蛋白质通过核孔进入核内

核膜包裹着DNA，是细胞核的边界，由两层同心膜组成，分别是核内膜和核外膜。核外膜的组成与附在其上的内质网非常相似。靠近细胞核中心的核内膜含有作为染色体结合位点的蛋白质。核内膜有一个相互交织的核纤层，由核纤层蛋白质组成，这是一个相互交织的蛋白质丝网络，能为核被膜提供结构支持。核纤层蛋白的完整性受磷酸化和脱磷酸化过程的调节。在细胞分裂早期，核纤层蛋白高度磷酸化和解体；在细胞分裂末期，核纤层蛋白被去磷酸化并重新聚合。所有真核细胞的核膜都贯穿着核孔，核孔为所有分子进出细胞核形成通道，通道可以进行双向运输，即新合成的预定进入核内的蛋白质自胞质溶胶通过，在核内合成的RNA分子和在核内装配的核糖体亚基通过核孔输出。剪接不完整的mRNA不能通过核孔，只有被加工成mRNA后才能通过核孔。

核孔是细胞核与细胞质进行物质交换的重要通道，它是由大约30种不同的蛋白质组成的篮状复杂结构，所以核孔也被称为核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）。核孔复合体是一种特殊的跨膜转运蛋白复合物，是一种双功能、双向亲水的核质交换通道，控制着物质进出细胞核的运动（图7-1）。脊椎动物的细胞核有大约1 000个核孔复合体。核膜上的核孔分布不均匀，不同类型细胞核孔的密度和总数不同。低转录活性或无转录活性的核孔较少，在细胞质与细胞核物质交换较多的区域核孔较多。成熟的精子几乎没有核孔，而卵母细胞却有大量的核孔。

图7-1　核孔复合物NPC作为分子进出细胞核通道的示意图(https://www.daowen.com)

核孔的结构复杂，直径70～80 nm，核孔通道的直径约9 nm。核孔主要由胞质环（cytoplasmic ring）、核质环（nuclear ring）、辐（spoke）、中央栓等结构组成。胞质环位于核孔边缘的胞质面一侧，又称外环，内环上有8条胞质纤维对称分布并伸向胞质。核质环位于核孔边缘的核质面一侧，又称内环，内环上有8条细长纤维对称分布，向核内伸入50～70 nm，在纤维末端形成一个直径为60 nm的小环，又称核篮。辐由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，可进一步分为三个区域：①柱状亚单位，位于核孔边缘，连接内、外环，起支撑作用。②腔内亚单位，在柱状亚单位之外，接触核膜部分的区域，它穿过核膜伸入双层核膜的核周围间隙。③环带亚单位，在柱状亚单位之内，靠近核孔复合体中心的部分，由8个颗粒状结构环绕形成核孔复合体核质交换的通道。中央栓（central plug）位于核孔中心，呈颗粒状或棒状，又称中央颗粒。

每个核孔都含有充满水的通道，小的水溶性分子可以通过这些通道在核和胞质之间自由通行。许多核孔的内衬蛋白包含广泛的非结构化区域，并形成一个充满通道的无序网络。通道的中心会阻挡大分子，但允许小分子通过。大分子（如RNA和蛋白质）和大分子复合物必须携带适当的分选信号才能通过核孔。引导蛋白质从胞质进入细胞核的信号序列称为核定位信号，通常由1个或2个带正电荷的赖氨酸或精氨酸的短序列组成。

当需要转运进入细胞核的蛋白质接近核孔时，一些被称为核转运受体的胞质蛋白质与蛋白质上的核定位信号结合。这些受体通过与从核孔边缘延伸出来的细胞质核孔纤维相互作用，帮助新合成的蛋白质到达核孔。在运输过程中，核转运受体锁定在核蛋白缠绕结内重复的氨基酸序列上，将自己从一个核蛋白拉到另一个核蛋白，帮助它们携带的蛋白质进入细胞核。一旦蛋白质被运输到细胞核，核转运受体就通过核孔返回到细胞质，并在那里被重复利用。以上过程利用GTP水解提供能量，驱使核转运朝合适的方向进行。