Izoenzimele sunt enzime care catalizează reacții chimice identice, dar sunt compuse din secvențe diferite de aminoacizi. Acestea sunt uneori denumite izoenzime. Izoenzimele sunt produse de gene diferite și nu sunt redundante în ciuda funcțiilor lor similare. Ele apar în multe țesuturi din întregul corp și sunt importante pentru diferite procese de dezvoltare și metabolice.
Pe măsură ce un organism evoluează, ocazional apare duplicarea genelor. Acesta ar putea fi rezultatul recombinării omoloage sau al reparării genelor. Când selecția naturală favorizează materialul genetic duplicat, ca în cazurile în care aceeași genă este utilă pentru procese diferite, codificarea duplicată este reținută și se formează izoenzimele.
Izoenzimele sunt markeri biochimici utili și pot fi măsurate în fluxul sanguin pentru a diagnostica afecțiunile medicale. Fosfataza alcalină (ALP) și lactat dehidrogenază (LDH) sunt exemple de izoenzime care sunt utilizate în mod obișnuit în acest scop.
LDH este esențială pentru respirația anaerobă. Când nivelul de oxigen este scăzut, LDH transformă piruvatul în lactat, oferind o sursă de energie musculară. Această enzimă există în cinci soiuri de izoenzime în corpul uman, numerotate LDH-1 până la LDH-5 și poate fi găsită în diferite țesuturi, inclusiv în inimă, ficat și plămâni.
Niveluri crescute ale izoenzimelor LDH specifice pot indica leziuni tisulare. De exemplu, după un atac de cord, nivelul seric al LDH-1 este mai mare decât cel al LDH-2 deoarece țesutul cardiac deteriorat, care este bogat în LDH-1, eliberează acea izoenzimă în fluxul sanguin. Nivelurile ridicate de LDH-5 se găsesc în principal în tumori și pot indica prezența cancerului.
ALP este o enzimă care elimină grupările de fosfat din moleculele din organism și este importantă pentru funcționarea corectă a ficatului, intestinelor și placentei. Nivelurile anormal de ridicate sau scăzute de ALP pot indica o varietate de afecțiuni, inclusiv boli hepatice, boli osoase și sarcină. O izoenzimă ALP este, de asemenea, implicată în creșterea oaselor, iar nivelurile ridicate ale acestei izoenzime pot indica formarea de oase noi.
Izoenzimele pot fi diferențiate unele de altele folosind electroforeza pe gel. În electroforeza pe gel, fragmentele de izoenzimă sunt atrase printr-un gel gros de o sarcină electrică. Fiecare izoenzimă are o sarcină proprie, datorită secvenței sale unice de aminoacizi. Acest lucru permite electroforezei pe gel să separe fragmentele în benzi pentru identificare.
Ca markeri moleculari, izoenzimele sunt utile în genetica populației. Studiile izoenzimelor sunt efectuate la nivel de populație pentru a analiza variația genetică și fluxul de gene. Prezența izoenzimelor poate fi analizată în cazul unor noi fenotipuri, sau variații fiziologice, în cadrul speciilor.