核仁的功能

    虽然核仁的形状、大小、数量因生物种类、细胞类型和生理状态而异，但核仁的功能是相同的。核仁的主要功能是rRNA的合成、加工和核糖体大小亚基的组装。

    1．rRNA基因转录单位的构成及转录活性

    真核细胞含有4种rRNA，即18s rRNA、5．8s rRNA、28s rRNA和5s rRNA。其中剪三者的基因组成一个转录单位，彼此被间隔序列分开，由RNA聚合酶I转录产生一个长的rRNA前体。处于生长旺盛的高等真核生物每个细胞世代需要合成约数千万个rRNA分子。形成核糖体．以满足细胞在短时期内合成大量蛋白质的需要。核仁所以能产生如此大量的rRNA分子并把它们加工、组装成核糖体前体是由于它活动的高效性。首先，它利用一个rRNA基因作模板可以同时进行l00条rRNA分子的转录合成。其次，在真核细胞中，随物种的不同，有100～5000个rRNA基因拷贝串联成重复序列，成簇分布在少数染色体NOR上。据计算人类细胞每个单倍体基因组中含有280个rRNA基因，成簇分布在5条不同的染色体上。蛙类细胞每个单倍体基因组含有约600个rRNA基因，它们只成簇分布在一条染色体上。

    在真核生物中，5s rRNA基因不定位在NOR上。人约有2000个5S rRNA基因，也是成簇串联排列，中间同样间隔以不被转录的片段．由RNA聚合酶Ⅲ催化合成。5s rRNA合成后经适当加工即参与核糖体大亚基的组装。

    根据在两栖类卵母细胞和其他细胞中具有转录活性的rRNA基因的电镜观察，发现rRNA基因在染色质轴丝上呈串联重复排列；沿转录方向，新生的rRNA链逐渐增长，形成“圣诞树”样结构(图8—33)；转录产物的游离端(5‘端)首先形成RNP颗粒。这些形态特征是最直观的rRNA基因转录的证据。

    2．rRNA前体的加工

    每个rRNA基因转录单位由RNA聚合酶I转录产生相同的rRNA前体，不同生物的rRNA前体大小不同，哺乳类为47s rRNA的前体(含13500个核苷酸)，经RNase降解·切除5’端外转录间隔区(external trafiscribed spacer，ETS)，很快转变成45S前体(1 300e个核苷酸)，继续切除5’端部分序列，变成41S前体．然后在内转录间隔区(internaltran—scribed spacer，ITS)裂解，产生20S前体和32S前体，经进一步切割和修整，前者形成18S rRNA，而后者则裂解为5．8S和28S rRNA。由于真核生物rRNA的成熟过程比较缓慢，所以其加工的中间物易于从各种细胞中分离出来，使得对其加工过程也易于了解。用³ H标记HeLa细胞的RNA，通过凝胶电泳分离到45s rRNA前体以及41s、32S和20S等加工产物(图8-34)。通过标记动力学实验，证明它们是rRNA加工过程中的前体和中间物.

    哺乳类三种成熟的rRNA总长仅为7000个核苷酸，几乎近一半的核苷酸序列被丢弃并在核内降解。前体rRNA的剪接必须在准确的位置进行，细胞如何达到这一目的呢，已有证据表明，介导前体rRNA正确剪接的成分为核仁小分子RNA(small nucleolar RNA，snoRNA)，如U3 RNA。snoRNqA是一类小分子非编码RNA，需要与特定蛋白质结合形成核仁核糖核蛋白(snoRNP)，并以此形式存在和行使功能，集中在核仁区。此外，snoRA在前体rRNA转录后修饰过程中也起重要作用。主要与45s前体的核糖2’位甲基化及假尿嘧啶化修饰有关。这些修饰的碱基可能有助于保护rRNA前体不被降解，或调整rRNA折叠以及与核糖体蛋白的相互关系，从而对核糖体的生物合成和活性起调节作用。

    3．核糖体亚单位的组装

    根据放射性标记核仁组分的分析，发现完整的45S rRNA前体首先与蛋白质结合，被包装成80s的RNP复合体，然后剪切形成两种大小不同的核糖体亚基前体，其中18S rRNA与r蛋白形成核糖体一10S小亚基，而28S、5．8S、5S与r蛋白一起组装成60s大亚基(图8一35)。加工下来的蛋白质和小的RNA存留在核仁中，可能起着催化核糖体构建的作用。

    核糖体的两个亚单位只有分别通过核孔进入细胞质中，才能形成功能单位，这可阻止有功能的核糖体与核内加工不完全的hnRNA分子接近。游离于胞质中的小亚基先与mRNA结合，随后与大亚基结合形成完整的核糖体。肽链合成终止后，大小亚基解离，重又游离于胞质中。

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