核仁nucleolus

间期核内合成核糖体核糖核酸(rRNA)并组装核糖体亚基的结构。无界膜包裹，主要成分为DNA、RNA和蛋白质，在细胞周期中有显著变化。
大小和数量 一般直径为2～5μm，呈球形。其大小反映细胞的生理活性，与细胞的类型及生理状态有关。蛋白质合成旺盛的细胞，核仁较大； 同一细胞的不同时期，核仁大小也有所不同。核仁可位于细胞核的任何部位。生物的核仁数目是一定的，如玉米只有1个，小麦有3个，肝细胞中有2～5个。核仁的数目由核仁组织者决定，一个核仁组织者可以形成一个核仁，也可以由几个核仁组织者共同形成一个核仁。有人认为核仁组织者之间存在“显性”与“隐性”关系。如6倍体小麦有8个核仁组织者，即在第一、第十、第十四和第十八对染色体上各有一个，其表达核仁的能力为第十>第一>第十四>第十八。在第一和第十对染色体存在时，第十四和第十八对染色体上的核仁组织者不能表达，而当第一和第十对染色体缺失时，则第十四和第十八对染色体能补偿其作用而表现为正常的核仁。同一种生物，由于组织部位不同，核仁的形态、大小及数目会有不同。
化学组成 主要成分为蛋白质、DNA和RNA。其中蛋白质不但含量高而且种类多，电泳分析表明核仁中的蛋白质种类多达100种以上，DNA和RNA的含量相对较少（见表）。核仁中还有许多酶类和微量脂质，酶类主要有碱性磷酸化酶、核苷酸酶、ATP 酶、葡萄糖-6-磷酸酶、GTP酶、琥珀酸脱氢酶、胆酯酸等。在离体核仁中发现有RNA聚合酶、RNA酶、辅酶I(NAD)合成酶、ATP酶、DNA酶和 DNA 聚合酶等。
各种组织细胞中核仁的化学组成(干重%)

组 织	RNA	DNA	蛋白质	RNA/DNA
大鼠正常肝 大鼠再生肝(6小时) 大鼠再生肝(18小时) 大鼠Walker肿瘤 大鼠Novikoff肿瘤 豌豆苗(36小时) 豌豆苗(48小时) 豌豆茎(4日)	11.0 7.6 15.5 10.4 8.0 16.7 11.0 15.4	8.0 4.6 5.4 8.5 7.5 6.4 5.0 10.6	78.0 87.8 79.1 81.0 84.5 76.9 84.4 74.0	1.4 1.7 2.9 1.2 1.1 2.6 2.2 1.5

超微结构 20世纪60～70年代，许多研究者初步判明核仁由四个不同的结构部分组成(图1、图2)。

图 1 核仁电镜图象

C. 内质网颗粒状的单个潴泡； E. 常染色质H. 异染色质； M. 线粒体； 箭头所示，核孔

图 2 核仁结构图解

纤维成分 由长为20～40nm、直径为5～8nm紧密排列的纤维丝构成核仁的网络结构。纤维丝由直径为2～3nm的细纤维不规则排列而成，可被RNA酶消化，表明可能是一种RNA成分。
颗粒成分 类似细胞质中的核糖体，直径为15～20nm的致密颗粒，散布于网络结构之间或围绕于纤维成分。用RNA酶和胃蛋白酶处理均可使之消失。目前认为这种颗粒成分可能是核糖体大亚基的前体。
核仁相随染色质 间期细胞核中构成核仁的染色质部分。其中一部分围绕在核仁外，有时形成一层外壳，主要是异染色质；另一部分伸到核仁内，称核仁内染色质，主要是常染色质。其DNA上编码有 rRNA基因，哺乳类动物中合成45s RNA，低等真核细胞中转录下来的前体rRNA较小，为35～40s。
核仁基质 除上述三种结构以外的部分。由蛋白质、水和无机盐等组成。
功能 核仁主要功能是合成rRNA，此外还有组装核糖体亚基以及控制RNA进入细胞质等多种功能。1950年卡斯佩尔松 (T. O. Caspersson) 就指出，核仁的大小与细胞蛋白质合成的旺盛程度有关。后来布拉乔伯(Brachob)等用放射自显影技术证明，掺入的3H-尿嘧啶核苷首先进入核仁，再转移到细胞质，说明rRNA在核仁中转录。如用微束紫外线照射核仁抑制其活性，则可阻止细胞质中核糖体的增加。一种无核仁组织者的非洲爪蟾突变体，细胞核内无核仁，不能合成rRNA，也不能形成核糖体。这些都间接地证明核仁与rRNA的合成有密切关系。由 rRNA 基因转录出rRNA的形态学过程，是由米勒(O. L.Mil-ler)和伯蒂(P.R.Beatty)于1969和1973年在非洲爪蟾卵母细胞的核仁中观察到的。他们将卵母细胞的核仁提出后，用低渗处理，使核仁颗粒状外层迅速散去，核仁的核心部分伸展开，再固定制成电镜样品观察，发现核仁核心部分是由缠绕在一起的一根长纤维组成； 沿长纤维有一系列重复的箭头状结构单位，长2.4μm，单位之间有一裸露的纤维区段；每个结构单位是由一组从长纤维向两侧伸出的细纤维组成，其数目可达100条左右，细纤维的长度沿着长纤维结构单位的一端由短至长地增加，使整个结构单位外观呈羽毛状。长纤维可被DNA酶消化，短纤维可被RNA酶和蛋白酶消化。分子杂交证明长纤维为DNA，短纤维为RNA。还发现在短纤维和长纤维的连接处有RNA聚合酶存在。一个结构单位即一个rRNA基因，RNA 聚合酶从起始部位开始转录，当离开起始部位向前进行转录时，第二个RNA聚合酶又结合到起始部位开始转录，这样一个结构单位上就结合有许多RNA聚合酶，依结合上去的先后形成了长短不同的短纤维，呈现羽毛状结构，称为雪松式转录复合体(图3)。

图 3 正在转录中的rRNA的基因

编码rRNA的基因属于丰富基因，每个基因组中有许多rRNA基因。如人的单基因组中有200个rRNA基因，分散在5条染色体上；非洲爪蟾约有200个rRNA基因，集中在一条染色体上。rRNA基因的存在方式和rRNA的合成方式，所有真核细胞都相同。rRNA基因在染色体上重复排列，各基因之间由非转录区段隔开。对rRNA基因进行转录的是RNA聚合酶I，刚转录下来的前体RNA分子量较大，如人的 rRNA基因的最初转录产物为45s RNA (约1.3×104个核苷酸)，然后经加工切割变成28s rRNA(约5 000个核苷酸)、18s rRNA (约2 000个核苷酸) 和5.8 srRNA(约160个核苷酸)。三种 rRNA 一次转录下来，以等分子数出现。核糖体大亚基中5s rRNA的编码基因位于核仁之外的染色体，也以重复的排列结构存在，由RNA聚合酶Ⅲ进行转录。
新合成的rRNA在45s阶段就开始与核糖体蛋白质相互作用，进行核糖体组装。45s RNA首先和细胞质运来的多种蛋白质形成一个大的复合体，其中除了含有构成核糖体的70多种多肽链外，可能还含有辅助组装的蛋白质和小分子量的RNA。它们在核糖体亚基组装完成后，仍残留在核仁内，可再次被利用。随后大复合体逐渐失去一部分RNA和蛋白质，分别形成大小核糖体亚基的前体。用放射性同位素短期标记发现，30分钟内有带标记18s rRNA的小亚基从核仁中释放至细胞质，而含28s、5.8s、5s rRNA的大亚基组装完成约需1小时，因此，在核仁中大量存在的是未完成的大亚基。核糖体成熟的最终阶段是在亚基临近送到细胞质之时，这种成熟的延迟是为了防止具有机能的核糖体与尚不完全的核不均-RNA(Hn RNA)分子结合。
细胞周期中的变化 核仁形态在细胞生活周期中有显著的变化。细胞在G₂末期临近分裂期时核仁开始变小，染色体凝缩，rRNA合成终止； 在有丝分裂中期通常看不到核仁；有丝分裂末期rRNA重新开始合成，小的核仁在染色体的rRNA基因所在部位再次出现； 至G1后期核仁达到原来的大小。