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2024-09-10T21:08:41Z

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Als '''Isoenzyme''', auch '''Isozyme''', bezeichnet man verschiedene Formen von [[Enzym]]en, wenn sie die gleiche [[chemische Reaktion]] [[katalysieren]]. Die einzelnen Formen gleichen sich in der Spezifität für das umgesetzte [[Substrat (Biochemie)|Substrat]], unterscheiden sich jedoch in ihrem Aufbau, bei Proteinen in der [[Aminosäurensequenz]].

Isoenzyme sind funktionell einander entsprechende Enzyme, die bei verschiedenen Individuen, in verschiedenen Organen eines Individuums, in verschiedenen [[Organell]]en einer Zelle oder auch im gleichen [[Zellkompartiment]] ähnliche oder gleiche Aufgaben erfüllen. Ihre oft geringen strukturellen Unterschiede sind genetisch determiniert und liegen in der [[Primärstruktur]], bei [[oligomer]]en Isoenzymen in der Zusammensetzung ihrer Untereinheiten.

Häufig unterscheiden sich Isoenzyme in ihren [[Isoelektrischer Punkt|isoelektrischen Punkten]] und lassen sich [[Elektrophorese|elektrophoretisch]] trennen. Mit den Methoden der [[Enzymkinetik]] werden ihre katalytischen Eigenschaften näher untersucht sowie nach [[PH-Wert|pH-Optimum]] und Temperatur-Optimum charakterisiert. Denn verschiedene Enzyme für dieselbe Reaktion können unterschiedliche [[Kinetik (Chemie)|kinetische]] [[Zustandsgröße|Parameter]] ([[Affinität (Biochemie)|Affinität]], [[Wechselzahl]]) aufweisen unter gleichen Bedingungen, und ihre optimale Aktivität jeweils unter verschiedenen zellulären Bedingungen entfalten. Darüber hinaus können Isoenzyme unterschiedlich auf regulatorische Signale ([[Inhibitor]]en, [[Aktivator (Biochemie)|Aktivatoren]]) ansprechen. In einem Organismus zeigen sich daher meist auch je nach seiner Entwicklungsphase unterschiedliche Verteilungsmuster von Isoenzymen.

Das Vorkommen von Isoenzymen weist somit hin auf
* eine feinere Steuerung von Stoffwechselreaktionen,
* unterschiedliche Stoffwechselmuster in verschiedenen Organen,
* unterschiedliche Lokalisation und Rolle eines Enzyms im [[Stoffwechsel]] innerhalb eines Zelltyps.

== Beispiele ==
Nicht selten existieren in der Population einer Art mehrere Varianten eines [[Gen]]s, das für ein bestimmtes Enzym [[Genetischer Code|codiert]]. Liegen am gleichen Genort bei verschiedenen Individuen unterschiedliche [[Allel]]e vor, sind deren Genprodukte verschieden; derartige Isoenzyme werden auch ''Allelozyme'' genannt. Beim Menschen sind beispielsweise für das Enzym

* [[Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase]] (G6PD) über sechzig natürliche Varianten bekannt, die auf genetische Variation am gleichen [[Genlocus]] (auf Chromosom X) zurückzuführen sind, bei denen infolge eines einzelnen [[Einzelnukleotid-Polymorphismus|Nukleotidaustausches]] in der codierenden [[Basensequenz]] der DNA ein Protein gebildet wird, dessen Abfolge von über fünfhundert Aminosäuren in nur einer Position der Aminosäurensequenz verändert ist.<ref name="uniProtP11413">{{UniProt|P11413|titel=G6PD_HUMAN|abruf=2024-07-12}}</ref> Verglichen mit der am häufigsten vorkommenden Form (Variante B) zeigen die meisten dieser Enzymvarianten allerdings eine mehr oder weniger eingeschränkte katalytische Aktivität, sodass es an voll funktionsfähigem G6PD mangelt ([[Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase-Mangel]]), was sich unter Umständen als Krankheitsbild ausprägen kann ([[Favismus]]). Diese ([[Erbkrankheit#X-chromosomal-rezessiv|X-chromosomal-rezessiv erbliche]]) Veranlagung gilt als weltweit häufigste [[Enzymopathie]].

Davon zu unterscheiden sind verschiedene Formen eines Enzyms, die bei einem Individuum aus demselben DNA-Abschnitt eines bestimmten Genlocus gebildet werden können, indem bei der [[Transkription (Biologie)|Transkription]] unterschiedliche Bereiche in [[mRNA]] umgeschrieben werden bzw. durch [[alternatives Spleißen]] von [[Exon]]s wegfallen.
: So sind für G6PD beispielsweise mehrere [[Isoform]]en mit verschieden langen alternativen Sequenzen bekannt, bei denen unterschiedliche Exons exprimiert sind (Isoform ''kurz'' [515 [[Aminosäuren|AS]]], Isoform ''3'' [545 AS], Isoform ''lang'' [561 AS]).<ref name="uniProtP11413" /> Diese Protein-Isoformen gleicher Genvariante stellen Isoenzyme im selben Individuum dar und treten gewebespezifisch auf, wobei hier die lange Isoform in [[Lymphoblast]]en, [[Granulozyt]]en und Spermien zu finden ist.

Darüber hinaus können Isoenzyme vorkommen, wenn sich ein Enzym in seiner [[Quartärstruktur]] aus verschiedenen Protein-Untereinheiten zusammensetzt, beispielsweise ein [[heterodimer]]es oder -[[tetramer]]es ist. Dies kommt häufig vor, wenn durch frühere [[Genduplikation]] Gene an zwei oder mehr Genloci entstanden sind, die nach Mutationen nun für geringfügig unterschiedliche Proteine kodieren, welche zu einem Komplex assoziieren können.

* [[Lactatdehydrogenase]]n (LDH) treten als Tetramer auf, dessen vier Untereinheiten einander gleich sein können (homotetramer) oder nicht (heterotetramer). Das Verteilungsmuster dieser oligomeren Isoenzyme ist in den Geweben des menschlichen Organismus unterschiedlich. Im Herzmuskel findet sich vorwiegend eine aus gleichen Untereinheiten des Typs H aufgebaute LDH (LDH-1: H4), im Skelettmuskel vornehmlich eine aus Typ M (LDH-5: M4), ebenso in der Leber. Neben heterotetramerer LDH aus solchen Untereinheiten (LDH-2: H3M1; LDH-3: H2M2; LDH-4: H1M3) ist inzwischen auch LDH mit anderen Typen von Untereinheiten bekannt.
* [[Creatin-Kinase]]n (CK) bestehen als Dimer aus zwei Untereinheiten. CK-MM kommen spezifisch im [[Skelettmuskel]] vor, CK-BB im [[Gehirn]] und CK-MB im [[Herzmuskel]]. Ein erhöhter Spiegel des Isoenzyms -MB im Blut deutet auf einen [[Herzinfarkt]] hin.

In [[eukaryoten]] Zellen können auch Isoenzyme vorliegen als genetisch voneinander unabhängige Produkte von Genen, die nicht dem gleichen [[Genom]] angehören. Denn neben dem nukleären im [[Zellkern]] kann in einigen [[Organell]]en ein zusätzliches Genom vorliegen, in einem [[Mitochondrium]] ein [[Mitochondriale DNA|Chondriom]], in [[Plastid]]en ein [[Plastom]].

: Für Creatinkinase beispielsweise findet man auch das Isoenzym CK-MiMi aus Mitochondrien.
* Auch [[Malat-Dehydrogenase]] (MDH) im [[Cytosol]] unterscheidet sich von der in einem Mitochondrium, einem [[Glyoxisom]] oder einem [[Chloroplast]]; diese stellen somit ebenfalls Isoenzyme dar.

In weitem Sinn werden abhängig von der für einen Vergleich in Betracht gezogenen Gesamtheit auch die verschiedenen Formen von funktionell ähnlichen Enzymen in Organismen verschiedener [[Art (Biologie)|Arten]] bzw. [[Reich (Biologie)|Reiche]] als ''Isoenzyme'' bezeichnet,
* beispielsweise die [[Glucokinase]]n von [[Wirbeltiere]]n, oder die [[Hexokinase]]n von Lebewesen.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Enzym]]

Isoenzym - Versionsgeschichte

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