Изоферменты
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Изоферменты, или изоэнзимы, или изозимы — различные изоформы или изотипы (т.к. различаются строением первичной структуры полипептидной цепи) одного и того же фермента (т.к. катализируют одну и ту же реакцию), существующие в одном организме[1][2][3][4][5], но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах.
Частное определение изоферментов: кодирующиеся разными генами различные изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме,[1][3] им противопоставляются изоформы ферментов, кодируемые разными аллелями одного гена - аллоэнзимов (аллозимов).
Множественные формы ферментов, которые образуются в результате посттрансляционных модификаций или изменяют свою конформацию и свойства при взаимодействии с различными соединениями (т. н. конформеры), к изоферментам не относятся.[5]
Происхождение и эволюция
[править | править код]Изоферменты, как правило, высоко гомологичны (но никогда не идентичны, даже в случае максимально подобных друг другу аллоэнзимов) по аминокислотной последовательности [6] и/или подобны по пространственной конфигурации. Особенно консервативны в сохранении строения активные центры молекул изоферментов. Во многих случаях изоферменты имеют общего эволюционного предка,[6] являясь биохимическим выражением генетического полиморфизма [3] — например, образуясь в результате дупликации и дивергенции генов.[7]
Биологическое значение
[править | править код]Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции, по используемому кофактору (НАДН или НАДФН для дегидрогеназ), по распределению в клетке (водорастворимые или связанные с мембраной)[4]. Эти различия обусловлены эволюционной приспособленностью разных изоферментов к функционированию в различных условиях разных органов,[2] тканей, клеток.
Распределение изоферментов в организме зависит от:
- Различной организации метаболизма в разных органах. Изоферменты гликогенфосфорилазы в скелетных мышцах и печени имеют разные особенности регуляции, что отражает разную роль расщепления гликогена в этих двух тканях.
- Различных локализации и метаболической роли изоферментов в одной и той же клетке. Пример - изоферменты изоцитратдегидрогеназы в цитозоле и митохондриях.
- Различных стадий развития в эмбриональных или фетальных тканях и в тканях взрослого человека. Например, печень плода имеет характерное изозимное распределение лактатдегидрогеназы, которое меняется по мере развития органа во взрослую форму. Некоторые ферменты катаболизма глюкозы в злокачественных (раковых) клетках встречаются в виде своих фетальных, а не взрослых изоферментов.
- Различной реакции изоферментов на аллостерические модуляторы. Это различие полезно для тонкой настройки скорости метаболизма. Гексокиназа IV (глюкокиназа) из печени и изоферменты гексокиназы других тканей различаются по чувствительности к ингибированию глюкозо-6-фосфатом.[8]
Практическое значение
[править | править код]Выявлять изоферменты можно с помощью методов хроматографии, электрофореза и иммунохимии.[5]
- Определение внутриклеточных изоформ ферментов (в т.ч. изоферментов) в крови помогает диагностировать повреждение определённой ткани,[2] т.к. повышенное содержание этих ферментов в крови указывает на повышение проницаемости мембран клеток (из-за повреждения или даже некроза).[9]
| Фермент | Тканевая принадлежность |
|---|---|
| аспартаттрансаминаза (АСТ) | печень (цирроз), |
| щелочная фосфатаза (ЩФ) | печень, желчевыводящие пути, кости (переломы, остеомаляция) |
| панкреатическая амилаза | поджелудочная железа (панкреатит) |
| аланинаминотрансфераза (АЛТ) | печень (цирроз, жировой гепатоз) |
| холинэстераза (ХЭ) | печень (цирроз, жировой гепатоз) |
| креатинкиназа (КК, изофермент КК-МВ) | сердце (инфаркт) |
| глутаматдегидрогеназа (ГДГ) | печень (некроз) |
| γ-глутамилтрансфераза (ГГТ) | печень (токсины, гепатит), желчевыводящие пути (холестаз) |
| лактатдегидрогеназа (ЛДГ) | печень, мышцы, сердце (инфаркт) |
| панкреатическая липаза (ПЛ) | поджелудочная железа (панкреатит) |
- Ряд изоферментов используется для диагностики генетических аномалий[5] и отклонений в метаболизме индивида от нормы, т.к. один изофермент (аллофермент) соответствует одному гену (аллелю), можно генотипировать организмы, определяя, вырабатывают ли они те или иные изоферменты с различными свойствами, что применимо в популяционной и медицинской генетике. Удобство генотипирования с помощью изоферментов состоит в отсутствии необходимости гибридологического анализа, что особенно важно при изучении генетики организмов с долгим ювенильным (дорепродуктивным) периодом онтогенеза. [10]
Примеры изоферментов
[править | править код]- Примером фермента, имеющего изоферменты, является гексокиназа, имеющая четыре изотипа, обозначаемых римскими цифрами от I до IV. При этом один из изотипов гексокиназы, а именно гексокиназа IV, экспрессируется почти исключительно в печени и обладает особыми физиологическими свойствами, в частности её активность не угнетается продуктом её реакции глюкозо-6-фосфатом.
- Ещё одним примером фермента, имеющего изоферменты, является амилаза — панкреатическая амилаза отличается по аминокислотной последовательности и свойствам от амилазы слюнных желёз, кишечника и других органов. Это послужило основой для разработки и применения более надёжного метода диагностики острого панкреатита путём определения не общей амилазы плазмы крови, а именно панкреатической изоамилазы.
- Креатинфосфокиназа (креатинкиназа): изотип этого фермента, экспрессируемый в сердце, отличается по аминокислотной последовательности от креатинфосфокиназы скелетных мышц. Это позволяет дифференцировать повреждения миокарда (например, при инфаркте миокарда) от других причин повышения активности КФК, определяя миокардиальный изотип КФК в крови.
- Лактатдегидрогеназа (ЛДГ): повышение в крови концентрации изоформ, характерных для сердца (ЛДГ1 = H4, ЛДГ2 = H3M) — признак инфаркта миокарда, причём по этим концентрациям можно определить время и обширность произошедшего инфаркта. Одновременное с ЛДГ повышение концентрации в крови сердечной креатинкиназы — строгое доказательство недавнего инфаркта миокарда.[6]
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера : в 3 т. Т. 2 : Биоэнергетика и метаболизм. — Лаборатория знаний, 2020. — С. 72. — 691 с. — ISBN 978-5-00101-865-0.
- ↑ 1 2 3 А. А. Чиркин, Е. О. Данченко. Биологическая химия : учебник. — Минск: Вышэйшая школа, 2017. — С. 48. — 431 с. — ISBN 978-985-06-2383-6.
- ↑ 1 2 3 Э. Пассарг. Наглядная генетика / пер. с англ. под ред. д-ра биол. наук Д. В. Ребрикова. — М.: Лаборатория знаний, 2020. — С. 483. — 511 с. — ISBN 978-5-00101-934-3.
- ↑ 1 2 David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, 8th ed. — Macmillan, W.H. Freeman, Sapling Learning, 2021. — С. 1963. — 4893 с. — ISBN 9781319322342.
- ↑ 1 2 3 4 Изоферменты. Большая российская энциклопедия (22 января 2023). Дата обращения: 30 августа 2024.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Я. Кольман, К.-Г. Рём. Наглядная биохимия, 7-е изд. / пер. с англ. Т. П. Мосоловой. — М.: Лаборатория знаний, 2021. — С. 311. — 509 с. — ISBN 978-5-00101-311-2.
- ↑ Shelley D. Copley. Evolution of new enzymes by gene duplication and divergence (англ.) // The FEBS Journal. — 2020-04. — Vol. 287, iss. 7. — P. 1262–1283. — ISSN 1742-464X. — doi:10.1111/febs.15299.
- ↑ David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, 8th ed. — Macmillan, W.H. Freeman, Sapling Learning, 2021. — С. 1964. — 4893 с. — ISBN 9781319322342.
- ↑ Я. Кольман, К.-Г. Рём. Наглядная биохимия, 7-е изд. / пер. с англ. Т. П. Мосоловой. — М.: Лаборатория знаний, 2021. — С. 310. — 509 с. — ISBN 978-5-00101-311-2.
- ↑ C. C. Rider. Isoenzymes. — Springer Science & Business Media, 2013-03-09. — С. 19-20. — 81 с. — ISBN 978-94-010-9447-4.