איזואנזים
איזואנזימים (ידועים גם כאיזוזימים) הם אנזימים אשר שונים בהרכב סדרת חומצות האמיניות שלהם אך מזרזים אותה תגובה כימית. לאנזימים אלה תכונות קינטיות שונות או שהם מבוקרים באופן שונה. גם ביטוי איזואנזימים יכול להיות שונה בין איבר לאיבר וכן להשתנות במהלך ההתפתחות.
הקיום של איזואנזימים מאפשר ויסות עדין של המטבוליזם והתאמתו לצרכים הספציפיים של רִקְמָה מסוימת או שלב התפתחותי. במקרים רבים האיזואנזימים מקודדים על ידי שכפול גן לגנים זהים, אשר השתנו במשך הזמן. אף על פי שאלואנזימים הם אנזימים מאללים שונים של אותו גן אשר מעבדים או מזרזים את אותו התהליך, משתמשים בשני מושגים אלה לחלופין.
הקדמה
עריכהאיזואנזימים תוארו לראשונה על ידי ר.ל. הנטר וקלמנט מרקרט (1957) אשר הגדירו אותם כגרסאות שונות של אותו אנזים בעלי פונקציות זהות ונמצאים באותו פרט. הגדרה זו כוללת (1) גרסאות של אנזימים שהם תוצר של גנים שונים ולכן הם מייצגים איזואנזימים שונים ו-(2) אנזימים שהם תוצר של אָלֶלים שונים של אותו גן (המתוארים כאלואנזים).
איזואנזימים הם בדרך כלל תוצאה של שכפול גנטי אך יכולים להיות גם תוצאה של פוליפלוידיזציה או הַכְלָאָה של חומצה גרעינית. על פני הזמן, אם התפקוד של הגרסה החדשה נשאר זהה לתפקוד המקור אז תהיה סבירות גבוהה שככל שצוברים יותר מוטציות, אחת מן הגרסאות תיעלם ותהפוך לפסאודוגן לא פעיל. ובכל זאת, אם המוטציות לא מונעות באופן מיידי את תפקוד האנזים אלא משנות את אופן תפקודו או תבנית הביטוי הגנטי אזי שתי הגרסאות יועדפו בברירה טבעית ולכל אחת יהיה תפקוד ייחודי. כאמור, הם יכולים להתבטא בשלבים שונים של ההתפתחות או ברקמות שונות.
דוגמאות
עריכה- האנזים לקטט דהידרוגנאז מכיל מספר איזואנזימים, השונים בביטויים בשלבי התפתחות שונים וברקמות שונות.
- גלוקוקינאז הוא איזואנזים של הקסוקינאז. בעוד הקסוקינאז מבוטא ברוב תאי הגוף, כגון שרירים ותאי דם אדומים, גלוקוקינאז מבוטא בעיקר בכבד. אנזימים אלה נבדלים בבקרתם: הקסוקינאז מעוכב על ידי גלוקוז-6-פוספט, בעוד גלוקוקינאז אינו מעוכב. בנוסף, גם הקינטיקה האנזימטית (לדוגמה הזיקה לגלוקוז) שונה בין האיזואנזימים. תכונות אלה מאפשרות לגלוקוקינאז למלא תפקידים שונים מאשר הקסוקינאז, בתאים של איברים ספציפיים. כגון: בקרת שחרור אינסולין על ידי תאי בטא של הלבלב, או להתחיל סינתזה של גליקוגן באמצעות תאי כבד.
הבחנה בין איזואנזימים
עריכהעל אף שאיזואנזימים יכולים להיות זהים מבחינה תפקודית הם יכולים להיות שונים במובנים אחרים.
- הרכב חומצות האמינו.
- מטען חשמלי של האנזים ונקודה איזואלקטרית (לדוגמה, בשל החלפת חומצה אספרטית עם חומצה גלוטמית). שינויים אלה פשוטים לזיהוי על ידי אלקטרופורוזה, וזה מהווה את יסוד השימוש של איזואנזימים כסמנים מולקולריים.
- הבדלים בפעילות, ובייחוד במידה ויש שוני בבקרת האנזימים.
איזואנזימים כסמנים מולקולריים
עריכהגנטיקה של אוכלוסיות היא ביסודה מחקר של הסיבות והאפקטים של שונות גנטית בתוך ובין אוכלוסיות, ובעבר האיזואנזימים היו סמנים המולקולרים שימושים למטרה זו. אף על פי שכעת הם הוחלפו במידה רבה על ידי גישות אשר מבוססות על מידע מה- DNA הם עדיין בין מערכות סימון המהירות והזולות ביותר לפיתוח, ונשארות (החל משנת 2005) בחירה מצוינת עבור פרויקטים שצריכים רק לזהות רמות נמוכות של שונות גנטית, כגון כימות מערכות זיווג.
