核仁

核仁是真核细胞间期核中出现的结构，在细胞分裂期表现出周期性的消失和重建。
数量：每个细胞核一般有1~2个核仁，但也有多个的。
大小：蛋白质合成旺盛、生长活跃的细胞，如分泌细胞、卵母细胞中的核仁较大，其体积可达细胞核的25%；蛋白质合成不活跃的细胞，如精子和肌细胞，休眠的植物细胞其核仁不明显。
功能：核仁主要是RNA合成、加工和核糖体亚基的装配场所。

一、核仁的主要成分

核仁含有三种主要成分：蛋白质、RNA、DNA。但这三种成分的含量依细胞类型和生理状态而异。核仁还含有微量脂类。含水量较核内其他组分少。

蛋白质：从离体核仁的分析得知，核仁的蛋白质占核仁干重的80%左右，包括核糖体蛋白、组蛋白、非组蛋白等多种蛋白质。

酶：核仁中存在许多参与核仁生理功能的酶类，例如碱性磷酸酶、核苷酸酶、ATP酶、 RNA聚合酶、RNA酶、DNA酶和DNA聚合酶等。

RNA：核仁中的RNA含量大约占核仁干重的10%，变动范围在3%~13%。RNA转录及蛋白质合成旺盛的细胞，其核仁中的RNA含量高。核仁的RNA常与蛋白质结合成核糖核蛋白。

DNA：核仁中含有约8%的DNA，主要是存在于核仁染色质(nucleolar chromatin)中的DNA。

二、核仁的结构

光镜下，核仁通常是匀质的球体，具有较强的折光性，容易被某些碱性或酸性染料着色。电镜下，核仁是裸露无膜的纤维网状结构。核仁的超微结构包括3个不完全分隔的部分，即纤维中心(fibrillar center,FC)、致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC)、颗粒组分(granular component,GC)(图8-l8)。

上述三种组分存在于核仁基质中。核仁基质为核仁区一些无定形的蛋白质性液体物质，电子密度低。因核仁基质与核基质互相连通，所以有人认为核仁基质与核基质是同一物质。 #？ 此处核基质估计与后面不同，虽然乍听很离谱，但在本书中还真不一定呢
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（一）纤维中心

核仁的纤维中心是分布有rRNA基因的染色质区。电镜下核仁结构的纤维中心由直径10nm的纤维组成，位于核仁中央部位的浅染低电子密度区，包埋在颗粒组分的内部，是rRNA基因——rDNA的存在部位。
rDNA实际上是从染色体上伸展出的DNA袢环，袢环上的rRNA基因成串排列，通过转录产生rRNA，组织形成核仁，因此称为核仁组织者(nuclear organizer)。
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rRNA基因通常分布在几条不同的染色体上，人类细胞的rRNA基因分布于第13、14、15、21和22号5对染色体的次缢痕部位，因此，在人类二倍体的细胞中，就有10条染色体上分布有rRNA基因，他们共同构成的区域称为核仁组织区（图8-19），含有核仁组织区的染色体称为核仁组织染色体(nucleolar organizing chromosome)。

（二）致密纤维组分

核仁的致密纤维组分包含处于不同转录阶段的rRNA分子。核仁结构的致密纤维组分位于核仁浅染区周围的高电子密度区，染色深，呈环型或半月型分布。

电镜下可见该区域由紧密排列的细纤维丝组成，直径一般为4~10nm，主要含有正在转录的rRNA分子，核糖体蛋白及某些特异性的RNA结合蛋白，构成核仁的海绵状网架。

（三）颗粒组分

核仁的颗粒组分由正在加工的rRNA及蛋白质构成。核仁结构的颗粒组分是电子密度较大的颗粒，直径为15~20nm，密布于纤维骨架之间，或围绕在纤维组分的外侧。

该区域是rRNA基因转录产物进一步加工、成熟的部位。颗粒组分主要是rRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白颗粒，为处于不同加工及成熟阶段的核糖体亚基前体。

三、核仁的功能

核仁是rRNA合成、加工和装配核糖体亚基的重要场所，除5S rRNA外，真核生物的所有rRNA都在核仁内合成。
在RNA聚合酶等多种酶的参与下，核仁中的rDNA开始转录rRNA，初级产物是纤维状，而后是颗粒状，最后完全成熟形成核糖体亚基，由核仁转运至细胞质。

（一）核仁是rRNA基因转录和加工的场所

真核生物中的18S、5.8S和28S rRNA基因组成一个转录单位，在核仁组织区呈串状重复排列。

核仁的核心部分由长的DNA纤维组成，新生的RNA链从DNA长轴两侧垂直伸展出来，而且是从一端到另一端有规律地增长，构成箭头状，似圣诞树的结构外形（图8-20)。
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沿DNA长纤维有一系列重复的箭头状结构单位，每个箭头状结构代表一个RNA基因转录单位。在两个箭头状的结构之间存在着不被转录的间隔DNA。

在RNA聚合酶I的作用下，rRNA基因进行转录，形成45S rRNA分子。从45S rRNA剪切为18S、5.8S和28S三种rRNA。
rRNA的加工过程为：45S rRNA裂解为 41S、32S、20S等中间产物。20S很快裂解为18S rRNA，32S进一步剪切为28S和5.8SRNA。

虽然真核生物的18S、5.8S和28SRNA基因是相同的，并且在染色体上组成同一个转录单位，但是不同生物中的18S、5.8S和28S rRNA基因的转录起点和间隔区的长短并不完全相同。

真核细胞核糖体中5S rRNA(含有120个核苷酸)基因不定位在核仁组织区，如人类的5S rRNA基因定位在1号染色体上，也呈串联重复排列，中间同样有不被转录的间隔区域，5SRNA是由RNA聚合酶Ⅲ所转录的，转录后被运至核仁中，参与核糖体大亚基的装配。

（二）核仁是核糖体亚基装配的场所

核糖体大、小亚基的组装是在核仁内进行的。如图8-21所示，45S rRNA前体转录出来以后，很快与进入核仁的蛋白质结合。一边转录一边进行核糖体亚基的组装。大部分核糖体蛋白质参与了45S rRNA的包装。

在加工过程中，80S的大核糖核蛋白颗粒逐渐失去一些RNA和蛋白质，然后剪切形成两种大小不同的核糖体亚基。加工下来的蛋白质和小的RNA分子存留在核仁中，可能起着催化核糖体构建的作用。
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真核细胞：
核糖体大亚基(60S)：28S rRNA、5.8 S rRNA、5S rRNA与蛋白质。
核糖体小亚基(40S)：18S rRNA与蛋白质。
原核细胞： #？ #生化
核糖体大亚基(50S)：23S rRNA、5S rRNA与蛋白质。
核糖体小亚基(30S)：16S rRNA与蛋白质。
线粒体：有12S rRNA、16S rRNA

在30分钟内，核糖体小亚基在核仁中首先成熟，并很快通过核孔进入细胞质中，而核糖体大亚基的组装约需1小时左右，所以核仁中核糖体的大亚基比小亚基多。

大、小亚基形成后，经过核孔进入细胞质，进一步装配为成熟的核糖体。一般认为，核糖体的成熟作用只发生在其亚基被转移到细胞质以后，这样有利于阻止有功能的核糖体与细胞核内加工不完全的hnRNA分子结合，避免mRNA前体提前在核内进行翻译，这一特点对保证真核细胞的转录、翻译控制在不同时空中进行有重要的意义。

四、核仁周期

核仁随细胞的周期性变化而变化，在细胞分裂前期消失，分裂末期又重新出现。这种周期性变化与核仁组织区的活动有关。

在有丝分裂前期，染色质凝集，伸入到核仁组织区的rDNA袢环缠绕、回缩到相应的染色体次缢痕处，rRNA合成停止，核仁的各种结构成分分散于核基质中，核仁逐渐缩小，最后消失。所以在分裂中期和后期的细胞中见不到核仁。

当细胞进入分裂末期时，已到达细胞两极的染色体逐渐解旋成染色质，核仁组织区的rDNA袢环呈伸展状态，并开始重新合成rRNA，核仁的纤维组分和颗粒组分开始生成，核仁又重新出现。

在核仁的周期性变化中，rRNA基因的活性表达是核仁重建的必要条件，而原有的核仁组分可能起一定的协助作用。