ไอโซเอนไซม์และรูปแบบที่หลากหลาย

กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาเดียวมักดำเนินการโดยเอนไซม์หลายรูปแบบโมเลกุลที่แตกต่างกัน ไอโซเอนไซม์เหล่านี้เร่งปฏิกิริยาเดียวกันแต่มีความแตกต่างกันในลำดับกรดอะมิโน โครงสร้าง หรือองค์ประกอบของหน่วยย่อย และสามารถแสดงออกแตกต่างกันไปในเนื้อเยื่อและระยะการพัฒนา ทำให้ขั้นตอนการเผาผลาญเดียวกันมีคุณสมบัติที่ปรับให้เข้ากับท้องถิ่น

Definition

ไอโซเอนไซม์ (isozymes) คือเอนไซม์หลายรูปแบบโมเลกุลที่เร่งปฏิกิริยาเดียวกัน แต่มีความแตกต่างกันในโครงสร้างปฐมภูมิ องค์ประกอบของหน่วยย่อย หรือคุณสมบัติทางกายภาพ ซึ่งมักเกิดจากยีนที่แตกต่างกัน หรือจากการรวมกันของหน่วยย่อยที่แตกต่างกัน

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงไอโซเอนไซม์คืออะไรและเกิดขึ้นได้อย่างไร ตระกูลแลคเตทดีไฮโดรจีเนสที่เป็นตัวอย่างคลาสสิก การแสดงออกของรูปแบบไอโซเอนไซม์ที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อและพัฒนาการ และวิธีการตรวจจับรูปแบบดังกล่าว เป็นการอ้างอิงถึงความหลากหลายของเอนไซม์และไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับการตีความการวินิจฉัยหรือคำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• ไอโซเอนไซม์คืออะไรและแตกต่างกันอย่างไร?
• ไอโซเอนไซม์เกิดขึ้นได้อย่างไร?
• ทำไมปฏิกิริยาเดียวกันจึงต้องการรูปแบบที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อ?
• รูปแบบไอโซเอนไซม์ถูกตรวจจับและอธิบายได้อย่างไร?

Key concepts

• เอนไซม์หลายรูปแบบโมเลกุล
• การรวมกันของหน่วยย่อย (เช่น LDH heterotetramers)
• ยีนที่แตกต่างกันเทียบกับตัวแปรหลังการแปลรหัส
• การแสดงออกที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อและพัฒนาการ
• ความแตกต่างทางจลนศาสตร์และการควบคุมระหว่างไอโซเอนไซม์
• การแยกไอโซเอนไซม์ด้วยอิเล็กโทรโฟรีซิส

Mechanisms

ไอโซเอนไซม์สามารถเกิดขึ้นได้จากยีนที่แยกกัน จากการประมวลผลทางเลือก หรือจากการรวมกันของหน่วยย่อยที่แตกต่างกันซึ่งประกอบกันเป็นเอนไซม์ที่ออกฤทธิ์ ตัวอย่างในตำราคือแลคเตทดีไฮโดรจีเนส ซึ่งรูปแบบที่ออกฤทธิ์เป็นเตตระเมอร์ที่สร้างขึ้นจากหน่วยย่อยสองชนิด การรวมกันที่เป็นไปได้ห้าแบบทำให้เกิดไอโซเอนไซม์ห้าชนิดที่มีการกระจายตัวในเนื้อเยื่อและคุณสมบัติทางจลนศาสตร์ที่โดดเด่น เนื่องจากรูปแบบเหล่านี้มีความแตกต่างกันในประจุและโครงสร้าง จึงสามารถแยกได้ด้วยอิเล็กโทรโฟรีซิส ซึ่งเผยให้เห็นรูปแบบที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อและระยะ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้ขั้นตอนทางเคมีเดียวกันสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการทางเมตาบอลิซึมในท้องถิ่นได้ ในขณะที่ยังคงมีเอกลักษณ์การเร่งปฏิกิริยาเดียวกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมไอโซเอนไซม์จึงยังคงได้รับหมายเลข EC ทั่วไป

Clinical relevance

เนื่องจากรูปแบบไอโซเอนไซม์แตกต่างกันไปในแต่ละเนื้อเยื่อ ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของรูปแบบเฉพาะสามารถสะท้อนถึงแหล่งกำเนิดของเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นหลักการที่รองรับการใช้รูปแบบเอนไซม์ในการแพทย์ทางห้องปฏิบัติการ บทความนี้อธิบายชีวเคมีของไอโซเอนไซม์เพื่อการอ้างอิง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตีความการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษา

History

การรับรู้ว่ากิจกรรมของเอนไซม์หนึ่งสามารถมีอยู่ได้หลายรูปแบบที่แยกกันได้เกิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1950 เมื่อ Markert และ Moller (1959) อธิบายรูปแบบที่หลากหลายที่จำเพาะต่อเนื้อเยื่อ พัฒนาการ และชนิด และได้นำเสนอคำว่า isozyme การทดลองแยกส่วนและรวมใหม่ของ Markert (1963) แสดงให้เห็นว่าไอโซเอนไซม์แลคเตทดีไฮโดรจีเนสสร้างขึ้นจากหน่วยย่อยที่สามารถแลกเปลี่ยนกันได้ ซึ่งให้คำอธิบายเชิงโครงสร้างสำหรับความหลากหลายของเอนไซม์ที่กลายเป็นแบบจำลองสำหรับสาขาวิชานี้

Key figures

• Clement L. Markert

Seminal works

• markert-moller-1959
• markert-1963

Frequently asked questions

หากไอโซเอนไซม์เป็นโปรตีนที่แตกต่างกัน ทำไมจึงใช้หมายเลข EC ร่วมกัน?

เนื่องจากระบบ EC จัดประเภทเอนไซม์ตามปฏิกิริยาที่เอนไซม์เร่ง และไอโซเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาเดียวกัน ความแตกต่างทางโครงสร้างของพวกมันไม่ได้เปลี่ยนเอกลักษณ์การเร่งปฏิกิริยาที่หมายเลข EC บันทึกไว้

ไอโซเอนไซม์ของเอนไซม์หนึ่งชนิดไปอยู่ในเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันได้อย่างไร?

ยีนที่แตกต่างกันหรือการรวมกันของหน่วยย่อยจะแสดงออกในเนื้อเยื่อและระยะการพัฒนาที่แตกต่างกัน ดังนั้นแต่ละเนื้อเยื่อจึงประกอบการรวมกันของไอโซเอนไซม์ที่เหมาะสมกับความต้องการทางเมตาบอลิซึมของตนเอง