Was ist ein Isoenzym?
Isoenzyme sind Enzyme, die identische chemische Reaktionen katalysieren, sich jedoch aus verschiedenen Aminosäuresequenzen zusammensetzen. Sie werden manchmal als Isozyme bezeichnet. Isoenzyme werden von verschiedenen Genen produziert und sind trotz ähnlicher Funktionen nicht redundant. Sie kommen in vielen Geweben des Körpers vor und sind wichtig für unterschiedliche Entwicklungs- und Stoffwechselprozesse.
Während sich ein Organismus entwickelt, kommt es gelegentlich zu einer Genverdoppelung. Dies könnte das Ergebnis einer homologen Rekombination oder einer Genreparatur sein. Wenn die natürliche Selektion das doppelte genetische Material bevorzugt, wie in Fällen, in denen das gleiche Gen für verschiedene Prozesse nützlich ist, bleibt die doppelte Kodierung erhalten und es werden Isoenzyme gebildet.
Isoenzyme sind nützliche biochemische Marker und können im Blut gemessen werden, um medizinische Zustände zu diagnostizieren. Alkalische Phosphatase (ALP) und Lactatdehydrogenase (LDH) sind Beispiele für Isoenzyme, die üblicherweise für diesen Zweck verwendet werden.
LDH ist für die anaerobe Atmung unerlässlich. Wenn der Sauerstoffgehalt niedrig ist, wandelt LDH Pyruvat in Laktat um und liefert eine Quelle für Muskelenergie. Dieses Enzym kommt in fünf Isoenzymsorten im menschlichen Körper vor, die mit LDH-1 bis LDH-5 nummeriert sind und in verschiedenen Geweben, einschließlich Herz, Leber und Lunge, vorkommen.
Erhöhte Spiegel spezifischer LDH-Isoenzyme können auf eine Gewebeschädigung hinweisen. Beispielsweise ist der Serumspiegel von LDH-1 nach einem Herzinfarkt höher als der von LDH-2, da das beschädigte Herzgewebe, das reich an LDH-1 ist, dieses Isoenzym in den Blutkreislauf abgibt. Hohe LDH-5-Spiegel treten hauptsächlich in Tumoren auf und können auf das Vorhandensein von Krebs hinweisen.
ALP ist ein Enzym, das Phosphatgruppen von Molekülen im Körper entfernt und für die korrekte Funktion von Leber, Darm und Plazenta wichtig ist. Ungewöhnlich hohe oder niedrige ALP-Spiegel können auf eine Vielzahl von Zuständen hinweisen, einschließlich Lebererkrankungen, Knochenerkrankungen und Schwangerschaft. Ein ALP-Isoenzym ist auch am Knochenwachstum beteiligt, und hohe Anteile dieses Isoenzyms können auf eine neue Knochenbildung hinweisen.
Isoenzyme können durch Gelelektrophorese voneinander unterschieden werden. Bei der Gelelektrophorese werden Isoenzymfragmente durch eine elektrische Ladung durch ein dickes Gel gezogen. Jedes Isoenzym hat aufgrund seiner einzigartigen Aminosäuresequenz eine eigene Ladung. Dies ermöglicht es der Gelelektrophorese, die Fragmente zur Identifizierung in Banden zu trennen.
Isoenzyme sind als molekulare Marker in der Populationsgenetik nützlich. Isoenzymstudien werden auf Populationsebene durchgeführt, um die genetische Variation und den Genfluss zu analysieren. Das Vorhandensein von Isoenzymen kann bei neuen Phänotypen oder physiologischen Variationen innerhalb der Spezies analysiert werden.