Kas ir izoenzīms?

Organismam evolucionējot, reizēm notiek gēnu dublēšanās. Tas varētu būt homologas rekombinācijas vai gēnu remonta rezultāts. Ja dabiskā atlase dod priekšroku ģenētiskā materiāla dublikātam, piemēram, gadījumos, kad viens un tas pats gēns ir noderīgs dažādiem procesiem, tiek saglabāts dublikāts kods un veidojas izoenzīmi.

Izoenzīmi ir noderīgi bioķīmiskie marķieri, un tos var izmērīt asinsritē, lai diagnosticētu veselības stāvokli. Sārmainās fosfatāze (ALP) un laktāta dehidrogenāze (LDH) ir izoenzīmu piemēri, ko parasti izmanto šim nolūkam.

LDH ir būtisks anaerobajai elpošanai. Kad skābekļa līmenis ir zems, LDH pārvērš piruvātu laktātā, nodrošinot muskuļu enerģijas avotu. Šis enzīms cilvēka organismā pastāv piecās izoenzīmu šķirnēs, ar numuru LDH-1 līdz LDH-5, un to var atrast dažādos audos, tostarp sirdī, aknās un plaušās.

Paaugstināts specifisku LDH izoenzīmu līmenis var liecināt par audu bojājumiem. Piemēram, pēc sirdslēkmes LDH-1 līmenis serumā ir augstāks nekā LDH-2, jo bojātie sirds audi, kas ir bagāti ar LDH-1, izdala šo izoenzīmu asinsritē. Augsts LDH-5 līmenis galvenokārt tiek konstatēts audzējos un var norādīt uz vēža klātbūtni.

ALP ir enzīms, kas atdala fosfātu grupas no molekulām organismā un ir svarīgs pareizai aknu, zarnu un placentas darbībai. Neparasti augsts vai zems ALP līmenis var norādīt uz dažādiem stāvokļiem, tostarp aknu slimībām, kaulu slimībām un grūtniecību. ALP izoenzīms ir iesaistīts arī kaulu augšanā, un augsts šī izoenzīma līmenis var liecināt par jaunu kaulu veidošanos.

Izoenzīmus var atšķirt vienu no otra, izmantojot gēla elektroforēzi. Gēla elektroforēzē izoenzīmu fragmentus izvelk cauri biezam gēlam ar elektrisko lādiņu. Katram izoenzīmam ir atšķirīgs lādiņš tā unikālās aminoskābju secības dēļ. Tas ļauj ar gēla elektroforēzi atdalīt fragmentus joslās identifikācijai.

Izoenzīmi kā molekulārie marķieri ir noderīgi populācijas ģenētikā. Izoenzīmu pētījumi tiek veikti populācijas līmenī, lai analizētu ģenētiskās variācijas un gēnu plūsmu. Izoenzīmu klātbūtni var analizēt jaunu fenotipu vai fizioloģisko variāciju gadījumos sugās.