アイソザイムと多型

単一の触媒活性は、しばしば酵素のいくつかの異なる分子形態によって実行される。これらのアイソザイムは同じ反応を触媒するが、アミノ酸配列、構造、またはサブユニット組成が異なり、組織や発生段階によって異なる発現を示すことがあり、同じ代謝段階に局所的に調整された特性を与える。

Definition

アイソザイム（イソザイム）とは、同じ反応を触媒するが、一次構造、サブユニット組成、または物理的特性が異なる酵素の複数の分子形態であり、しばしば異なる遺伝子またはサブユニットの異なる組み合わせから生じる。

Scope

本項目では、アイソザイムとは何か、どのようにして生じるのか、古典的な例としての乳酸デヒドロゲナーゼファミリー、アイソザイムパターンの組織特異的および発生特異的発現、そしてそのようなパターンがどのように検出されるのかを扱う。これは酵素の多様性に関する参照的な記述であり、診断的解釈や臨床的ガイダンスの出典ではない。

Core questions

• アイソザイムとは何か、そしてそれらは互いにどのように異なるのか？
• アイソザイムはどのようにして生じるのか？
• なぜ同じ反応に組織特異的な形態が必要なのか？
• アイソザイムパターンはどのように検出され、記述されるのか？

Key concepts

• 酵素の複数の分子形態
• サブユニットの組み合わせ（例：LDHヘテロ四量体）
• 異なる遺伝子と翻訳後バリアント
• 組織特異的および発生特異的発現
• アイソザイム間の速度論的および調節的差異
• アイソザイムの電気泳動分離

Mechanisms

アイソザイムは、別個の遺伝子、選択的プロセシング、または活性酵素に組み立てられるサブユニットの異なる組み合わせから生じることがある。教科書的な例は乳酸デヒドロゲナーゼであり、その活性型は2種類のサブユニットから構築される四量体である。可能な5つの組み合わせは、特徴的な組織分布と速度論的特性を持つ5つのアイソザイムを生み出す。これらの形態は電荷と構造が異なるため、電気泳動によって分離することができ、組織特異的および段階特異的なパターンを明らかにすることができる。これらの違いにより、同じ化学的段階を局所的な代謝要求に合わせて調整することができ、同時に1つの触媒的同一性を共有する。これが、アイソザイムが依然として共通のEC番号を持つ理由である。

Clinical relevance

アイソザイムパターンは組織間で異なるため、特定の形態の相対的な存在量は組織の起源を反映することがあり、この原理は臨床検査医学における酵素パターンの利用の基礎となっている。本項目は、参照のためにアイソザイムの生化学を説明するものであり、診断的解釈や治療決定の根拠となるものではない。

History

1つの酵素活性がいくつかの分離可能な形態として存在しうるという認識は、1950年代後半に具体化された。MarkertとMoller（1959）が組織特異的、発生特異的、種特異的な多型を記述し、「イソザイム」という用語を導入した時である。Markertのその後の解離・再結合実験（1963）は、乳酸デヒドロゲナーゼアイソザイムが交換可能なサブユニットから構築されることを示し、酵素の多様性に対する構造的説明を提供し、この分野のモデルとなった。

Key figures

• Clement L. Markert

Seminal works

• markert-moller-1959
• markert-1963

Frequently asked questions

アイソザイムが異なるタンパク質であるならば、なぜそれらはEC番号を共有するのか？

ECシステムは酵素を触媒する反応によって分類するため、アイソザイムは同じ反応を触媒する。それらの構造的差異は、EC番号が記録する触媒的同一性を変更しない。

1つの酵素のアイソザイムは、どのようにして異なる組織に存在するようになるのか？

異なる遺伝子またはサブユニットの組み合わせが異なる組織や発生段階で発現するため、各組織はその代謝ニーズに適したアイソザイムの組み合わせを組み立てる。