Изоцим

редактировать

В биохимии, изоферменты (также известный как изоферментов или в более общем смысле, как множественные формы ферментов) являются ферменты, которые отличаются по аминокислотной последовательности, но катализируют ту же химическую реакцию. Изоферменты обычно имеют разные кинетические параметры (например, разные значения K M ) или регулируются по-разному. Они позволяют точно настроить метаболизм в соответствии с конкретными потребностями данной ткани или стадии развития.

Во многих случаях изоферменты кодируются гомологичными генами, которые со временем разошлись. Строго говоря, ферменты с разными аминокислотными последовательностями, которые катализируют одну и ту же реакцию, являются изоферментами, если они кодируются разными генами, или аллозимами, если они кодируются разными аллелями одного и того же гена ; эти два термина часто используются как синонимы.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Введение
  • 2 Примеры
  • 3 Отличительные изоферменты
  • 4 Изозимы и аллозимы как молекулярные маркеры
  • 5 Другие основные примеры
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Вступление

Изоферменты были впервые описаны Р.Л. Хантером и Клементом Маркертом (1957), которые определили их как разные варианты одного и того же фермента, имеющие идентичные функции и присутствующие у одного и того же человека. Это определение охватывает (1) варианты ферментов, которые являются продуктом разных генов и, таким образом, представляют разные локусы (описываются как изоферменты) и (2) ферменты, которые являются продуктом разных аллелей одного и того же гена (описываются как аллозимы).

Изоферменты обычно являются результатом дупликации генов, но также могут возникать в результате полиплоидизации или гибридизации нуклеиновых кислот. Если в ходе эволюции функция нового варианта останется идентичной исходной, то, вероятно, тот или другой будет утерян по мере накопления мутаций, что приведет к псевдогену. Однако, если мутации не сразу препятствуют функционированию фермента, а вместо этого изменяют либо его функцию, либо его образец экспрессии, тогда оба варианта могут быть одобрены естественным отбором и специализироваться на различных функциях. Например, они могут экспрессироваться на разных стадиях развития или в разных тканях.

Аллозимы могут быть результатом точечных мутаций или инсерций-делеций ( indel ), которые влияют на кодирующую последовательность гена. Как и в случае с любыми другими новыми мутациями, с новым аллозимом могут произойти три вещи:

Примеры

Примером изофермента является глюкокиназа, вариант гексокиназы, который не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Ее различные регулирующие функции и низкое сродство к глюкозе ( по сравнению с другими гексокиназ), позволяют ему служить различные функции в клетках специфических органов, таких, как контроль инсулина высвобождения со стороны бета - клеток этих поджелудочной железы, или инициирования гликогена синтеза по печени клеток. Оба эти процесса должны происходить только при большом количестве глюкозы.

5 изоферментов ЛДГ Различие между пятью изоферментами с помощью электрофореза

1.) Фермент лактатдегидрогеназа представляет собой тетрамер, состоящий из двух различных субъединиц, H-формы и M-формы. Они сочетаются в различных комбинациях в зависимости от ткани:

Тип Состав Место нахождения Электрофоретическая подвижность Будь уничтожен

Нагрев (при 60 ° C)

Процент нормального

сыворотка у человека

ЛДГ 1 Чччч Сердце и эритроцит Самый быстрый Нет 25%
ЛДГ 2 ЧЧЧМ Сердце и эритроцит Быстрее Нет 35%
ЛДГ 3 ЧЧММ Мозг и почки Быстро Частично 27%
ЛДГ 4 ХМ Скелетные мышцы и печень Медленный да 8%
ЛДГ 5 ММММ Скелетные мышцы и печень Самый медленный да 5%

2. Изоферменты креатинфосфокиназы: креатинкиназа (CK) или креатинфосфокиназа (CPK) катализирует взаимное превращение фосфокреатина в креатин.

КФК существует в виде 3 изоферментов. Каждый изофермент представляет собой димер из 2 субъединиц M (мышца), B (мозг) или обеих

Изофермент Подразделение Ткань происхождения
CPK 1 BB Головной мозг
CPK 2 МБ Сердце
CPK 3 ММ Скелетные мышцы

3.) Изоферменты щелочной фосфатазы: идентифицировано шесть изоферментов. Фермент является мономером, изоферменты возникают из-за различий в содержании углеводов (остатки сиаловой кислоты). Наиболее важными изоферментами ALP являются α 1 -ALP, α 2- теплолабильная ALP, α 2 -стабильная при нагревании ALP, пре-β ALP и γ-ALP. Повышение α 2- теплолабильной ЩФ указывает на гепатит, тогда как пре-β ЩФ указывает на заболевания костей.

Отличительные изоферменты

Изоферменты (и аллозимы) представляют собой варианты одного и того же фермента. Если они не идентичны по своим биохимическим свойствам, например по субстратам и кинетике ферментов, их можно отличить с помощью биохимического анализа. Однако такие различия обычно незначительны, особенно между аллозимами, которые часто являются нейтральными вариантами. Этой тонкости следовало ожидать, потому что два фермента, которые значительно различаются по своей функции, вряд ли были идентифицированы как изоферменты.

Хотя изоферменты могут быть практически идентичными по функциям, они могут отличаться по другим параметрам. В частности, аминокислотные замены, которые изменяют электрический заряд фермента, легко идентифицировать с помощью гель-электрофореза, и это формирует основу для использования изоферментов в качестве молекулярных маркеров. Чтобы идентифицировать изоферменты, неочищенный белковый экстракт получают путем измельчения тканей животных или растений с буфером для экстракции, а компоненты экстракта разделяют в соответствии с их зарядом с помощью гель-электрофореза. Исторически это обычно делалось с использованием гелей, сделанных из картофельного крахмала, но акриламидные гели обеспечивают лучшее разрешение.

Все белки ткани присутствуют в геле, поэтому отдельные ферменты необходимо идентифицировать с помощью анализа, который связывает их функцию с реакцией окрашивания. Например, обнаружение может быть основано на локализованное осаждении растворимых индикаторных красителей, такие как тетразолия соль, которые становятся нерастворимым, когда они уменьшаются с помощью кофакторов, таких как НАД или НАДФ, которые сгенерированные в зонах активности фермента. Этот метод анализа требует, чтобы ферменты оставались функциональными после разделения ( электрофорез в нативном геле ), и представляет наибольшую проблему при использовании изоферментов в качестве лабораторного метода.

Изоферменты различаются кинетикой (у них разные значения K M и V max ).

Изозимы и аллозимы как молекулярные маркеры

Популяционная генетика - это, по сути, изучение причин и следствий генетической изменчивости внутри и между популяциями, и в прошлом изоферменты были одними из наиболее широко используемых молекулярных маркеров для этой цели. Хотя в настоящее время они в значительной степени вытеснены более информативными подходами, основанными на ДНК (такими как прямое секвенирование ДНК, однонуклеотидные полиморфизмы и микросателлиты ), они по-прежнему являются одними из самых быстрых и дешевых маркерных систем для разработки и остаются (по состоянию на 2005 год) отличными. выбор для проектов, в которых необходимо только выявить низкие уровни генетической изменчивости, например, количественная оценка систем спаривания.

Другие основные примеры

  • В цитохрома Р450 изоферменты играют важную роль в обмене веществ и стероидогенеза.
  • Множественные формы фосфодиэстеразы также играют важную роль в различных биологических процессах. Хотя в отдельных клетках обнаружено более одной формы этих ферментов, эти изоформы фермента неравномерно распределены в различных клетках организма. Было обнаружено, что с клинической точки зрения они избирательно активируются и ингибируются, что привело к их использованию в терапии.

использованная литература

  • Хантер, Р.Л.; Меркерт, CL (1957). «Гистохимическая демонстрация ферментов, разделенных зонным электрофорезом в крахмальных гелях». Наука. 125 (3261): 1294–1295. DOI : 10.1126 / science.125.3261.1294-а. PMID   13432800.
  • Weiss, B.; Хаит, WN (1977). «Селективные ингибиторы циклической нуклеотидной фосфодиэстеразы как потенциальные терапевтические агенты». Анну. Rev. Pharmacol. Toxicol. 17: 441–477. DOI : 10.1146 / annurev.pa.17.040177.002301. PMID   17360.
  • Вендел, Дж. Ф. и Н. Ф. Виден. 1990. «Визуализация и интерпретация изоферментов растений». С. 5–45 в DE Soltis and PS Soltis, eds. Изоферменты в биологии растений. Чепмен и Холл, Лондон.
  • Виден, Н.Ф. и Дж. Ф. Вендел. 1990. «Генетика изоферментов растений». С. 46–72 в DE Soltis and PS Soltis, eds. Изоферменты в биологии растений. Чепмен и Холл, Лондон
  • Кроуфорд, диджей. 1989. "Ферментный электрофорез и систематика растений". стр. 146–164 в DE Soltis and PS Soltis, eds. Изоферменты в биологии растений. Диоскорид, Портленд, Орегон.
  • Хамрик, JL, и MJW Годт. 1990. "Разнообразие аллозимов в видах растений". стр. 43–63 в AHD Brown, MT Clegg, AL Kahler и BS Weir, eds. Генетика популяций растений, селекция и генетические ресурсы. Синауэр, Сандерленд
  • Биохимия Джереми М. Берг, Джон Л. Тимочко, Люберт Страйер (вступление из этого учебника)
Специфический
  1. ^ Маркерт, Клемент L.; Моллер, Фредди (1959). «Множественные формы ферментов: тканевые, онтогенетические и видоспецифические паттерны». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 45 (5): 753–763. DOI : 10.1073 / pnas.45.5.753. PMC   222630. PMID   16590440.
  2. ^ Кирни (2014). Фундаментальная генетика (3-е изд.). McNaughton Publishing. С. 413–414.
  3. ^ Джеральд, Джеральд (2015). Книга по биологии: от происхождения жизни до эпигенетики, 250 вех в истории биологии. Стерлинг. п. 79.
  4. Перейти ↑ Huang, Le (2009). Геном. Грейди-Макферсон. п. 299.
  5. ^ Альбертс (2017). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Наука о гирляндах. п. 649.
  6. ^ а б Уолстром, Форд; и другие. (2014). «Модели генетики и естественного отбора: современное понимание биомолекул». Биомолекулярная экология. 70 (2): 1021–1034.
  7. ^ а б в г Сатьянараяна, У. (2002). Биохимия (2-е изд.). Калькутта, Индия: Книги и союзники. ISBN   8187134801. OCLC   71209231.

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-03-31 01:30:48
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте