優(yōu)秀核物理學術論文(2)
核物理學術論文篇二
核被膜核苷三磷酸酶
摘要 核被膜上的核苷三磷酸酶通過提供能量以促進細胞核內成熟mRNA從核內向胞漿進行轉移，這一轉運過程是制約細胞成熟mRNA能否表達出蛋白質的一重要環(huán)節(jié)，現已知道調節(jié)該酶活性的因素除成熟mRNA的poly結構上，還有很多其它的因素。
關鍵詞：核被膜;核苷三磷酸酶 成熟mRNA核轉運
真核細胞核被膜(nuclear envelope)的出現使細胞核內DNA的復制、RNA的轉錄從時間和空間上與蛋白質的釋放過程徹底分開，因而促進了細胞的進化和功能的完善，但是成熟mRNA必須從細胞核內向細胞漿轉運(mRNA nucleocytoplasmic transport)才能使mRNA完成其指導蛋白質表達的任務，顯然這一轉運過程是調節(jié)蛋白質功能的重要環(huán)節(jié)。本世紀50年代，SchnEider在分離的細胞核中加入二磷酸核苷和三磷酸核苷(NDP、NTP)時發(fā)現這些核苷酸會刺激核內mRNA的轉運，當時認為這是由于核苷酸螯合了那些能抑制mRNA的轉運二價陽離子如鈣、鎂等的結果，由此而促進了mRNA向胞漿的轉運;而Clawson通過核苷酸代謝動力學和加入各種能量代謝相關抑制劑的實驗證實所加入的核苷酸主要是利用其高能磷酸鍵來促進mRNA的轉運。后來Agutter利用提取的大鼠細胞核膜進行實驗發(fā)現核膜上存在一種核苷三磷酸酶(Nucleoside triphosphatase，NTPase)，該酶通過水解含高能磷酸鍵的核苷酸提供能量以促進mRNA的轉運，至此NTPase的 研究 就一直成為了人們研究mRNA跨核被膜轉運及釋放表達的焦點[1]。近來，研究發(fā)現NTPase不但存在于核被膜上，在細胞器的其它部位[2]也存在NTPase，在功能上還發(fā)現NTPase及其能量代謝與弓型蟲出入細胞、病毒的感染有關。
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(NTPase)是一種在鎂、鈣、錳或鈷二價離子的存在下能水解ATP、2’-dATP、UTP、GTP、CTP、TTP等多種三磷酸核苷端高能β-γ磷酸二脂鍵并釋放出能量的分解酶類，該酶為E.C.3.6.1.4。與通常的ATPase和GT-Pase核苷三磷酸酶不同，作用基質范圍更為廣泛，其酶活性能為RNA所刺激，也能為cAMP所調節(jié)，核被膜上的核苷三磷酸酶具有多種報道形式。例如Agutter在大鼠肝細胞、豬肝細胞和SV40轉化小鼠胎3T3細胞中獲得一種鎂離子依賴的NTPase，最適pH為8.0，該酶能被汞、砷、槲皮素、Proflavin和5’-巰基三磷酸腺苷所抑制，高離子強度溶液與超聲波的處理可使酶失活，但作用于任何三磷酸核苷酸基質的動力學性質都一樣，核被膜酶的活性符合一級動力學特點;又如Schroder從大鼠肝細胞核被膜上通過Triton-100膜穩(wěn)定法、三步連續(xù)親和層析與SDS-PAGE鑒定獲得了一種分子量為40kDa的蛋白質，該蛋白能水解各種NTP，但水解ATP和GTP的效率高于水解UTP和CTP效率的一倍，能激活該酶的二價陽離子包括Ca、Mn和Mg離子，最適pH偏堿，最適溫度為34℃。
此外，(NTPase)包括大鼠肝細胞核膜NTPase、骨骼肌細胞核膜鈣依賴性NTPase、大鼠心肌細胞核膜鎂離子依賴性NTPase等多種報道形式。其中根據對鎂和鈣離子的敏感性，可將核苷三磷酶(NTPase)分為不同的亞型，如大鼠心室肌細胞核膜NTPase是鎂離子依賴的。大鼠心肌細胞核膜鎂離子依賴型NTPase對于不同底物，水解活性各不相同，水解活性依次為UTP>GTP>ITP>CTP[3]。
2 核被膜結構、核苷三磷酸酶(NTPase)及成熟mRNA的出核轉運
細胞核被膜上大約含有20多種蛋白質，占核膜60%～70%;脂質以磷脂為主，其中磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸約占總脂質35%，核被膜的結構主要可分為內外核膜結構、核孔復合體和核纖層三個部分，無論是核內蛋白從胞漿進入細胞核內，還是mRNA等從核內進入胞漿都要經過核孔復合體，因此核孔復合體對于胞漿與核內物質的轉運都具有十分重要的意義。現已經在核孔復合體中發(fā)現有Importinβ、RanG tpase、Importinα[4];Rip1、Glel和Nup1[5]等轉運相關蛋白的存在，均與成熟mRNA的出核轉運有關，而核被膜NTPase對于轉運提供所需 能源具有特殊的意義。
真核細胞的RNA一般要經過轉錄后加工、修飾成為成熟RNA后才能被轉運到細胞漿中，并且該轉運過程需要能量。由RNA聚合酶II轉錄的RNA分子(mRNA及snRNA)在轉運前必須在核仁內進行修飾，即在mRNA的5’端加上m7GpppN帽子結構，3’端加上polyA尾的結構使之變?yōu)槌墒靘RNA，然后成熟mRNA再與含有NRM結構(nucleporin rNA binding motif)的核蛋白結合并裝配成RNP顆粒(ribonucleoprotEIn，RNP)，其中細胞核內能參與結合mRNA核蛋白包括有hn rNPA1、CBP80和CBP20等。在作核被膜的跨膜轉運時，RNP的蛋白部分在核孔復合體上需要為性質完全不同的另一組蛋白質如RanGTPase、RCC1和RNA1所取代，形成mRNA復合物[6]。這里成熟mRNA的polyA結構能激活核孔復合體上的NT-Pase活性[7]，NTPase所產生的能量促進mRNA通過核孔。因此不具有polyA尾的mRNA分子就無法以這種形式轉運，如成年大鼠腦組織中約一半以上的細胞RNA就不是NTPase依賴的方式轉運的。最后mRNA復合物中的mRNA被胞漿中如Rip蛋白所結合，mRNA上的其它蛋白則返回核內。由此可見，成熟mRNA的出核轉運是一種耗能且需載體的主動轉運過程。
3 (NTPase)活性的調節(jié)
核被膜上NTPase的活性與核膜結構的完整性息息相關，因此任何能 影響 細胞核膜結構的因素幾乎都可以影響核膜NTPase活性。膳食中脂肪含量可影響NTPase的活性與核膜中的脂質組成及膽固醇含量，喂食高P/S膳食的大鼠肝細胞核膜上C18:2ω6水平增加，NTPase酶活性升高[8];核膜上膽固醇及其氧化產物等均可直接影響NTPase的活性;JCR：LA-cp肥胖大鼠肝細胞核膜上膽固醇含量變化可調節(jié)其酶的活性[9]。致癌物黃曲霉毒素、DM-NA等低劑量時可使NTPase酶活性增加，而致癌物高劑量時其毒性作用則可掩蓋NTPase酶的活性變化，推測NTPase酶活性變化可能是致癌劑使細胞核膜發(fā)生膨脹的結果，此可部分解釋某些腫瘤發(fā)生過程中為什么成熟mRNA要發(fā)生轉運的增加[10]。同樣細胞核膜上自由基的變化也可影響核被膜NTPase的活性，進而影響成熟mRNA的轉運過程。
電鏡和熒光光子漂白掃描技術證實大鼠肝細胞核膜上存在胰島素結合位點，胰島素與其核膜上相應位點的結合后，可通過核膜上NTPase酶的活性變化[11]，和核孔actinomyosin樣收縮器的定向作用來 影響 生物大分子包括mRNA在內的特異性出核轉運;同樣核膜上有甲狀腺素和類固醇結合位點以及EGF受體，它們在與其配體結合后，通過核膜空間結構的改變或者通過其它途徑，影響NTPase活性和生物分子的跨核膜轉運。6月齡肥胖雌性大鼠肝細胞核膜NTPase酶活性明顯高于相應大鼠NT-Pase的活性，且NTPase的Vmax值隨年齡的增加而增加，提示其NTPase活性變化可能是體內雌激素經核膜受體作用的結果[12]。
分子生物學的 發(fā)展 尤其是Northern雜交技術的簡化使人們能從mRNA水平推測蛋白質的表達情況，但是mRNA和蛋白質的變化發(fā)展顯然是不平行的。自從細胞核膜NTPase被發(fā)現與確認以來，人們越來越感到要 研究 蛋白功能的實驗必須補充了解mRNA的特異轉運。Gupta報道大鼠心肌細胞核膜NTPase受去磷酸化作用調節(jié)[13]，因此由激素或其它因子引起信號轉導作用，經細胞核膜NTPase的活性變化調節(jié)mRNA的特異轉運，可能會成為今后進一步研究代謝調控的重點。
參考 文獻
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