同工酶
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概述
同工酶 （同功酶）（isozyme，isoenzyme）廣義是指生物體內催化相同反應而分子結構不同的酶。按照國際生化聯合會（IUB）所屬生化命名委員會（CBN）的建議，則只把其中因編碼基因不同而產生的多種分子結構的酶稱為同工酶。最典型的同工酶是乳酸脫氫酶（LDH）同工酶，用電泳方法將LDH同工酶分離，分析其酶譜，發現脊椎動物各組織中有五條酶帶。每條酶帶的酶蛋白都是由四條肽鏈組成的四聚體，LDH有兩類肽鏈，A（M）或B（H），各有不同的免疫性質，按排列組合可形成符合於電泳酶帶數的五種同工酶。LDH1及LDH5分別由純粹的4條B鏈（B4）和4條A鏈（A4）形成，稱為純聚體；而LDH2、LDH3和LDH4都是由兩類肽鏈雜交而成的，分別可寫成AB3、A2B2、A3B，稱為雜交體。
同工酶的基因先轉錄成同工酶的信使核糖核酸（mRNA）、後者再轉譯產生組成同工酶的肽鏈，不同的肽鏈可以不聚合的單體形式存在，也可聚合成純聚體或雜交體，從而形成同一種酶的不同結構形式。
分類
根據產生酶分子不同結構形式的原因，可將同工酶分為：
1、基因性同工酶或原級同工酶：由不同基因產生的肽鏈而衍生的同工酶。這裡所指的不同基因可以在不同染色體或在同一染色體的不同位點上，例如LDH中A、B兩條肽鏈的基因分別在第11及第12對染色體上，唾液澱粉酶和胰澱粉酶的基因在第1對染色體的不同位點上。這類同工酶因分子結構差異較大，彼此間無交叉免疫。但同工酶的不同基因也可以是同源染色體的等位基因，這種成對的等位基因上兩個基因結構不同的情況，在遺傳學上稱為雜合子。雜合子在同一個體中可合成同一種酶的兩種不同肽鏈，或亞基，這兩種亞基尚可雜交，形成同工酶。在生物群體的不同個體中，有時同一基因位點上的一個（對雜合子來說）或一對（對純合子來說）基因也可發生遺傳變異，從而產生變異的酶，出現群體中的遺傳多態。不同個體中這些遺傳變異的酶也屬於基因性同工酶。其在免疫學上常有交叉反應。
由同一基因轉錄出前體核糖核酸（前體RNA），經過不同的加工剪接過程而生成多種不同的mRNA，再轉譯出多種肽鏈，從而組成同工酶。這類同工酶因發現較晚，在國際上尚無統一命名，彼此間也有交叉免疫。
2、次生同工酶或轉譯後同工酶：由同一基因、同一mRNA轉譯生成原始的酶蛋白，再經過不同的化學修飾，如醯胺基水解、磷酸化、肽鏈斷裂、糖鏈上的糖基增減等形成不同結構的酶蛋白，它們的免疫性往往相同。
國際生化協會命名委員會（CBN）建議只將原級同工酶列為同工酶，而將次生同工酶稱為共合酶，但不少生化學家還是把上述各類酶的不同結構形式都包括在廣義的同工酶概念中。
功能
在動、植物中，一種酶的同工酶在各組織、器官中的分布和含量不同，形成各組織特異的同工酶譜，叫做組織的多態性，體現各組織的特異功能。大多數基因性同工酶由於對底物親和力不同和受不同因素的調節，常表現不同的生理功能，例如動物肝臟的鹼性磷酸酯酶和肝臟的排泄功能有關，而腸粘膜的鹼性磷酸酯酶卻參與脂肪和鈣、磷的吸收。對LDH催化的可逆反應，心肌中富含的LDH1及LDH2在體內傾向於催化乳酸的脫氫，而骨骼肌中豐富的LDH4及LDH5則有利於丙酮酸還原而生成乳酸。所以同工酶只是做相同的「工作」（即催化同一個反應），卻不一定有相同的功能。
應用
在生物學中，同工酶可用於研究物種進化、遺傳變異、雜交育種和個體發育、組織分化等。例如最原始的脊椎動物七鰓鰻（Lamprey）只有一種LDH肽鏈，進化到較高級的魚類才有A、B兩類肽鏈。又如通過對地理分布不同的物種間某一同工酶譜的普查可以推測物種的地理來源。動、植物的遺傳變異可通過子代和親代同工酶譜的比較來鑒別。法醫學中也可用多種同工酶譜的分析來鑒定親子關係。細胞雜交或植物雜交育種後是否出現新品種也可用周工酶譜的比較來確定。在個體發育中，從胚胎到出生，再到成年，隨著組織的分化和發育，各種同工酶譜也有一個分化轉變的過程。某型同工酶在胚胎的大多數組織中出現，成為主要型式，稱為原始型同工酶。但出生後在某些組織中逐漸減少而被另一型同工酶取代，後者在胚胎組織中幾乎不存在或含量極微，只在分化成熟的少數組織中存在，稱為成年型同工酶。在植物的不同發育階段，同樣可見同工酶譜的相應改變。
在醫學方面，同工酶是研究癌瘤發生的重要手段，癌瘤組織的同工酶譜常發生胚胎化現象，即合成過多的胎兒型同工酶。如果這些變化可反映到血清中，則可利用血清同工酶譜的改變來診斷癌瘤。此外。因同工酶譜有臟器特異性，故測定血清同工酶常可較特異地反映某一臟器的病變，如血清的LDH1（B4）或MB型肌酸激酶（CK-MB）增加是診斷心肌梗塞較特異的指標，較測定血清LDH或肌酸激酶（CK）總活力更為可靠。
參看
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