游离的核糖体，蛋白质翻译和加工转运的游离核糖体途径

很多朋友对于游离的核糖体和蛋白质翻译和加工转运的游离核糖体途径不太懂，今天就由小编来为大家分享，希望可以帮助到大家，下面一起来看看吧！

很多核蛋白（例如组蛋白，RNA聚合酶和转录因子等）是由游离核糖体翻译的，在某种特定条件下通过核孔（nuclearpore）进入细胞核。除核蛋白外，RNA、核糖体亚基，以至于病毒颗粒等物质都需要通过核孔进行运输。

细胞、核膜与核孔复合物。IntegrBiol(Camb).2016Oct1;8(10):1011–1021.

细胞核与细胞质之间物质运输频繁，所以有专门的运输通道：核孔。一个哺乳动物细胞大约有几百到几万个核孔，平均约2000-4000个。细胞核也是双层膜，即内膜和外膜。在某些位置两层膜融合起来，形成核孔。核孔复合物（nuclearporecomplexes，NPC）用于维持核孔形态及管理物质运输。

NPC是一种大型蛋白质复合物，由30多种（500多个）核孔蛋白（nucleoporins，Nups）构成。人类的NPC外径约110nm，高约70nm，分子量约125MD。

核孔复合物与跨核膜运输。Cell.2016Mar10;164(6):1162–1171.

NPC含有有三个大的环状结构，即细胞质环（外环），中央辐条环（centralspokering，也称为膜环）和核质环（内环），它们构成稳定的轮状支架，包围着中央转运体（centraltransporter）。在细胞质侧和核质侧还有与之相连的蛋白质结构，分别称为胞质纤丝（cytoplasmicfilaments）和核篮（nuclearbasket）。

核孔复合物结构。Nature.2018Mar22;555(7697):475–482.

通常直径小于5nm或质量小于40kD的分子可以自由穿过NPC通道，而较大的分子就需要主动转运。与其它靶向方式类似，这也需要蛋白本身的定位标签，以及相应的识别受体和转运机制。

NPC对蛋白质的运输是双向的，胞浆蛋白入核的标签称为核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS），核内蛋白出核的标签称为核输出信号（nuclearexportsignal，NES）。

最初鉴定的NLS多富含碱性氨基酸，所以此类NLS称为碱性NLS或经典NLS（cNLS）。此类具体又分为两种类型，即单一型（monopartitetype）和双分型（bipartitetype）。前者是一段4-8个残基的碱性序列，如最早发现的SV40大T抗原NLS（PKKKRKV）；后者是两段碱性序列，中间相隔约10-12个残基。

非经典NLS如脯氨酸-酪氨酸NLS（PY-NLS），因其保守的C-末端RX2-5PY基序而得名。人体中含有PY-NLS的蛋白至少有100多种。此外，酵母蛋白Hrp1和Nab2中的RG-NLS，以及hnRNPA1蛋白的38个氨基酸长的NLS（M9sequence）都与PY-NLS类似，而STAT5a的NLS则是扩展的无规卷曲结构域。还有些蛋白具有多个不同种类的NLS。

PY-NLS的结构与识别方式。BiochimBiophysActa.2011Sep;1813(9):1593–1606.

核转运受体（NTR）负责识别NLS，并携带货物蛋白在核质间穿梭。目前发现的NTR都属于核转运蛋白（karyopherin，KAP或KPN）家族。karyopherin来自希腊语，karyon相当于英语nucleus，pherein相当于英语bring。

核转运蛋白按功能分为输入蛋白（importin，Imp）和输出蛋白（exporting）。另外还有所谓transportin（TRN），这个名称是由于当时误认为它既有输入又有输出功能，后来名称被保留下来。相反，人类的importin13和exportin4都具有双向运输能力，但以其中一种为主，所以并不叫transportin。

按照结构和作用特点，核转运蛋白分为α（KPNA）和β（KPNB）两类。前者能够识别经典NLS，但没有穿梭功能，需要由KPNB携带入核。后者具有穿梭核质的作用，并可结合KPNA或非经典NLS或NES。

Importin-α的结构与亚型。ProcJpnAcadSerBPhysBiolSci.2018Aug3;94(7):259–274.

将两种分类相结合，KPNA均为importin，所以karyopherin-α也称为importin-α，现有7种亚型；而KPNB则包括importin-β和exportin，至少有19种亚型。

含cNLS的货物蛋白与importin-α结合，然后再与importin-β1形成三元复合物，由importin-β1携带着通过NPC。入核之后复合物解离，释放货物蛋白，此时需要使两种核转运蛋白返回细胞质，以进行下一轮转运。这个“再循环”过程需要一种小G蛋白，称为Ran。

cNLS引导的入核过程。ProcJpnAcadSerBPhysBiolSci.2018Aug3;94(7):259–274.

Ran-GTP与三元复合物的结合使其解离。Importin-β1可以与Ran-GTP结合，通过NPC回到胞质；importin-α因为缺乏穿梭能力，所以除需要Ran-GTP外还需要一个输出蛋白，如CAS（exportin2）或CRM1（exportin1）。

非经典NLS，如PY-NLS，可以直接与karyopherin-β2（也称为transportin-1或importin-β2）结合，从而进入细胞核。所以说，非经典NLS不需要衔接蛋白，这是把importin-α看作cNLS与importin-β之间的接头。Kapβ2除识别PY-NLS外，还可识别多种RNA结合蛋白，如hnRNPA1蛋白的M9序列等。

多种跨核膜运输方式。FEBSJ.2015Feb;282(3):445–462.

NES是疏水性的短肽，具有LXXXLXXLXL的共有序列。RNA出核也靠NES。它本身没有NES，而是在核质中形成核糖核蛋白复合物，借助蛋白质组分的NES与exportin结合。例如，exportin-t负责tRNA的核输出。

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