Кіріспе
Аминқышқылдарының тізбегі әр түрлі болса да, бірдей химиялық реакцияны катализдейтін ферменттер биохимияда изоферменттер (кейде сооферменттер деп те аталады, немесе жалпы түрде ферменттердің көптеген формалары) – аминқышқылдарының тізбегі әр түрлі, бірақ бірдей химиялық реакцияны катализдейтін ферменттер. Изоферменттер әдетте әртүрлі кинетикалық параметрлерге (мысалы, әртүрлі KM мәндері) ие, немесе әртүрлі реттеледі. Олар белгілі бір тіндің немесе даму кезеңінің ерекше қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін метаболизмді нақты реттеуге мүмкіндік береді. Көп жағдайда изоферменттер уақыт өте келе дивергенцияланған гомологты гендермен кодталады. Қатаң айтқанда, әртүрлі аминқышқылдарының тізбегін қамтитын ферменттер бірдей реакцияны катализдейтін болса, олар әртүрлі гендермен кодталған жағдайда изоферменттер, ал бір геннің әртүрлі аллельдерімен кодталған жағдайда аллоферменттер деп аталады; екі термин де көбінесе бір-бірін алмастырып қолданылады.
In biochemistry, isozymes (also known as isoenzymes or more generally as multiple forms of enzymes) are enzymes that differ in amino acid sequence but catalyze the same chemical reaction. Isozymes usually have different kinetic parameters (e. g. different KM values), or are regulated differently. They permit the fine tuning of metabolism to meet the particular needs of a given tissue or developmental stage. In many cases, isozymes are encoded by homologous genes that have diverged over time. Strictly speaking, enzymes with different amino acid sequences that catalyse the same reaction are isozymes if encoded by different genes, or allozymes if encoded by different alleles of the same gene; the two terms are often used interchangeably.
Кіріспе
Изоферменттер алғаш рет R. L. Hunter және Clement Markert (1957) сипаттады, олар оларды бірдей функцияларға ие және бір индивидте болатын бір ферменттің әртүрлі варианттары ретінде анықтады. Бұл анықтама (1) әртүрлі гендердің өнімі болып табылатын фермент варианттарын, яғни әртүрлі локустарды (изоферменттер деп аталады) және (2) бір геннің әртүрлі аллельдерінің өнімі болып табылатын ферменттерді (аллоферменттер деп аталады) қамтиды. Изоферменттер көбінесе геннің дупликациялануының нәтижесі болып табылады, бірақ полиплоидиядан немесе нуклеин қышқылының гибридизациясынан да пайда болуы мүмкін. Эволюциялық уақыт ішінде, егер жаңа варианттың функциясы бастапқысына сәйкес болса, онда бірі немесе екіншісі мутациялар жинақталып, псевдогенге айналуы мүмкін. Дегенмен, егер мутациялар ферменттің жұмыс істеуіне бірден кедергі келтірмей, оның функциясын немесе экспрессия үлгісін өзгертетін болса, онда екі вариант та табиғи іріктеу арқылы пайдалы болуы және әртүрлі функцияларға бейімделуі мүмкін. Мысалы, олар дамудың әртүрлі кезеңдерінде немесе әртүрлі тіндерде экспрессиялануы мүмкін. Аллоферменттер нүктелік мутациялар немесе геннің кодтау тізбегіне әсер ететін кірістіру-жою (индел) оқиғаларынан туындауы мүмкін. Кез келген жаңа мутация сияқты, жаңа аллоферментке үш нәрсе болуы мүмкін: жаңа аллельдің функционалды емес болуы мүмкін, бұл жағдайда ол төмен жарамдылыққа ие болып, табиғи іріктеу арқылы популяциядан алынады. Егер өзгертілген амин қышқылының қалдығы ферменттің маңызды емес бөлігінде (мысалы, активті орталықтан алыс) орналасса, онда мутация селективті бейтарап болуы және генетикалық дрейфке ұшырауы мүмкін. Сирек жағдайларда мутация ферменттің тиімділігін арттыруы немесе сәл өзгеше химиялық реакцияны катализдеуі мүмкін, бұл жағдайда мутация жарамдылықты арттырып, табиғи іріктеуге ұшырауы мүмкін.
It is most likely that the new allele will be non functional—in which case it will probably result in low fitness and be removed from the population by natural selection. Alternatively, if the amino acid residue that is changed is in a relatively unimportant part of the enzyme (e. g., a long way from the active site), then the mutation may be selectively neutral and subject to genetic drift. In rare cases, the mutation may result in an enzyme that is more efficient, or one that can catalyse a slightly different chemical reaction, in which case the mutation may cause an increase in fitness, and be favoured by natural selection. Type Composition LocationElectrophoretic MobilityWhether destroyed by
Heat (at 60 °C)Percentage of normal
serum in humans LDH1 HHHH Heart and ErythrocyteFastestNo25% LDH2 HHHM Heart and ErythrocyteFasterNo35% LDH3 HHMM Brain and KidneyFastPartially 27% LDH4 HMMM Skeletal Muscle and LiverSlowYes8% LDH5 MMMM Skeletal Muscle and LiverSlowestYes5%
2.) Isoenzymes of creatine phosphokinase: Creatine kinase (CK) or creatine phosphokinase (CPK) catalyses the interconversion of phospho creatine to creatine
CPK exists in 3 isoenzymes. Each isoenzymes is a dimer of 2 subunits M (muscle), B (brain) or both
+IsoenzymeSubunitTissue of OriginCPK1BBBrainCPK2MBHeart CPK3MMSkeletal muscle
3.) Isoenzymes of alkaline phosphatase: Six isoenzymes have been identified. The enzyme is a monomer, the isoenzymes are due to the differences in the carbohydrate content (sialic acid residues). The most important ALP isoenzymes are α1 ALP, α2 heat labile ALP, α2 heat stable ALP, pre β ALP and γ ALP. Increase in α2 heat labile ALP suggests hepatitis whereas pre β ALP indicates bone diseases.
Түрі Құрамы Орналасу Электрофореттік жылдамдығы Жылумен жойылуы (60 °C) Адамның қалыпты сарысуындағы пайызы LDH1 HHHH Жүрек және эритроциттер Ең жылдам Жоқ 25% LDH2 HHHM Жүрек және эритроциттер Жылдам Жоқ 35% LDH3 HHMM Ми және бүйрек Жылдам Ішінара 27% LDH4 HMMM Скелеттік бұлшық еттері және бауыр Баяу Иә 8% LDH5 MMMM Скелеттік бұлшық еттері және бауыр Ең баяу Иә 5%
It is most likely that the new allele will be non functional—in which case it will probably result in low fitness and be removed from the population by natural selection. Alternatively, if the amino acid residue that is changed is in a relatively unimportant part of the enzyme (e. g., a long way from the active site), then the mutation may be selectively neutral and subject to genetic drift. In rare cases, the mutation may result in an enzyme that is more efficient, or one that can catalyse a slightly different chemical reaction, in which case the mutation may cause an increase in fitness, and be favoured by natural selection. Type Composition LocationElectrophoretic MobilityWhether destroyed by
Heat (at 60 °C)Percentage of normal
serum in humans LDH1 HHHH Heart and ErythrocyteFastestNo25% LDH2 HHHM Heart and ErythrocyteFasterNo35% LDH3 HHMM Brain and KidneyFastPartially 27% LDH4 HMMM Skeletal Muscle and LiverSlowYes8% LDH5 MMMM Skeletal Muscle and LiverSlowestYes5%
2.) Isoenzymes of creatine phosphokinase: Creatine kinase (CK) or creatine phosphokinase (CPK) catalyses the interconversion of phospho creatine to creatine
CPK exists in 3 isoenzymes. Each isoenzymes is a dimer of 2 subunits M (muscle), B (brain) or both
+IsoenzymeSubunitTissue of OriginCPK1BBBrainCPK2MBHeart CPK3MMSkeletal muscle
3.) Isoenzymes of alkaline phosphatase: Six isoenzymes have been identified. The enzyme is a monomer, the isoenzymes are due to the differences in the carbohydrate content (sialic acid residues). The most important ALP isoenzymes are α1 ALP, α2 heat labile ALP, α2 heat stable ALP, pre β ALP and γ ALP. Increase in α2 heat labile ALP suggests hepatitis whereas pre β ALP indicates bone diseases.
2.) Креатин фосфокиназасының изоферменттері: Креатин киназасы (CK) немесе креатин фосфокиназасы (CPK) фосфокреатиннің креатинге айналуын катализдейді. CPK үш изоферменттен тұрады. Әрбір изофермент 2 М (бұлшықет), В (ми) немесе екеуінің де суббірлігінен тұратын димер болып табылады.
It is most likely that the new allele will be non functional—in which case it will probably result in low fitness and be removed from the population by natural selection. Alternatively, if the amino acid residue that is changed is in a relatively unimportant part of the enzyme (e. g., a long way from the active site), then the mutation may be selectively neutral and subject to genetic drift. In rare cases, the mutation may result in an enzyme that is more efficient, or one that can catalyse a slightly different chemical reaction, in which case the mutation may cause an increase in fitness, and be favoured by natural selection. Type Composition LocationElectrophoretic MobilityWhether destroyed by
Heat (at 60 °C)Percentage of normal
serum in humans LDH1 HHHH Heart and ErythrocyteFastestNo25% LDH2 HHHM Heart and ErythrocyteFasterNo35% LDH3 HHMM Brain and KidneyFastPartially 27% LDH4 HMMM Skeletal Muscle and LiverSlowYes8% LDH5 MMMM Skeletal Muscle and LiverSlowestYes5%
2.) Isoenzymes of creatine phosphokinase: Creatine kinase (CK) or creatine phosphokinase (CPK) catalyses the interconversion of phospho creatine to creatine
CPK exists in 3 isoenzymes. Each isoenzymes is a dimer of 2 subunits M (muscle), B (brain) or both
+IsoenzymeSubunitTissue of OriginCPK1BBBrainCPK2MBHeart CPK3MMSkeletal muscle
3.) Isoenzymes of alkaline phosphatase: Six isoenzymes have been identified. The enzyme is a monomer, the isoenzymes are due to the differences in the carbohydrate content (sialic acid residues). The most important ALP isoenzymes are α1 ALP, α2 heat labile ALP, α2 heat stable ALP, pre β ALP and γ ALP. Increase in α2 heat labile ALP suggests hepatitis whereas pre β ALP indicates bone diseases.
+Изофермент Суббірлік Тексіз тегі CPK1 BB Ми CPK2 MB Жүрек CPK3 MM Скелеттік бұлшық еттер
It is most likely that the new allele will be non functional—in which case it will probably result in low fitness and be removed from the population by natural selection. Alternatively, if the amino acid residue that is changed is in a relatively unimportant part of the enzyme (e. g., a long way from the active site), then the mutation may be selectively neutral and subject to genetic drift. In rare cases, the mutation may result in an enzyme that is more efficient, or one that can catalyse a slightly different chemical reaction, in which case the mutation may cause an increase in fitness, and be favoured by natural selection. Type Composition LocationElectrophoretic MobilityWhether destroyed by
Heat (at 60 °C)Percentage of normal
serum in humans LDH1 HHHH Heart and ErythrocyteFastestNo25% LDH2 HHHM Heart and ErythrocyteFasterNo35% LDH3 HHMM Brain and KidneyFastPartially 27% LDH4 HMMM Skeletal Muscle and LiverSlowYes8% LDH5 MMMM Skeletal Muscle and LiverSlowestYes5%
2.) Isoenzymes of creatine phosphokinase: Creatine kinase (CK) or creatine phosphokinase (CPK) catalyses the interconversion of phospho creatine to creatine
CPK exists in 3 isoenzymes. Each isoenzymes is a dimer of 2 subunits M (muscle), B (brain) or both
+IsoenzymeSubunitTissue of OriginCPK1BBBrainCPK2MBHeart CPK3MMSkeletal muscle
3.) Isoenzymes of alkaline phosphatase: Six isoenzymes have been identified. The enzyme is a monomer, the isoenzymes are due to the differences in the carbohydrate content (sialic acid residues). The most important ALP isoenzymes are α1 ALP, α2 heat labile ALP, α2 heat stable ALP, pre β ALP and γ ALP. Increase in α2 heat labile ALP suggests hepatitis whereas pre β ALP indicates bone diseases.
3.) Сілтілік фосфатазаның изоферменттері: Алты изофермент анықталды. Фермент мономер болып табылады, изоферменттер көмірсутектердің (сиало қышқылының қалдықтары) құрамындағы айырмашылықтарға байланысты. Ең маңызды АЛФ изоферменттері α1 АЛФ, α2 жылуға тұрақсыз АЛФ, α2 жылуға тұрақты АЛФ, пре β АЛФ және γ АЛФ болып табылады. α2 жылуға тұрақсыз АЛФ-тың жоғарылауы гепатитті, ал пре β АЛФ сүйек ауруларын көрсетеді.
It is most likely that the new allele will be non functional—in which case it will probably result in low fitness and be removed from the population by natural selection. Alternatively, if the amino acid residue that is changed is in a relatively unimportant part of the enzyme (e. g., a long way from the active site), then the mutation may be selectively neutral and subject to genetic drift. In rare cases, the mutation may result in an enzyme that is more efficient, or one that can catalyse a slightly different chemical reaction, in which case the mutation may cause an increase in fitness, and be favoured by natural selection. Type Composition LocationElectrophoretic MobilityWhether destroyed by
Heat (at 60 °C)Percentage of normal
serum in humans LDH1 HHHH Heart and ErythrocyteFastestNo25% LDH2 HHHM Heart and ErythrocyteFasterNo35% LDH3 HHMM Brain and KidneyFastPartially 27% LDH4 HMMM Skeletal Muscle and LiverSlowYes8% LDH5 MMMM Skeletal Muscle and LiverSlowestYes5%
2.) Isoenzymes of creatine phosphokinase: Creatine kinase (CK) or creatine phosphokinase (CPK) catalyses the interconversion of phospho creatine to creatine
CPK exists in 3 isoenzymes. Each isoenzymes is a dimer of 2 subunits M (muscle), B (brain) or both
+IsoenzymeSubunitTissue of OriginCPK1BBBrainCPK2MBHeart CPK3MMSkeletal muscle
3.) Isoenzymes of alkaline phosphatase: Six isoenzymes have been identified. The enzyme is a monomer, the isoenzymes are due to the differences in the carbohydrate content (sialic acid residues). The most important ALP isoenzymes are α1 ALP, α2 heat labile ALP, α2 heat stable ALP, pre β ALP and γ ALP. Increase in α2 heat labile ALP suggests hepatitis whereas pre β ALP indicates bone diseases.
Изоэнзимдерді ажырату
Изозимдер (және аллозимдер) – бір ферменттің варианттары. Егер олар биохимиялық қасиеттері бойынша, мысалы, субстраттары мен фермент кинетикасы тұрғысынан бірдей болмаса, оларды биохимиялық талдау арқылы ажыратуға болады. Дегенмен, мұндай айырмашылықтар көбінесе өте шағын болады, әсіресе, бейтарап варианттар саналатын аллозимдер арасында. Мұндай нәзіктік күтілуі керек, себебі функциялары жағынан күрт өзгешеленетін екі ферментті изозимдер деп анықтау қиын. Изозимдер функциясы жағынан дерлік бірдей болғанымен, басқа жағынан да ерекшеленуі мүмкін. Атап айтқанда, ферменттің электр зарядын өзгертетін аминқышқылдарының алмасуын гельдік электрофорез арқылы анықтау оңай, және бұл изозимдерді молекулалық маркерлер ретінде қолдануға негіз болады. Изозимдерді анықтау үшін жануарлар немесе өсімдіктер тіндерін экстракциялық буфермен ұнтақтау арқылы шикі ақуыз экстракты дайындалады, ал экстракттың құраушылары зарядтарына қарай гельдік электрофорезде бөлінеді. Тарихи тұрғыдан алғанда, бұл әдетте картоп крахмалынан жасалған гельдерді пайдалану арқылы жасалған, бірақ акриламид гельдері жақсырақ ажырату мүмкіндігін береді. Тіндердегі барлық ақуыздар гельде болады, сондықтан жеке ферменттерді олардың функцияларын бояу реакциясымен байланыстыратын талдау арқылы анықтау қажет. Мысалы, анықтау NAD немесе NADP сияқты кофакторлармен тотығу нәтижесінде ерімейтін тетразолий тұздары сияқты ерімейтін индикаторлық бояулардың жергілікті шөгіндісіне негізделуі мүмкін. Бұл әдіс ферменттердің бөлінгеннен кейін де активті болуын талап етеді (туған гельдік электрофорез), және изозимдерді зертханалық техника ретінде қолданудағы ең үлкен қиындықтардың бірін құрайды. Изозимдер кинетикалық тұрғыдан да ерекшеленеді (олардың KM және Vmax мәндері әртүрлі).
Молекулалық маркерлер ретінде изозимдер мен аллозимдер
Популяциялық генетика – популяциялардың ішінде және арасындағы генетикалық вариацияның себептері мен салдарына арналған зерттеу. Бұрын изоферменттер осы мақсатта ең көп қолданылатын молекулалық маркерлердің бірі болған. Қазіргі кезде олар негізінен ДНҚ-ға негізделген, көбірек ақпаратты тәсілдермен (мысалы, тікелей ДНҚ секвенирлеу, жалғыз нуклеотидтік полиморфизмдер және микросателлиттер) ығыстырылса да, олар әлі де ең жылдам және арзан маркерлік жүйелер болып табылады. 2005 жылғы мәліметтерге сәйкес, генетикалық вариацияның төмен деңгейін анықтау қажеттілік туындайтын жобалар үшін, мысалы, жұптасу жүйелерін сандық бағалау үшін олар тамаша таңдау болып қалады.
Басқа маңызды мысалдар
Цитохром P450 изоэнзимдері метаболизм және стероидтердің түзілуінде маңызды рөл атқарады. Фосфодиэстеразаның көптеген түрлері де түрлі биологиялық процестерде маңызды рөлдер атқарады. Жеке клеткаларда осы ферменттердің бірнеше түрі табылғанымен, ферменттің осы изоформалары организмнің әртүрлі клеткаларында тең емес бөліседі. Клиникалық жағынан алғанда, олардың таңдаулы түрде белсендірілуі және тежелуі анықталды, бұл оларды емдеуде қолдануға мүмкіндік берді.