Изоферменты, или изоэнзимы, или изозимы — различные изоформы или изотипы (т.к. различаются строением первичной структуры полипептидной цепи) одного и того же фермента (т.к. катализируют одну и ту же реакцию), существующие в одном организме, 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, им противопоставляются изоформы ферментов, кодируемые разными аллелями одного гена - аллоэнзимов (аллозимов).

Множественные формы ферментов, которые образуются в результате посттрансляционных модификаций или изменяют свою конформацию и свойства при взаимодействии с различными соединениями (т. н. конформеры), к изоферментам не относятся.

Происхождение и эволюция Изоферменты, как правило, высоко гомологичны (но никогда не идентичны, даже в случае максимально подобных друг другу аллоэнзимов) по аминокислотной последовательности и/или подобны по пространственной конфигурации. Особенно консервативны в сохранении строения активные центры молекул изоферментов. Во многих случаях изоферменты имеют общего эволюционного предка, являясь биохимическим выражением генетического полиморфизма — например, образуясь в результате дупликации и дивергенции генов.

Биологическое значение 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)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.. Эти различия обусловлены эволюционной приспособленностью разных изоферментов к функционированию в различных условиях разных органов, тканей, клеток.

Распределение изоферментов в организме зависит от:

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. Различных локализации и метаболической роли изоферментов в одной и той же клетке. Пример - изоферменты изоцитратдегидрогеназы в цитозоле и митохондриях. 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. 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.

Практическое значение Выявлять изоферменты можно с помощью методов хроматографии, электрофореза и иммунохимии.

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

+Маркерные ферменты в сыворотке кровиЯ. Кольман, К.-Г. Рём. Наглядная биохимия, 7-е изд. / пер. с англ. Т. П. Мосоловой. — : Лаборатория знаний, 2021. — С. 311. — 509 с. — ISBN 978-5-00101-311-2.ФерментТканевая принадлежностьаспартаттрансаминаза (АСТ)печень (цирроз),

сердце (инфаркт)щелочная фосфатаза (ЩФ)печень, желчевыводящие пути, кости (переломы, остеомаляция)панкреатическая амилазаподжелудочная 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)

Ряд изоферментов используется для диагностики генетических аномалий и отклонений в метаболизме индивида от нормы, т.к. один изофермент (аллофермент) соответствует одному гену (аллелю), можно генотипировать организмы, определяя, вырабатывают ли они те или иные изоферменты с различными свойствами, что применимо в популяционной и медицинской генетике. Удобство генотипирования с помощью изоферментов состоит в отсутствии необходимости гибридологического анализа, что особенно важно при изучении генетики организмов с долгим ювенильным (дорепродуктивным) периодом онтогенеза.

Примеры изоферментов

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. Креатинфосфокиназа (креатинкиназа): 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. Лактатдегидрогеназа (ЛДГ): повышение в крови концентрации изоформ, характерных для сердца (ЛДГ1 = H4, ЛДГ2 = H3M) — признак инфаркта миокарда, причём по этим концентрациям можно определить время и обширность произошедшего инфаркта. Одновременное с ЛДГ повышение концентрации в крови сердечной креатинкиназы — строгое доказательство недавнего инфаркта миокарда.

См. также Изопепсины Изоформы пепсиногена

Примечания

Категория:Ферменты