Gli isoenzimi sono enzimi che catalizzano reazioni chimiche identiche ma sono composti da diverse sequenze di amminoacidi. A volte sono indicati come isoenzimi. Gli isoenzimi sono prodotti da geni diversi e non sono ridondanti nonostante le loro funzioni simili. Si verificano in molti tessuti in tutto il corpo e sono importanti per diversi processi di sviluppo e metabolici.
Quando un organismo si evolve, occasionalmente si verifica la duplicazione genica. Questo potrebbe essere il risultato di ricombinazione omologa o riparazione genica. Quando la selezione naturale favorisce il materiale genetico duplicato, come nei casi in cui lo stesso gene è utile per processi diversi, il codice duplicato viene mantenuto e si formano gli isoenzimi.
Gli isoenzimi sono utili marcatori biochimici e possono essere misurati nel flusso sanguigno per diagnosticare condizioni mediche. La fosfatasi alcalina (ALP) e la lattato deidrogenasi (LDH) sono esempi di isoenzimi comunemente usati per questo scopo.
LDH è essenziale per la respirazione anaerobica. Quando i livelli di ossigeno sono bassi, l’LDH converte il piruvato in lattato, fornendo una fonte di energia muscolare. Questo enzima esiste in cinque varietà di isoenzimi nel corpo umano, numerate da LDH-1 a LDH-5, e può essere trovato in vari tessuti, inclusi cuore, fegato e polmoni.
Livelli elevati di isoenzimi LDH specifici possono indicare danni ai tessuti. Ad esempio, dopo un attacco di cuore, il livello sierico di LDH-1 è superiore a quello di LDH-2 perché il tessuto cardiaco danneggiato, che è ricco di LDH-1, rilascia quell’isoenzima nel flusso sanguigno. Alti livelli di LDH-5 si trovano principalmente nei tumori e possono indicare la presenza di cancro.
L’ALP è un enzima che rimuove i gruppi fosfato dalle molecole del corpo ed è importante per il corretto funzionamento del fegato, dell’intestino e della placenta. Livelli anormalmente alti o bassi di ALP possono indicare una varietà di condizioni, tra cui malattie del fegato, malattie delle ossa e gravidanza. Un isoenzima ALP è anche coinvolto nella crescita ossea e alti livelli di questo isoenzima possono indicare la nuova formazione ossea.
Gli isoenzimi possono essere differenziati l’uno dall’altro mediante elettroforesi su gel. Nell’elettroforesi su gel, i frammenti di isoenzima vengono trascinati attraverso un gel denso da una carica elettrica. Ogni isoenzima ha una propria carica distinta a causa della sua sequenza amminoacidica unica. Ciò consente all’elettroforesi su gel di separare i frammenti in bande per l’identificazione.
Come marcatori molecolari, gli isoenzimi sono utili nella genetica delle popolazioni. Gli studi sugli isoenzimi sono condotti a livello di popolazione per analizzare la variazione genetica e il flusso genico. La presenza di isoenzimi può essere analizzata in caso di nuovi fenotipi, o variazioni fisiologiche, all’interno delle specie.