Isoenzyme und multiple Formen

Eine einzelne katalytische Aktivität wird häufig von mehreren unterschiedlichen molekularen Formen eines Enzyms ausgeführt. Diese Isoenzyme katalysieren dieselbe Reaktion, unterscheiden sich jedoch in der Aminosäuresequenz, Struktur oder Untereinheitenzusammensetzung und können gewebe- und entwicklungsstadienübergreifend unterschiedlich exprimiert werden, wodurch demselben Stoffwechselschritt lokal angepasste Eigenschaften verliehen werden.

Definition

Isoenzyme (Isozyme) sind multiple molekulare Formen eines Enzyms, die dieselbe Reaktion katalysieren, sich aber in der Primärstruktur, der Untereinheitenzusammensetzung oder den physikalischen Eigenschaften unterscheiden, oft aufgrund unterschiedlicher Gene oder verschiedener Kombinationen von Untereinheiten entstehen.

Scope

Der Eintrag behandelt, was Isoenzyme sind und wie sie entstehen, die Laktatdehydrogenase-Familie als klassisches Beispiel, die gewebe- und entwicklungsspezifische Expression von Isoenzymmustern und wie solche Muster nachgewiesen werden. Es handelt sich um eine Referenzbehandlung der Enzymmultiplizität und ist keine Quelle für diagnostische Interpretationen oder klinische Leitlinien.

Core questions

• Was sind Isoenzyme und wie unterscheiden sie sich voneinander?
• Wie entstehen Isoenzyme?
• Warum benötigt dieselbe Reaktion gewebespezifische Formen?
• Wie werden Isoenzymmuster nachgewiesen und beschrieben?

Key concepts

• Multiple molekulare Formen eines Enzyms
• Untereinheitenkombination (z.B. LDH-Heterotetramere)
• Unterschiedliche Gene versus posttranslationale Varianten
• Gewebe- und entwicklungsspezifische Expression
• Kinetische und regulatorische Unterschiede zwischen Isoenzymen
• Elektrophoretische Trennung von Isoenzymen

Mechanisms

Isoenzyme können aus separaten Genen, aus alternativer Prozessierung oder aus verschiedenen Kombinationen von Untereinheiten, die zum aktiven Enzym zusammengefügt werden, entstehen. Das Lehrbuchbeispiel ist die Laktatdehydrogenase, deren aktive Form ein Tetramer ist, das aus zwei Arten von Untereinheiten aufgebaut ist; die fünf möglichen Kombinationen ergeben fünf Isoenzyme mit charakteristischen Gewebeverteilungen und kinetischen Eigenschaften. Da sich die Formen in Ladung und Struktur unterscheiden, können sie durch Elektrophorese getrennt werden, wodurch gewebe- und stadienspezifische Muster sichtbar werden. Diese Unterschiede ermöglichen es, denselben chemischen Schritt an lokale Stoffwechselanforderungen anzupassen, während eine katalytische Identität beibehalten wird, weshalb Isoenzyme immer noch eine gemeinsame EC-Nummer erhalten.

Clinical relevance

Da sich Isoenzymmuster zwischen Geweben unterscheiden, kann die relative Häufigkeit bestimmter Formen den Gewebeursprung widerspiegeln, ein Prinzip, das der Verwendung von Enzymmustern in der Labormedizin zugrunde liegt. Dieser Eintrag erläutert die Biochemie von Isoenzymen zu Referenzzwecken und ist keine Grundlage für diagnostische Interpretationen oder Behandlungsentscheidungen.

History

Die Erkenntnis, dass eine Enzymaktivität in mehreren trennbaren Formen existieren kann, kristallisierte sich in den späten 1950er Jahren heraus, als Markert und Moller (1959) gewebe-, entwicklungs- und spezies-spezifische multiple Formen beschrieben und den Begriff Isozym einführten. Markerts nachfolgende Dissoziations- und Rekombinationsexperimente (1963) zeigten, dass Laktatdehydrogenase-Isoenzyme aus austauschbaren Untereinheiten aufgebaut sind, was eine strukturelle Erklärung für die Enzymmultiplizität lieferte, die zu einem Modell für das Fachgebiet wurde.

Key figures

• Clement L. Markert

Seminal works

• markert-moller-1959
• markert-1963

Frequently asked questions

Wenn Isoenzyme unterschiedliche Proteine sind, warum teilen sie sich eine EC-Nummer?

Weil das EC-System Enzyme nach der von ihnen katalysierten Reaktion klassifiziert und Isoenzyme dieselbe Reaktion katalysieren; ihre strukturellen Unterschiede ändern nichts an der katalytischen Identität, die die EC-Nummer erfasst.

Wie gelangen Isoenzyme eines Enzyms in verschiedene Gewebe?

Verschiedene Gene oder Untereinheitenkombinationen werden in unterschiedlichen Geweben und Entwicklungsstadien exprimiert, sodass jedes Gewebe die Isoenzymkombination zusammenstellt, die seinen Stoffwechselbedürfnissen entspricht.