Isozyme oder Isoenzyme sind Enzyme, die sich in der Aminosäuresequenz unterscheiden und dennoch dieselbe Reaktion katalysieren. Normalerweise zeigen diese Enzyme unterschiedliche kinetische Parameter wie KM oder unterschiedliche regulatorische Eigenschaften. Sie werden von verschiedenen genetischen Loci kodiert, die normalerweise durch Genduplikation und -divergenz entstehen (Abschnitt 2.2.5). Isozyme unterscheiden sich von Allozymen, bei denen es sich um Enzyme handelt, die durch allelische Variation an einem Genort entstehen. Isozyme können oft durch biochemische Eigenschaften wie elektrophoretische Mobilität voneinander unterschieden werden.
Die Existenz von Isozymen ermöglicht die Feinabstimmung des Stoffwechsels, um die besonderen Bedürfnisse eines bestimmten Gewebes oder Entwicklungsstadiums zu erfüllen. Betrachten Sie das Beispiel der Lactatdehydrogenase (LDH), eines Enzyms, das im anaeroben Glukosestoffwechsel und in der Glukosesynthese wirkt. Menschen haben zwei isozymische Polypeptidketten für dieses Enzym: das H-Isozym, das im Herzen stark exprimiert wird, und das M-Isozym, das im Skelettmuskel vorkommt. Die Aminosäuresequenzen sind zu 75% identisch. Das funktionelle Enzym ist tetramer, und viele verschiedene Kombinationen der beiden Untereinheiten sind möglich. Das im Herzen vorkommende H4-Isozym hat eine höhere Affinität zu Substraten als das M4-Isozym. Die beiden Isozyme unterscheiden sich auch darin, dass hohe Pyruvatspiegel allosterisch das H4, nicht aber das M4-Isozym hemmen. Die anderen Kombinationen, wie H3M, haben Zwischeneigenschaften in Abhängigkeit von dem Verhältnis der beiden Arten von Ketten. Wir werden diese Isozyme in ihrem biologischen Kontext in Kapitel 16 betrachten.
Das M4-Isozym funktioniert in einer anaeroben Umgebung optimal, während das H4-Isozym dies in einer aeroben Umgebung tut. Tatsächlich verändern sich die Anteile dieser Isozyme im Laufe der Entwicklung des Rattenherzens, wenn das Gewebe von einer anaeroben in eine aerobe Umgebung wechselt (Abbildung 10.27A). Abbildung 10.27 B zeigt die gewebespezifischen Formen der Lactatdehydrogenase in adulten Rattengeweben. Das Auftreten einiger Isozyme im Blut weist auf Gewebeschäden hin und kann zur klinischen Diagnose verwendet werden. Zum Beispiel ist ein Anstieg der Serumspiegel von H4 im Vergleich zu H3M ein Hinweis darauf, dass ein Myokardinfarkt oder Herzinfarkt aufgetreten ist.
Abbildung 10.27
Isozyme der Lactatdehydrogenase. (A) Das LDH-Isozymprofil des Rattenherzens ändert sich im Laufe der Entwicklung. Das H-Isozym wird durch Quadrate und das M-Isozym durch Kreise dargestellt. Die negativen und positiven Zahlen bezeichnen die Tage vor und nach der Geburt, (mehr…)
