Изоферменты и множественные формы

Единая каталитическая активность часто осуществляется несколькими различными молекулярными формами фермента. Эти изоферменты катализируют одну и ту же реакцию, но различаются по аминокислотной последовательности, структуре или субъединичному составу, и могут по-разному экспрессироваться в различных тканях и на разных стадиях развития, придавая одному и тому же метаболическому этапу локально настроенные свойства.

Definition

Изоферменты (изозимы) — это множественные молекулярные формы фермента, которые катализируют одну и ту же реакцию, но различаются по первичной структуре, субъединичному составу или физическим свойствам, часто возникая из разных генов или из разных комбинаций субъединиц.

Scope

Статья охватывает определение изоферментов и механизмы их возникновения, семейство лактатдегидрогеназы как классический пример, ткане- и стадиеспецифическую экспрессию изоферментных паттернов, а также методы их обнаружения. Это справочное описание множественности ферментов и не является источником диагностической интерпретации или клинических рекомендаций.

Core questions

• Что такое изоферменты и чем они отличаются друг от друга?
• Как возникают изоферменты?
• Почему для одной и той же реакции необходимы тканеспецифические формы?
• Как обнаруживаются и описываются изоферментные паттерны?

Key concepts

• Множественные молекулярные формы фермента
• Комбинация субъединиц (например, гетеротетрамеры ЛДГ)
• Различные гены против посттрансляционных вариантов
• Ткане- и стадиеспецифическая экспрессия
• Кинетические и регуляторные различия между изоферментами
• Электрофоретическое разделение изоферментов

Mechanisms

Изоферменты могут возникать из отдельных генов, в результате альтернативного процессинга или из различных комбинаций субъединиц, собирающихся в активный фермент. Хрестоматийным примером является лактатдегидрогеназа, активная форма которой представляет собой тетрамер, построенный из двух типов субъединиц; пять возможных комбинаций дают пять изоферментов с характерным тканевым распределением и кинетическими свойствами. Поскольку формы различаются по заряду и структуре, их можно разделить электрофорезом, выявляя ткане- и стадиеспецифические паттерны. Эти различия позволяют настраивать один и тот же химический этап на локальные метаболические потребности, сохраняя при этом единую каталитическую идентичность, поэтому изоферменты по-прежнему получают общий номер EC.

Clinical relevance

Поскольку изоферментные паттерны различаются между тканями, относительное содержание определенных форм может отражать тканевое происхождение — принцип, лежащий в основе использования ферментных паттернов в лабораторной медицине. Эта статья объясняет биохимию изоферментов для справки и не является основой для диагностической интерпретации или принятия решений о лечении.

History

Признание того, что одна ферментативная активность может существовать в нескольких разделяемых формах, оформилось в конце 1950-х годов, когда Маркерт и Моллер (1959) описали ткане-, стадие- и видоспецифические множественные формы и ввели термин «изозим». Последующие эксперименты Маркерта по диссоциации и рекомбинации (1963) показали, что изоферменты лактатдегидрогеназы построены из взаимозаменяемых субъединиц, что дало структурное объяснение множественности ферментов, ставшее моделью для этой области.

Key figures

• Clement L. Markert

Seminal works

• markert-moller-1959
• markert-1963

Frequently asked questions

Если изоферменты — это разные белки, почему у них общий номер EC?

Потому что система EC классифицирует ферменты по катализируемой ими реакции, а изоферменты катализируют одну и ту же реакцию; их структурные различия не меняют каталитическую идентичность, которую фиксирует номер EC.

Как изоферменты одного фермента оказываются в разных тканях?

Различные гены или комбинации субъединиц экспрессируются в разных тканях и на разных стадиях развития, поэтому каждая ткань собирает ту комбинацию изоферментов, которая соответствует ее метаболическим потребностям.