Isoenzyme sind Enzyme, die identische chemische Reaktionen katalysieren, aber aus unterschiedlichen Aminosäuresequenzen bestehen. Sie werden manchmal als Isozyme bezeichnet. Isoenzyme werden von unterschiedlichen Genen produziert und sind trotz ähnlicher Funktionen nicht redundant. Sie kommen in vielen Geweben des Körpers vor und sind für verschiedene Entwicklungs- und Stoffwechselprozesse wichtig.
Wenn sich ein Organismus entwickelt, kommt es gelegentlich zu Genduplikationen. Dies könnte das Ergebnis einer homologen Rekombination oder einer Genreparatur sein. Wenn die natürliche Selektion das doppelte genetische Material begünstigt, wie in Fällen, in denen dasselbe Gen für verschiedene Prozesse nützlich ist, wird die doppelte Codierung beibehalten und es werden Isoenzyme gebildet.
Isoenzyme sind nützliche biochemische Marker und können im Blutkreislauf gemessen werden, um medizinische Zustände zu diagnostizieren. Alkalische Phosphatase (ALP) und Laktatdehydrogenase (LDH) sind Beispiele für Isoenzyme, die häufig für diesen Zweck verwendet werden.
LDH ist essentiell für die anaerobe Atmung. Wenn der Sauerstoffgehalt niedrig ist, wandelt LDH Pyruvat in Laktat um und liefert so eine Quelle für Muskelenergie. Dieses Enzym kommt im menschlichen Körper in fünf Isoenzym-Varianten vor, die von LDH-1 bis LDH-5 nummeriert sind, und kann in verschiedenen Geweben, einschließlich Herz, Leber und Lunge, gefunden werden.
Erhöhte Konzentrationen spezifischer LDH-Isoenzyme können auf Gewebeschäden hinweisen. Beispielsweise ist nach einem Herzinfarkt der Serumspiegel von LDH-1 höher als der von LDH-2, weil das geschädigte Herzgewebe, das reich an LDH-1 ist, dieses Isoenzym in den Blutkreislauf freisetzt. Hohe LDH-5-Spiegel werden hauptsächlich in Tumoren gefunden und können auf das Vorhandensein von Krebs hinweisen.
ALP ist ein Enzym, das Phosphatgruppen aus Molekülen im Körper entfernt und für die korrekte Funktion von Leber, Darm und Plazenta wichtig ist. Abnormal hohe oder niedrige ALP-Spiegel können auf eine Vielzahl von Erkrankungen hinweisen, einschließlich Lebererkrankungen, Knochenerkrankungen und Schwangerschaft. Ein ALP-Isoenzym ist auch am Knochenwachstum beteiligt, und hohe Konzentrationen dieses Isoenzyms können auf eine neue Knochenbildung hinweisen.
Isoenzyme können mittels Gelelektrophorese voneinander unterschieden werden. Bei der Gelelektrophorese werden Isoenzymfragmente durch eine elektrische Ladung durch ein dickes Gel gezogen. Jedes Isoenzym hat aufgrund seiner einzigartigen Aminosäuresequenz eine eigene Ladung. Dies ermöglicht es der Gelelektrophorese, die Fragmente zur Identifizierung in Banden aufzutrennen.
Als molekulare Marker sind Isoenzyme in der Populationsgenetik nützlich. Isoenzymstudien werden auf Populationsebene durchgeführt, um genetische Variation und Genfluss zu analysieren. Das Vorhandensein von Isoenzymen kann bei neuen Phänotypen oder physiologischen Variationen innerhalb einer Spezies analysiert werden.