Изоферменты

Изоферменты, или изоэнзимы, или изозимы — различные изоформы или изотипы (т.к. различаются строением) одного и того же фермента (т.к. катализируют одну и ту же реакцию), существующие в одном организме[1][2][3][4], но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах.

Частное определение изоферментов - кодирующиеся разными генами различные изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме,[1][3] им противопоставляются изоформы ферментов, кодируемые разными аллелями одного гена - аллоэнзимов (аллозимов).

Изоферменты, как правило, высоко гомологичны по аминокислотной последовательности и/или подобны по пространственной конфигурации. Особенно консервативны в сохранении строения активные центры молекул изоферментов.

Биологическое значение

править

Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции, по используемому кофактору (НАДН или НАДФН для дегидрогеназ), по распределению в клетке (водорастворимые или связанные с мембраной)[4]. Эти различия обусловлены эволюционной приспособленностью разных изоферментов к функционированию в различных условиях разных органов,[2] тканей, клеток.

Распределение изоферментов в организме зависит от:

  1. Различной организации метаболизма в разных органах. Изоферменты гликогенфосфорилазы  в скелетных мышцах и печени имеют разные особенности регуляции, что отражает разную роль расщепления гликогена в этих двух тканях.
  2. Различных локализации и метаболической роли изоферментов в одной и той же клетке. Пример - изоферменты изоцитратдегидрогеназы в цитозоле и митохондриях.
  3. Различных стадий развития в эмбриональных или фетальных тканях и в тканях взрослого человека. Например, печень плода имеет характерное изозимное распределение лактатдегидрогеназы, которое меняется по мере развития органа во взрослую форму. Некоторые ферменты катаболизма глюкозы в злокачественных (раковых) клетках встречаются в виде своих фетальных, а не взрослых изоферментов.
  4. Различной реакции изоферментов на аллостерические модуляторы. Это различие полезно для тонкой настройки скорости метаболизма. Гексокиназа IV (глюкокиназа) из печени и изоферменты гексокиназы других тканей различаются по чувствительности к ингибированию глюкозо-6-фосфатом.[5]

Примеры

править

Примером фермента, имеющего изоферменты, является гексокиназа, имеющая четыре изотипа, обозначаемых римскими цифрами от I до IV. При этом один из изотипов гексокиназы, а именно гексокиназа IV, экспрессируется почти исключительно в печени и обладает особыми физиологическими свойствами, в частности её активность не угнетается продуктом её реакции глюкозо-6-фосфатом.

Ещё одним примером фермента, имеющего изоферменты, является амилаза — панкреатическая амилаза отличается по аминокислотной последовательности и свойствам от амилазы слюнных желёз, кишечника и других органов. Это послужило основой для разработки и применения более надёжного метода диагностики острого панкреатита путём определения не общей амилазы плазмы крови, а именно панкреатической изоамилазы.

Третьим примером фермента, имеющего изоферменты, является креатинфосфокиназа — изотип этого фермента, экспрессируемый в сердце, отличается по аминокислотной последовательности от креатинфосфокиназы скелетных мышц. Это позволяет дифференцировать повреждения миокарда (например, при инфаркте миокарда) от других причин повышения активности КФК, определяя миокардиальный изотип КФК в крови.

Практическое значение

править

Определение внутриклеточных изоформ ферментов (в т.ч. изоферментов) в крови помогает диагностировать повреждение определённой ткани,[2] т.к. повышенное содержание этих ферментов в крови указывает на повышение проницаемости мембран клеток (из-за повреждения или даже некроза).[6]

Маркерные ферменты в сыворотке крови[7]
Фермент Тканевая принадлежность
аспартаттрансаминаза (АСТ) печень (цирроз),

сердце (инфаркт)

щелочная фосфатаза (ЩФ) печень, желчевыводящие пути, кости (переломы, остеомаляция)
панкреатическая амилаза поджелудочная железа (панкреатит)
аланинаминотрансфераза (АЛТ) печень (цирроз, жировой гепатоз)
холинэстераза (ХЭ) печень (цирроз, жировой гепатоз)
креатинкиназа (КК, изофермент КК-МВ) сердце (инфаркт)
глутаматдегидрогеназа (ГДГ) печень (некроз)
γ-глутамилтрансфераза (ГГТ) печень (токсины, гепатит),

желчевыводящие пути (холестаз)

лактатдегидрогеназа (ЛДГ) печень, мышцы, сердце (инфаркт)
панкреатическая липаза (ПЛ) поджелудочная железа (панкреатит)

См. также

править
  1. Изопепсины
  2. Изоформы пепсиногена

Примечания

править
  1. 1 2 Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера : в 3 т. Т. 2 : Биоэнергетика и метаболизм. — Лаборатория знаний, 2020. — С. 72. — 691 с. — ISBN 978-5-00101-865-0.
  2. 1 2 3 А. А. Чиркин, Е. О. Данченко. Биологическая химия : учебник. — Минск: Вышэйшая школа, 2017. — С. 48. — 431 с. — ISBN 978-985-06-2383-6.
  3. 1 2 Э. Пассарг. Наглядная генетика / пер. с англ. под ред. д-ра биол. наук Д. В. Ребрикова. — М.: Лаборатория знаний, 2020. — С. 483. — 511 с. — ISBN 978-5-00101-934-3.
  4. 1 2 David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, 8th ed. — Macmillan, W.H. Freeman, Sapling Learning, 2021. — С. 1963. — 4893 с. — ISBN 9781319322342.
  5. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, 8th ed. — Macmillan, W.H. Freeman, Sapling Learning, 2021. — С. 1964. — 4893 с. — ISBN 9781319322342.
  6. Я. Кольман, К.-Г. Рём. Наглядная биохимия, 7-е изд. / пер. с англ. Т. П. Мосоловой. — М.: Лаборатория знаний, 2021. — С. 310. — 509 с. — ISBN 978-5-00101-311-2.
  7. Я. Кольман, К.-Г. Рём. Наглядная биохимия, 7-е изд. / пер. с англ. Т. П. Мосоловой. — М.: Лаборатория знаний, 2021. — С. 311. — 509 с. — ISBN 978-5-00101-311-2.