17.5. Fehérje izoformák, izoenzimek

Az izoenzimek (izozimek) vagy más típusú fehérjék esetén izoformák elsődleges szekvenciájukban különböznek, de ugyanazt a reakciót katalizálják, illetve ugyanazzal a funkcióval rendelkeznek. Mi lehet a szerepük? Az izoenzimek vagy izozimek gyakran különböző kinetikai paraméterekkel rendelkeznek (lásd alább az LDH esetét). Az izozimek kissé eltérő kinetikai paraméterei és eltérő szabályozásuk több esetben például az anyagcsere egyes útvonalainak „finombeállítását” teszi lehetővé. Nem katalitikus funkció esetén az izoformák részben különböző ligandumokkal kerülhetnek kölcsönhatásba (más fehérje partner, más DNS-kötő szekvencia stb.), de itt is az eltérő szabályozásnak lehet a legfontosabb biológiai szerepe.

A különböző izoformák/izoenzimek egy része génduplikációval, más részük viszont egyetlen génről alternatív splicing-gal keletkezik. Az előbbire példa az izomszövetben expresszálódó, a miofibrillumok vékony filamentumait felépítő α-aktin és a minden eukarióta sejtben expresszálódó, a sejtváz részét képező mikrofilamentumokat felépítő β-aktin. Az alternatív splicing-gal keletkező izoformákra példa a tropomiozin: az emlősök 4 tropomiozin génjéről >40-féle mRNS és ezáltal polipeptidlánc keletkezik. Bár ezek az izoformák az egyedfejlődés során szabályozott módon keletkeznek, pontos szerepüket ma még nem ismerjük (azon túl, hogy az aktin filamentumokhoz kötődve stabilizálják őket és befolyásolják a további fehérje-fehérje kölcsönhatásaikat).

Ha az enzim vagy fehérje negyedleges szerkezettel bír és a különböző alegységek szabadon kombinálódnak akár homo-, akár- és heterooligomereként, akkor kombinatorikus módon további izoenzimek, izoformák keletkezhetnek. Erre példa a tropomiozin (amely két láncból álló coiled-coil szerkezetű fibrilláris fehérje) és a tejsav-dehidrogenáz (LDH: laktát-dehidrogenáz) izoenzimek.

Az LDH az emlősökben a glikolízis végtermékét, a piroszőlősavat, anaerob körülmények között (például az izmokban elegendő oxigén hiányában), tejsavvá redukálja, lásd 17.20. ábra). A reakciónak nagy jelentősége van a katabolizmus szempontjából, mivel a redukált NADH-t visszaoxidálja NAD-dá, ami nélkül a glikolízis leállna.

17.20. ábra: A tejsav-dehidrogenáz enzim által katalizált reakció

17.20. ábra: A tejsav-dehidrogenáz enzim által katalizált reakció

A humán genomban két gén kódol LDH polipeptidláncot. A két lánc szekvenciája 75%-ban azonos. Ezek szabadon kombinálódva állnak össze a tetramer szerkezetű LDH enzimmé. A kétféle láncból így kétféle homotetramer és háromféle heterotetramer keletkezhet, amelyek jellegzetes szöveti expressziós mintázatot követnek. A „H” (heart) típusú izoenzim a szívizomsejtekben van jelen nagy mennyiségben, míg a „M” (muscle) típusú az izomszövetben expresszálódik legnagyobb mennyiségben. A többi szervben az ötféle izoenzim jellegzetes eloszlási arányban jelenik meg (lásd 17.21. ábra).

17.21. ábra: Tejsav-dehidrogenáz izoenzimek natív poliakrilamid gélelektroforézissel történő szeparálás után (sematikusan).A kétféle polipeptidlánc (H és M) szabad kombinálódásával ötféle tetramer izoenzim jöhet létre.

17.21. ábra: Tejsav-dehidrogenáz izoenzimek natív poliakrilamid gélelektroforézissel történő szeparálás után (sematikusan). A kétféle polipeptidlánc (H és M) szabad kombinálódásával ötféle tetramer izoenzim jöhet létre.

A H4-nak nagyobb a szubsztrátaffinitása, mint az M4 típusnak, s abban is különböznek, hogy az előbbit a nagy koncentrációjú piroszőlősav allosztérikusan gátolja, míg az utóbbi formát nem. A többi izoenzimnek köztes tulajdonságai vannak. A kinetikai paraméterek alapján a szívizomra jellemző izoenzim tipikusan az aerob sejtlégzésre van „finomhangolva”, a vázizomra jellemző forma viszont optimálisan működik az izomban előforduló relatíve anaerob körülmények között is. Érdemes megemlíteni, hogy az LDH izoenzimek megjelenése a vérben diagnosztikus jelentőségű: például a H4 forma megemelkedése szívinfarktust jelez.