內含子

內含子（Intron）又稱間隔順序，指一個基因或mRNA分子中無編碼作用的片段 ^[1]  。是真核生物細胞DNA中的間插序列。這些序列被轉錄在前體RNA中，經過剪接被去除，最終不存在於成熟RNA分子中。內含子和外顯子的交替排列構成了割裂基因。在前體RNA中的內含子常被稱作“間插序列”。在轉錄後的加工中，它比外顯子有更多的突變。內含子是一段特殊的DNA序列。

內含子起源有兩種假説。

1．內含子與它所在的基因一樣古老，在裝配第一個這樣的基因時，內含子就已存在。早期的內含子具有自催化、自我複製等能力，因此，它們是原始基因和基因組的組織與複製必不可少的部分。而原核生物和少數低等的真核生物，由於它們需要進行快速的DNA複製從而進行快速的細胞分裂，因而失去了內含子。現代的內含子是一類進化遺蹟，它們之所以能繼續存在，是因為具有重新組合基因組中的外顯子以形成新的基因的能力，即內含子能賦予其攜帶者更大的進化潛力。

2．內含子不是基因原有的，而是在進化的某一過程中通過轉座作用插入到連續基因中去的，內含子在較高級的功能基因或在真核生物出現之後才產生。這種假説必須面對一個難題，即內含子最初如何能插入到連續編碼的基因中而保持基因的功能不變。

內含子（introns）在轉錄後的加工中， 從最初的轉錄產物除去的內部的核苷酸序列。術語內含子也指編碼相應RNA內含子的DNA中的區域。

大多數真核結構基因中的間插序列（intervening sequence）或不編碼序列。它們可以轉錄，但在基因轉錄後，由這些間插序列轉錄的部分（也可用內含子這個術語表示）經加工被從初級轉錄本中準確除去，才產生有功能的RNA。基因的編碼部分稱外顯子。內含子常比外顯子長，且佔基因的更大比例。真核基因所含內含子的數目、位置和長度不盡相同，如雞卵清蛋白基因的外顯子被7個內含子隔開，雞卵伴清蛋白基因有17個內含子，α-珠蛋白基因有2個內含子，卵粘蛋白基因有6個內含子等。內含子（Intervening region）是一個基因中非編碼DNA片段，它分開相鄰的外顯子。更精確的定義是：內含子是阻斷基因線性表達的序列。DNA上的內含子會被轉錄到前體RNA中，但RNA上的內含子會在RNA離開細胞核進行轉譯前被剪除。在成熟mRNA被保留下來的基因部分被稱為外顯子。真核生物的基因含有外顯子和內含子，是前者區別原核生物的特徵之一。

內含子轉錄的mRNA與其它的成分是一樣的，均由4種核糖核苷酸組成，只不過被識別後剪切掉了。內含子也不是不變的，在合成某種蛋白質或多肽時為內含子，在控制合成另一種蛋白質或多肽時可能為外顯子。內含子在選擇性剪接扮演重要角色，一個基因可以因此而產生多種不同的蛋白質。歸根到底，是在剪接過程中同一段DNA，有時被看作外顯子，有時則是內含子。

有一種特殊的內含子，被稱作自剪接內含子（核酶），它可以通過自身作用被切除，來離開mRNA。

內含子和外顯子的比例因種而異。河魨魚的內含子比較少。

但內含子與垃圾DNA不同，垃圾DNA亦即那些基因以外的序列，還未被發現有任何功能的DNA，但可能是參與基因調控和選擇性剪接的調控。但若內含子對應的mRNA片段若沒有被除去，可能會發生非常大的突變。如一種植物，科學家抑制了剪切酶的活性而保留了其mRNA中一段內含子。結果，該植物的雌蕊發育不正常。而雄蕊卻出現了雌蕊的特徵。

“馬賽克基因”，就是説編碼的DNA片段（外顯子）被非編碼區域（內含子）隔開，該概念是1977年由Hogness，Mandel和Chambon提出。

內含子可以在轉錄抄本的任何位置，甚至在以後成為密碼子的三核苷酸之間。若內含子位於一密碼子的第三位核苷酸和另一密碼子的第一位核苷酸（即兩密碼子之間），則被稱為0位內含子。相應地，位於一密碼子第一第二位核苷酸之間的內含子被稱為1位內含子，位於第二和第三位之間時，則被稱為2位內含子。這在外顯子複製中很重要，處於兩同相位內含子的外顯子被稱為對稱外顯子，其核苷酸數為3的整數倍，它可以被成功複製，不會造成閲讀框的推移。相反，非對稱外顯子是不可複製的。

根據剪接過程為自發還是要經過剪接體的加工，人們將內含子分為自剪接和剪接體內含子。

自剪接內含子：在1981年由湯瑪斯·切希發現的自剪接內含子中，又分為：Ⅰ型內含子與Ⅱ型內含子。

剪接體內含子：這類內含子的剪除要有剪接體的幫助。一段序列在剪接中是內含子還是外顯子，取決於其自身。

GT-AG-內含子：最常見的內含子是所謂的GT-AG-內含子。它以GT開頭並以AG結尾。

AT-AC-內含子：AT-AC-內含子則是以AU開頭，AC結尾。

生物體內的各種內含子：

GU-AG類（主要內含子）：細胞核，pre-mRNA（真核）

AU-AG類（次要內含子）：細胞核，pre-mRNA（真核）

1類內含子：細胞核，pre-mRNA（真核），細胞器RNA，少數細菌RNA

2類內含子：細胞器RNA，部分細菌RNA（主要存在於真核生物的線粒體和葉綠體rRNA基因中）

（以上第3，4種內含子不同於第1，2種內含子：因為其內含子本身具有催化活性，能進行內含子的自我剪接，而無需藉助於形成剪接體。）

3類內含子：細胞器RNA

雙內含子：細胞器RNA

pre-tRNA中的內含子：細胞核，pre-tRNA（真核）

其中，1類內含子的剪接主要是轉酯反應，剪接反應實際上是發生了兩次磷酸二酯鍵的轉移。第一個轉酯反應由一個遊離的鳥苷或鳥苷酸（GTP、GMP或GDP）介導，其3‘-OH作為親核基團攻擊內含子5’端的磷酸二酯鍵，從上游切開RNA鏈，在第二個轉酯反應中，上游外顯子的自由3‘-OH作為親核基團攻擊內含子3’位核苷酸上的磷酸二酯鍵，使內含子完全被切開，上下游兩個外顯子通過新的磷酸二酯鍵重新連接。

2類內含子剪接體系中，轉酯反應無需遊離鳥苷酸或鳥苷，而是由內含子本身的靠近3‘端的腺苷酸2’-OH作為親核基團攻擊內含子的5‘端的磷酸二酯鍵，從上游切開RNA後形成套索裝結構。再由上游外顯子的自由3’-OH作為親核基團攻擊內含子3‘位核苷酸上的磷酸二酯鍵，使內含子被完全切開，上下游兩個外顯子通過新的磷酸二酯鍵重新連接。

3類內含子通過同樣的套索機制進行剪接，但不是自我剪接，需要通過特殊的剪接體（spliceosome）RNA-蛋白複合物的作用。