Isoenzyme và các dạng đa hình

Một hoạt tính xúc tác đơn lẻ thường được thực hiện bởi một số dạng phân tử enzyme riêng biệt. Các isoenzyme này xúc tác cùng một phản ứng nhưng khác nhau về trình tự axit amin, cấu trúc hoặc thành phần tiểu đơn vị, và chúng có thể được biểu hiện khác nhau giữa các mô và giai đoạn phát triển, mang lại cho cùng một bước chuyển hóa các đặc tính được điều chỉnh cục bộ.

Definition

Isoenzyme (isozyme) là các dạng phân tử đa hình của một enzyme xúc tác cùng một phản ứng nhưng khác nhau về cấu trúc bậc một, thành phần tiểu đơn vị hoặc các tính chất vật lý, thường phát sinh từ các gen riêng biệt hoặc từ các sự kết hợp khác nhau của các tiểu đơn vị.

Scope

Mục này bao gồm isoenzyme là gì và cách chúng hình thành, họ lactate dehydrogenase như một ví dụ kinh điển, sự biểu hiện đặc hiệu theo mô và giai đoạn phát triển của các kiểu isoenzyme, và cách phát hiện các kiểu đó. Đây là một tài liệu tham khảo về tính đa dạng của enzyme và không phải là nguồn giải thích chẩn đoán hoặc hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Isoenzyme là gì và chúng khác nhau như thế nào?
• Isoenzyme hình thành như thế nào?
• Tại sao cùng một phản ứng cần các dạng đặc hiệu theo mô?
• Các kiểu isoenzyme được phát hiện và mô tả như thế nào?

Key concepts

• Các dạng phân tử đa hình của một enzyme
• Sự kết hợp tiểu đơn vị (ví dụ: LDH heterotetramer)
• Các gen riêng biệt so với các biến thể sau dịch mã
• Sự biểu hiện đặc hiệu theo mô và giai đoạn phát triển
• Sự khác biệt về động học và điều hòa giữa các isoenzyme
• Tách isoenzyme bằng điện di

Mechanisms

Isoenzyme có thể phát sinh từ các gen riêng biệt, từ quá trình xử lý thay thế, hoặc từ các sự kết hợp khác nhau của các tiểu đơn vị được lắp ráp thành enzyme hoạt động. Ví dụ điển hình là lactate dehydrogenase, dạng hoạt động của nó là một tetramer được tạo thành từ hai loại tiểu đơn vị; năm sự kết hợp có thể tạo ra năm isoenzyme với sự phân bố mô và tính chất động học đặc trưng. Vì các dạng này khác nhau về điện tích và cấu trúc, chúng có thể được tách bằng điện di, cho thấy các kiểu đặc hiệu theo mô và giai đoạn. Những khác biệt này cho phép cùng một bước hóa học được điều chỉnh theo nhu cầu trao đổi chất cục bộ trong khi vẫn chia sẻ một bản chất xúc tác, đó là lý do tại sao các isoenzyme vẫn nhận được một số EC chung.

Clinical relevance

Vì các kiểu isoenzyme khác nhau giữa các mô, sự phong phú tương đối của các dạng cụ thể có thể phản ánh nguồn gốc mô, một nguyên tắc làm cơ sở cho việc sử dụng các kiểu enzyme trong y học xét nghiệm. Mục này giải thích hóa sinh của isoenzyme để tham khảo và không phải là cơ sở để giải thích chẩn đoán hoặc quyết định điều trị.

History

Sự công nhận rằng một hoạt tính enzyme có thể tồn tại dưới nhiều dạng có thể tách rời đã được hình thành rõ ràng vào cuối những năm 1950, khi Markert và Moller (1959) mô tả các dạng đa hình đặc hiệu theo mô, phát triển và loài, và giới thiệu thuật ngữ isozyme. Các thí nghiệm phân ly và tái tổ hợp sau đó của Markert (1963) đã chỉ ra rằng các isoenzyme lactate dehydrogenase được tạo thành từ các tiểu đơn vị có thể hoán đổi cho nhau, cung cấp một lời giải thích cấu trúc cho tính đa dạng của enzyme, trở thành một mô hình cho lĩnh vực này.

Key figures

• Clement L. Markert

Seminal works

• markert-moller-1959
• markert-1963

Frequently asked questions

Nếu isoenzyme là các protein khác nhau, tại sao chúng lại có chung một số EC?

Vì hệ thống EC phân loại enzyme theo phản ứng mà chúng xúc tác, và isoenzyme xúc tác cùng một phản ứng; sự khác biệt về cấu trúc của chúng không làm thay đổi bản chất xúc tác mà số EC ghi nhận.

Làm thế nào mà các isoenzyme của một enzyme lại có mặt ở các mô khác nhau?

Các gen hoặc sự kết hợp tiểu đơn vị khác nhau được biểu hiện ở các mô và giai đoạn phát triển khác nhau, vì vậy mỗi mô lắp ráp sự kết hợp isoenzyme phù hợp với nhu cầu trao đổi chất của nó.