【6.8.4】同工酶(Isozyme)

同工酶是指催化相同的反应但性质不同(Vmax和/或Km不同)的酶。

它们可能以不同的量出现在同一种动物不同的组织或器官,也可能出现在同一个细胞但位于不同的细胞器。例如,高等动物的乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)有M4、M3H、M2H2、MH3和H4五种形式。M4由四个M亚基组成,主要存在于骨骼肌。H4由四个H亚基组成,主要存在于心脏。再如,在真核细胞的细胞质和线粒体基质,各有一种不同的苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase)。

同工酶的差异可能是在一级结构上,由不同的基因编码或者由同一个基因编码但经过不同的转录后加工造成的,也可能是在四级结构上,比如构成LDH的两种亚基的不同组合,还可能是在翻译的后加工上。

同工酶之间在不同组织或不同亚细胞空间内的相对丰度的差别,或者一种同工酶只能在某种特定的细胞里表达,可允许细胞根据胞内特定的生理状况而对酶活性进行调节。例如,骨骼肌细胞中的M4-LDH对丙酮酸的Km比对乳酸的低,由于骨骼肌容易缺氧,因此LDH在肌肉细胞内的主要功能是促进乳酸的形成,以使糖酵解能够正常地进行;而心肌细胞是不允许缺氧的,其内的H4-LDH对乳酸的Km更低,因此心脏的LDH的主要功能是促进乳酸在心肌细胞内的分解。

此外,同工酶之间还可以在质变的调控方式上存在差异,这就进一步增加了细胞对酶活性调控的灵活性。

二、例子

2.1 乳酸脱氢酶

乳酸脱氢酶由4个亚基组成(Lactate Dehydrogenase or LDH is composed of four subunits)

  • 每个亚基可能是H型或M型(Each subunit can be either heart or muscle type)
  • 有5种不同类型的LDH:H4, H3M, H2M2, HM3和 M4(Five different isozymes of LDH exist: H4, H3M, H2M2, HM3, and M4)
  • 所有LDH都是催化乳酸和丙酮酸之间的互 变(All of the LDH isozymes catalyze the interconversion between lactate and pyruvate)

不同组织表达不同的LDH;不同的LDH,可能有不 同的动力学性质(Different tissues have different LDHs, which may have different kinetic properties):

  • 不同组织表达的LDH的类型和水平不同(Different tissues have different levels of each of the LDH isozymes).
  • 不同的LDH在Vmax和/或Km上不同(Different isozymes may differ in their Vmax and/or Km)
  • 在心肌梗塞期间,心脏内皮细胞受损,会释放内容物到血液中,从 而增加血液中主要在心脏内表达的H4和H3M的水平,因而可以此作 为早期心肌梗塞诊断的工具

参考资料

  • 南京大学 杨荣武老师 《结构生物学》课件
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