Isozyme - Isozyme
In biokemia , isotsyymien (tunnetaan myös isoentsyymien tai yleisemmin useita muotoja entsyymejä ) ovat entsyymejä, jotka eroavat aminohapposekvenssiltään mutta katalysoivat sama kemiallinen reaktio. Isotsyymien on yleensä eri kineettiset parametrit (esimerkiksi eri K M -arvot), tai niitä säädellään eri tavalla. Ne mahdollistavat aineenvaihdunnan hienosäädön vastaamaan tietyn kudoksen tai kehitysvaiheen erityistarpeita.
Monissa tapauksissa isotsyymit koodataan homologisilla geeneillä, jotka ovat eronneet ajan myötä. Tarkkaan ottaen entsyymit, joilla on eri aminohapposekvenssit ja jotka katalysoivat samaa reaktiota, ovat isotsyymejä, jos ne ovat koodaavia eri geeneillä, tai alloentsyymejä, jos ne ovat koodaamia saman geenin eri alleeleilla ; näitä kahta termiä käytetään usein keskenään.
Johdanto
Isolyymejä kuvasivat ensimmäisenä RL Hunter ja Clement Markert (1957), jotka määritelivät ne saman entsyymin eri muunnelmina, joilla on samat toiminnot ja jotka ovat läsnä samassa yksilössä . Tämä määritelmä kattaa (1) entsyymivariantit, jotka ovat eri geenien tuote ja edustavat siten eri paikkoja (kuvattu isotsyymeinä ) ja (2) entsyymit, jotka ovat saman geenin eri alleelien tuote (kuvattu alloentsyymeinä ).
Isoentsyymit ovat yleensä seurausta geenien päällekkäisyydestä , mutta ne voivat syntyä myös polyploidisaatiosta tai nukleiinihappohybridisaatiosta . Jos kehitysvaiheen aikana uuden muunnelman toiminta pysyy identtisenä alkuperäisen kanssa, on todennäköistä, että yksi tai toinen häviää mutaatioiden kertyessä, mikä johtaa pseudogeeniin . Kuitenkin, jos mutaatiot eivät välittömästi estä entsyymiä toimimasta, vaan sen sijaan muuttavat joko sen toimintoa tai ilmentymismallia , niin molemmat vaihtoehdot voivat molemmat olla luonnonvalinnan suosimia ja ne voivat erikoistua eri toimintoihin. Ne voivat esimerkiksi ilmentyä eri kehitysvaiheissa tai eri kudoksissa.
Allotsyymit voivat johtua pistemutaatioista tai insertio-deleetiotapahtumista ( indel ), jotka vaikuttavat geenin koodaussekvenssiin. Kuten kaikkien muiden uusien mutaatioiden kohdalla, uudelle alloentsyymille voi tapahtua kolme asiaa:
- On todennäköistä, että uusi alleeli on toimimaton-tällöin se todennäköisesti johtaa heikkoon kuntoon ja poistuu populaatiosta luonnollisen valinnan avulla .
- Vaihtoehtoisesti, jos muutettu aminohappotähde on suhteellisen merkityksetön osa entsyymiä (esim. Kaukana aktiivisesta kohdasta ), mutaatio voi olla selektiivisesti neutraali ja altis geneettiselle ajautumiselle .
- Harvinaisissa tapauksissa mutaatio voi johtaa tehokkaampaan entsyymiin tai katalysoimaan hieman erilaista kemiallista reaktiota , jolloin mutaatio voi lisätä kuntoa ja olla luonnonvalinnan suosima.
Esimerkkejä
Esimerkki isotsyymistä on glukokinaasi , heksokinaasin variantti, jota glukoosi-6-fosfaatti ei estä . Sen eri sääntely ominaisuudet ja pienempi affiniteetti glukoosi (verrattuna muihin heksokinaasia), jotta se voisi palvella eri toimintoja tiettyjen elimien soluihin, kuten valvonta insuliinin vapautumisen beetasolujen ja haiman , tai aloittamista glykogeenin synteesin maksan solut . Molempien prosessien tulee tapahtua vain, kun glukoosia on runsaasti.
1.) Laktaattidehydrogenaasientsyymi on tetrameeri, joka koostuu kahdesta eri alayksiköstä, H-muoto ja M-muoto. Nämä yhdistyvät eri yhdistelmissä kudoksesta riippuen:
Tyyppi | Sävellys | Sijainti | Elektroforeettinen liikkuvuus | Onko tuhonnut
Lämpö (60 ° C) |
Prosenttiosuus normaalista
seerumi ihmisillä |
---|---|---|---|---|---|
LDH 1 | HHHH | Sydän ja punasolut | Nopein | Ei | 25% |
LDH 2 | HHHM | Sydän ja punasolut | Nopeampi | Ei | 35% |
LDH 3 | HHMM | Aivot ja munuaiset | Nopeasti | Osittain | 27% |
LDH 4 | HMMM | Luusto ja lihakset | Hidas | Joo | 8% |
LDH 5 | MMMM | Luusto ja lihakset | Hitain | Joo | 5% |
2.) Kreatiinifosfokinaasin isoentsyymit: Kreatiinikinaasi (CK) tai kreatiinifosfokinaasi (CPK) katalysoi fosfokreatiinin muuttumista kreatiiniksi.
CPK esiintyy 3 isoentsyymissä. Kukin isoentsyymi on kahden alayksikön M (lihas), B (aivot) tai molempien dimeeri
Isoentsyymi | Alayksikkö | Alkuperäinen kudos |
---|---|---|
CPK 1 | BB | Aivot |
CPK 2 | MB | Sydän |
CPK 3 | MM | Luurankolihas |
3.) Alkalisen fosfataasin isoentsyymit: Kuusi isoentsyymiä on tunnistettu. Entsyymi on monomeeri, isoentsyymit johtuvat hiilihydraattipitoisuuden eroista (siaalihappotähteet). Tärkeimmät ALP -isoentsyymit ovat α 1 -ALP, α 2 -lämmössä labiili ALP, α 2 -lämpöstabiili ALP, pre -β ALP ja γ -ALP. Kasvu α 2 -HEAT labiili ALP viittaa hepatiitti kun taas esi-β ALP osoittaa luusairauksia.
Isotsyymien erottaminen
Isoentsyymit (ja alloentsyymit) ovat saman entsyymin muunnelmia. Ellei ne ole identtisiä biokemiallisissa ominaisuuksissaan, esimerkiksi substraateissaan ja entsyymien kinetiikassaan , ne voidaan erottaa biokemiallisella määrityksellä . Tällaiset erot ovat kuitenkin yleensä hienovaraisia, erityisesti alloentsyymien välillä, jotka ovat usein neutraaleja variantteja . Tämä hienovaraisuus on odotettavissa, koska kaksi entsyymiä, jotka eroavat toisistaan merkittävästi, eivät todennäköisesti ole tunnistettu isotsyymeiksi .
Vaikka isotsyymit voivat olla toiminnaltaan lähes identtisiä, ne voivat vaihdella muilla tavoin. Erityisesti aminohapposubstituutiot, jotka muuttavat entsyymin sähkövarausta , on helppo tunnistaa geelelektroforeesilla , ja tämä muodostaa perustan isotsyymien käytölle molekyylimarkkereina . Isotsyymien tunnistamiseksi raakaproteiiniuute valmistetaan jauhamalla eläin- tai kasvikudos uuttopuskurilla ja uutteen komponentit erotetaan varauksensa mukaan geelelektroforeesilla. Historiallisesti tämä on yleensä tehty perunatärkkelyksestä valmistetuilla geeleillä , mutta akryyliamidigeelit tarjoavat paremman resoluution.
Kaikki kudoksen proteiinit ovat läsnä geelissä, joten yksittäiset entsyymit on tunnistettava käyttämällä määritystä, joka yhdistää niiden toiminnan värjäysreaktioon. Esimerkiksi, havaitseminen voi perustua paikallinen saostuminen liukenevien indikaattorin väriaineita , kuten tetratsoliumsuolat joka tulee liukenematon kun ne vähennetään mukaan kofaktoreita , kuten NAD tai NADP , joka syntyy alueilla entsyymiaktiivisuutta. Tämä määritysmenetelmä edellyttää, että entsyymit ovat edelleen toiminnassa erottamisen jälkeen ( natiivigeelielektroforeesi ), ja se tarjoaa suurimman haasteen isotsyymien käyttämiselle laboratoriotekniikkana.
Isoentsyymien eroavat kinetiikka (niillä on eri K M ja V max -arvot).
Isotsyymit ja alloentsyymit molekyylimarkkereina
Väestögenetiikka on pääasiassa tutkimus geneettisen vaihtelun syistä ja vaikutuksista populaatioiden sisällä ja välillä, ja aiemmin isotsyymit ovat olleet tähän mennessä yleisimmin käytettyjä molekyylimarkkereita . Vaikka ne on nyt suurelta osin korvattu informatiivisemmilla DNA -pohjaisilla lähestymistavoilla (kuten suora DNA -sekvensointi , yksittäisten nukleotidien polymorfismit ja mikrosatelliitit ), ne ovat edelleen nopeimpia ja halvimpia kehitettäviä merkkijärjestelmiä, ja ne pysyvät (vuodesta 2005) erinomaisina valinta hankkeille, joiden tarvitsee tunnistaa vain vähäinen geneettinen vaihtelu, esim. parittelujärjestelmien kvantifiointi .
Muita merkittäviä esimerkkejä
- P450 -isotsyymien tärkeitä rooleja aineenvaihdunnassa ja steroidogeneesin .
- Fosfodiesteraasin monilla muodoilla on myös tärkeä rooli erilaisissa biologisissa prosesseissa. Vaikka yksittäisistä soluista on löydetty useampi kuin yksi näiden entsyymien muoto, nämä entsyymin isomuodot ovat jakautuneet epätasaisesti organismin eri soluihin. Kliinisestä näkökulmasta niiden on havaittu aktivoivan ja estävän selektiivisesti, mikä on johtanut niiden käyttöön terapiassa.
Viitteet
- Hunter, RL; Merkert, CL (1957). "Vyöhyke -elektroforeesilla erotettujen entsyymien histokemiallinen esittely tärkkelysgeeleissä". Tiede . 125 (3261): 1294–1295. doi : 10.1126/science.125.3261.1294-a . PMID 13432800 .
- Weiss, B .; Hait, WN (1977). "Selektiiviset sykliset nukleotidifosfodiesteraasin estäjät mahdollisina terapeuttisina aineina". Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol . 17 : 441–477. doi : 10.1146/annurev.pa.17.040177.002301 . PMID 17360 .
- Wendel, JF ja NF Weeden. 1990. "Kasvien isotsyymien visualisointi ja tulkinta." s. 5–45 julkaisussa DE Soltis ja PS Soltis , toim. Isotsyymit kasvibiologiassa. Chapman ja Hall, Lontoo.
- Weeden, NF ja JF Wendel. 1990. "Kasvien isotsyymien genetiikka". s. 46–72 julkaisussa DE Soltis ja PS Soltis , toim. Isotsyymit kasvibiologiassa. Chapman ja Hall, Lontoo
- Crawford, DJ. 1989. "Entsyymielektroforeesi ja kasvien systematiikka". s. 146–164 julkaisussa DE Soltis ja PS Soltis , toim. Isotsyymit kasvibiologiassa. Dioscorides, Portland, Oregon.
- Hamrick, JL ja MJW Godt. 1990. "Allotsyymien monimuotoisuus kasvilajeissa". s. 43–63 julkaisussa AHD Brown, MT Clegg, AL Kahler ja BS Weir, toim. Kasvipopulaation genetiikka, jalostus ja geneettiset resurssit. Sinauer, Sunderland
- Biokemia, kirjoittanut jeremy M.Berg, John L.Tymoczko, Lubert Stryer (Intro otettu tästä oppikirjasta)
- Erityinen
- ^ Markert, Clement L .; Moller, Freddy (1959). "Useita entsyymimuotoja: kudos-, ontogeeniset ja lajikohtaiset mallit" . Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian julkaisut . 45 (5): 753-763. doi : 10.1073/pnas.45.5.753 . PMC 222630 . PMID 16590440 .
- ^ Kearney (2014). Fundamental Genetics (3. painos). McNaughton Publishing. s. 413–414.
- ^ Gerald, Gerald (2015). Biologian kirja: elämän alkuperästä epigenetiikkaan, 250 virstanpylvästä biologian historiassa . Sterling. s. 79.
- ^ Huang, Le (2009). Genomi . Grady-McPherson. s. 299.
- ^ Alberts (2017). Solun molekyylibiologia (6. painos). Garland Science. s. 649.
- ^ a b Walstrom, Ford; et ai. (2014). "Genetiikan ja luonnonvalinnan mallit: nykyinen biomolekulaarinen ymmärrys". Biomolekulaarinen ekologia . 70 (2): 1021–1034.
- ^ a b c d Satyanarayana, U. (2002). Biokemia (2. painos). Kolkata, Intia: Kirjat ja liittolaiset. ISBN 8187134801. OCLC 71209231 .
Ulkoiset linkit
- Allozyme -elektroforeesitekniikat - täydellinen opas tärkkelysgeelielektroforeesiin
- Uusien isotsyymispesifisten lääkkeiden - rasvahappo -dioksigenaasien ja eikosanoidihormonien - kehittäminen (Viro)