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。

核仁nucleolus

真核细胞内合成rRNA和组装核糖体亚基的结构。呈圆形或椭圆形，无界膜包裹，可位于核内任何部位。每一细胞有一个或数个，其大小及数量与细胞蛋白质合成有关，合成旺盛时核仁体积增大，数量亦可增加。超微结构由丝状区、无定形区（颗粒区）、核仁相随染色质和核仁基质构成。核仁相随染色质的DNA链上有为rRNA编码的基因，为rRNA转录提供模板；丝状区和无定形区由已转录的rRNA或组装的核糖体亚基前体构成；基质成分由水、无机盐和蛋白质等组成。核糖体亚基进入细胞质行使合成蛋白质的功能。

核仁heren

真核细胞间期核中含有的1个或几个球状小体，是转录rRNA和组装核糖体亚单位的场所。光镜下观察活细胞，核仁为一均质的球体，总是位于核内某染色体的特定部位。电镜观察得知，核仁无膜包围，由颗粒区、原纤维区、核仁染色质和基质四部分组成。颗粒区往往位于核仁边缘部分，由直径约15～20毫微米的颗粒组成，颗粒是处于不同成熟程度的核糖体亚单位的前体。原纤维区是直径5～10毫微米的纤维成分。颗粒成分和纤维成分都是由核糖核蛋白组成的。核仁染色质包括两部分，核仁周围的是异染色质，伸入核仁内部的是常染色质。核仁内染色质为一环状染色质丝，含有的核糖体DNA为核糖体RNA的编码基因。核仁基质为无结构的蛋白质性溶液。核仁的功能是转录核糖体RNA和组装核糖体的亚单位。其功能活动顺序是：以核糖体DNA为模板，转录形成RNA成分；RNA与由胞质运到核内的蛋白质结合，形成原纤维成分；原纤维成分发育成颗粒成分；颗粒成分是细胞质核糖体亚单位的前体。

核仁nucleole

位于细胞核中的均质的球状体，叫核仁。其数目1至数个。在电子显微镜下观察，为1团稀疏的海绵状结构，没有外膜。核仁主要成分是RNA，其主要功能是制造核糖体的核糖核酸及蛋白质。

核仁

核中的小体。一般一组染色体有一个，依附在某一染色体的特定位置，即核仁组成中心上，是合成rRNA和装配核糖体的场所。只有细胞在积极合成rRNA时才可以观察到。在电镜下，可看到核仁包含分支，交织着的粗丝（即核仁丝）包围着由小颗粒状低密度物质所构成的若干微小球体。丝状和颗粒状物质都能被核酸酶分解，其余的无定形基质则能为蛋白酶所分解。

核仁nucleolus

由一团纤维状或颗粒状物质构成，无膜包绕，位于细胞核的中央或偏中央，呈球形，一般为1～2个，有的细胞可多达5个。其化学成分是核糖核酸和蛋白质。它是合成核蛋白体的场所，因此繁殖和代谢旺盛的细胞，其核仁既大且多。

核仁

核仁为位于细胞核内，主要由核酸和蛋白质组成的致密小体。绝大多数真核细胞均具有核仁，数目1—2个，甚至多个，一般呈圆形或椭圆形。核仁不具备界限膜，直径约为2—5μm。核仁在细胞核内的位置并不固定，可以位于任何部位，但在生长旺盛的细胞，常趋向核的边缘，靠近核膜，即发生“核仁趋边”现象。这种分布可能有利于核内外物质的交流。许多研究资料表明，核仁与细胞的蛋白质合成有密切关系。在蛋白质合成活跃的细胞，核仁较大，反之，则较小。
核仁的结构 核仁在光学显微镜下呈均质结构，经过特殊染色或镀银染色后可显示出核仁中的丝状结构，即核仁丝。应用相差显微镜在活细胞也可看到核仁丝。1950年有人提出核仁由呈丝状结构的核仁丝和均质样的无定形部分组成。
50年代以来，运用电子显微镜观察到核仁包括四种超微结构成分，细纤维成分、颗粒成分、核仁相随染色质和核仁基质。细纤维成分由横径约5—10nm，长度约20—40 nm的细纤维丝紧密排列而成。颗粒成分为直径约15—20 nm的致密颗粒，略小于细胞质中的核糖体。细纤维成分和颗粒成分皆由RNA构成，一般认为细纤维成分为伸展状态的RNA分子，而颗粒状成分则为卷曲状态的RNA分子。细纤维成分为颗粒成分的前体物。在电子显微镜下观察到的由细纤维成分和颗粒成分组成的，粗约0.1 μm，交织成网状的海绵状结构，又称纤维区，便是光学显微镜下的核仁丝。颗粒成分除参与海绵状结构的构成外，还散布于核仁基质中。另外颗粒成分还常在核仁边缘区域形成球形的颗粒区。此即光学显微镜下见到的无定形部分。(图1)
核仁相随染色质由粗约10nm的纤维组成，主要化学成分为DNA和组蛋白。核仁相随染色质可分为两部分：一部分围绕核仁，有时形成一层外壳，叫做核仁周围染色质，主要为异染色质；另一部分位于核仁内，由核仁周围染色质伸入海绵状结构中，叫做核仁内染色质，主要为常染色质。位于核仁内染色质一定位置上的DNA，能够合成构成核仁成分的RNA，从而形成呈海绵状结构的核仁。因而，这一位置被称为核仁组织者。(图1、2)

图1核仁结构模式图

图2 核仁结构立体模式图

上述细纤维成分、颗粒成分和核仁相随染色质均埋藏于核仁基质中。核仁基质与细胞核基质同，其基本物质为蛋白质，并含有水，无机盐和各种酶类等。核仁基质被高度放大后，可观察到粗约2nm的蛋白质细纤维丝。
构成核仁的四种超微结构成分不是固定不变的，它们可随细胞的功能状态和施加的影响因素而发生改变。如在代谢旺盛的细胞，核仁的颗粒成分增多，呈现明显的颗粒区；在高温条件下，核仁的颗粒成分和核仁内染色质会消失；在放线菌素D等药物作用下，原来混杂在一起的颗粒成分和细纤维成分会明显地分离。
核仁的周期 在进行有丝分裂的细胞中，核仁发生周期性的变化。核仁在细胞分裂前期消失，在分裂末期又重新出现，有人认为在细胞有丝分裂的中期，由于核内的染色质聚集成为染色体，带有核仁组织者的核内染色质也被集中到具有随体的染色体上，并位于随体的近邻段处。此时，由核仁组织者形成的呈海绵状结构的纤维区和颗粒区也呈现分散状。这样，核仁结构便消失了。但当到了分裂末期，染色体又分散为染色质时，核仁组织者也随染色质松散开来，并生成细纤维成分和颗粒成分，而又组成呈海绵状结构的纤维区和颗粒区，重又形成核仁。
在人体细胞只有第13、14、15、21和22对染色体上有随体，所以共有五个核仁组织者。由于有五个核仁组织者理应有五个核仁，但在形成过程中，由于互相融合，在人体绝大多数细胞中，核仁数目均少于五个，通常只有一个。
核仁的化学组成 近年来应用电子显微镜细胞化学技术和其他一些方法，在不破碎细胞的情况下，对核仁的化学成分进行鉴定。结果证明，核仁内含有RNA、DNA、蛋白质和酶类等。
应用RNA酶处理细胞核时，核仁的纤维成分和颗粒成分消失，说明它们由RNA构成。RNA占核仁干重的5%—10%。核仁RNA常与蛋白质结合以核糖核酸蛋白质的形式存在。对细胞核用DNA酶消化后，可证明核仁内含有少量DNA，并与组蛋白形成复合体存在于核仁周围染色质和核仁内染色质中。
通过胃蛋白酶对细胞核的作用，可查出核仁基质中含有非组蛋白。除非组蛋白外核仁尚含有组蛋白。蛋白质占核仁干重的70%—80%。核仁内尚存在酸性磷酸酶、核苷酸磷酸化酶和RNA聚合酶等。
核仁的功能 核仁与细胞的蛋白质合成关系密切。因为核仁能生成做为蛋白质合成基地的核糖体构成成分。人们早就观察到核仁的大小与细胞的蛋白质合成旺盛程度有关。在蛋白质合成功能活跃的卵母细胞、神经细胞和分泌细胞，核仁较大；而在缺乏蛋白质合成能力的肌细胞、精细胞等，核仁很小，甚至没有。
核糖体由大小不同的两个亚单位组成，大亚单位约为20×17nm，小亚单位约为17×10nm，其构成成分为核糖体核糖核酸(rRNA)和核糖体蛋白质。真核细胞中的rRNA，由其前体物45SRNA演变而来。45SRNA是在RNA聚合酶的参与下，由核仁DNA转录而成。转录rRNA的这一部分DNA叫做核糖体脱氧核糖核酸(rDNA)，它们位于核仁组织者的部位。
由rDNA转录的45SRNA，其形态表现为细纤维成分。45SRNA在酶的作用下逐步裂解为28SRNA和18SRNA等，它们又与蛋白质结合，形成弯曲、卷缩的颗粒成分。这些与28SRNA和18SRNA结合的蛋白质，可能在细胞质内合成，而后又进入细胞核内。在核仁内合成的含有28SRNA和18SRNA的核糖体大、小亚单位转移到核质后，再经由核孔进入细胞质。在细胞质内，大、小两个亚单位在具备一定浓度的Mg²⁺条件下结合成核糖体。一个80S核糖体含有4000个Mg²⁺，如果Mg²⁺减少到1000—2000个时，组成核糖体的两个亚单位，便会解离。大、小两个亚单位在蛋白质合成时，互相结合，蛋白质合成停止时，便分离开。真核细胞的核糖体一般为80S。其大亚单位为60S，含有28S RNA(约含5 500个核苷酸)和34种蛋白质；小亚单位为40S，含有18S RNA (约含2 520个核苷酸)和21种蛋白质。通常数个或数十个核糖体由mRNA沿小亚单位的长轴，串联成多聚核糖体，成为合成蛋白质的场所。这样，许多个核糖体便可同时在一条mRNA上合成蛋白质，从而充分发挥mRNA的模板作用，而在短时间内合成大量蛋白质。
1967年有人从两栖类卵母细胞分离出细胞核，再在一定条件下，使核仁结构分散开。然后，应用电子显微镜直接观察到活跃的rDNA转录rRNA的过程。这一过程的电子显微镜照片，象是根据遗传学和生物化学资料人工绘制的图案。在电子显微镜下，每个解旋的染色质纤维呈现一系列重复的、长约2.4μm的基质单位。每个基质单位由一组从轴纤维伸展出来的细纤维组成。细纤维沿着轴纤维从基质单位的一端向另一端有规律地增长，形成箭头状结构。基质单位的轴纤维为rDNA，细纤维为由rDNA转录成的rRNA。在每根细纤维的根部，可以看到催化rRNA合成的呈颗粒状的RNA聚合酶。细纤维的尖端附着少量核糖体蛋白质，呈颗粒状。每一基质单位中的DNA片段，便是转录rRNA的一个基因，约含有100个RNA聚合酶。基质单位之间的轴纤维为不活化的“间隔”片段，其功能尚不清楚。
近年来，有人将这一引人注目的研究成果引用到哺乳动物细胞，如HeLa细胞也得到了类似的结果。这些结果说明，电子显微镜可能是开展细胞分子水平研究的有力工具。

核仁

nucleolus

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核仁

core