將核質(含有遺傳物質)與細胞質隔開;在細胞核中產生的 RNA 分子必須在細胞質中翻譯成蛋白質。這些大分子透過核孔複合體 (NPC) 穿過核膜。

核孔複合體於 1950 年被發現,並透過電子顯微鏡進行了廣泛研究。核孔複合體是大分子用來從細胞核跨越到細胞質和反之的開口。NPC 是核膜上的孔,是參與細胞質和細胞核之間大分子轉運的含水轉運通道的一部分。

核孔複合體由三十種不同的蛋白質組成,稱為核孔蛋白;NPC 中大約有 500-1000 種蛋白質,因為 NPC 具有內部對稱性,並且每種核孔蛋白重複多次。核孔蛋白由 α-螺旋區域、β-螺旋槳和苯丙氨酸-甘氨酸 (FG) 重複組成。

電子顯微鏡揭示了核孔複合體具有一個環狀的核心,並被細胞質纖維覆蓋,還有一個核籃。由於複合體的大小和靈活性,以及很難獲得大量純複合體以形成晶體,因此使用 X 射線晶體學來研究 NPC 結構是不可行的。

NPC 結構。1. 核膜。2. 外環。3. 輻條。4. 籃子。5. 纖維。

如上所述,核孔複合體的功能是幫助大分子在細胞核和細胞質之間來回轉運。此外,核孔複合體還充當細胞質和細胞核之間的屏障,以防止對儲存在細胞核中的遺傳物質造成損害。大分子透過 NPC 的擴散通道移動(最大尺寸約為 40 千道爾頓),擴散屏障是由具有許多 FG 重複的核孔蛋白擴散形成的。FG 重複在 NPC 中也起著重要作用;它們充當轉運受體(稱為核定位蛋白)的停泊區,這些受體在 NPC 之間移動分子。為了使分子能夠透過 NPC 移動,它們具有用於輸入的短定位序列和用於輸出的核輸出序列。

核孔複合體在細胞核和細胞質之間的核質轉運之外還有其他作用。NPC 還參與染色質組織、基因表達調控、DNA 修復以及許多其他功能。

核孔複合體的缺陷會導致許多疾病,因為它對細胞結構至關重要。這些疾病包括血液系統腫瘤、心律失常、原發性膽汁性膽管炎等。

參考文獻

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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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