Il nucleolo è di gran lunga la sottostruttura più facilmente riconoscibile nel nucleo eucariotico, e può essere visto utilizzando una varietà di coloranti così come dalla microscopia a contrasto di fase. Infatti, nel lievito in erba, il singolo nucleolo occupa quasi la metà del nucleo. Le cellule di altre specie hanno spesso nucleoli multipli. Il nucleolo è una fabbrica di ribosomi, composta da acido desossiribonucleico (DNA), acido ribonucleico (RNA) e proteine. Al nucleolo, una lunga molecola di RNA ribosomiale (rRNA) precursore viene trascritta dal DNA, elaborata in tre RNA maturi, e confezionata insieme a proteine specifiche per fare le grandi e piccole subunità ribosomiali. Una volta che le subunità sono state assemblate, vengono trasportate fuori dal nucleolo al citoplasma per essere utilizzate nella traduzione (sintesi proteica).
I nucleoli non sono strutture statiche. Si smontano durante la mitosi e si riformano all’inizio della fase G1. La formazione dei nucleoli non causa l’espressione dei geni dell’rRNA. Piuttosto, i nucleoli sono il risultato della trascrizione e dell’elaborazione dell’rRNA.
Visto al microscopio elettronico, un nucleolo ha due parti distinte: la componente fibrillare e la componente granulare. La componente fibrillare può essere suddivisa in due compartimenti: la componente fibrillare densa e il centro fibrillare. I centri fibrillari contengono grandi quantità di RNA polimerasi I, che trascrive l’rRNA. Si pensa che la trascrizione dei geni dell’rRNA avvenga nell’interfaccia tra la componente fibrillare densa e il centro fibrillare. Le fasi successive dell’assemblaggio del ribosoma avvengono nella componente granulare.
I cromosomi umani contengono cinque regioni organizzatrici nucleolari (chiamate NOR), situate sui bracci corti dei cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22. Negli esseri umani, ogni NOR contiene circa cento copie del gene rRNA ripetute in tandem. I NOR di diversi cromosomi tipicamente si uniscono in interfase. Così, un singolo nucleolo è spesso costituito da geni di rRNA provenienti da due o più NOR differenti. Alcune specie hanno un solo cromosoma portatore di NOR e quindi un solo nucleolo.
Oltre alla funzione ben stabilita dei nucleoli nell’assemblaggio dei ribosomi, prove recenti suggeriscono che i nucleoli sono anche coinvolti in molti altri processi cellulari, tra cui l’assemblaggio e la modifica di varie piccole ribonucleoproteine (RNP), il sequestro di importanti proteine regolatrici del ciclo cellulare, l’esportazione di altri RNA nonribosomiali e il controllo della senescenza o dell’invecchiamento cellulare.