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Isoenzym – Definition, Funktion und Diagnostik

Isoenzyme sind verschiedene Formen desselben Enzyms, die dieselbe chemische Reaktion katalysieren, sich aber in Struktur und Vorkommen unterscheiden.

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Wissenswertes über "Isoenzym"

Isoenzyme sind verschiedene Formen desselben Enzyms, die dieselbe chemische Reaktion katalysieren, sich aber in Struktur und Vorkommen unterscheiden.

Was ist ein Isoenzym?

Ein Isoenzym (auch Isozym genannt) ist eine von mehreren strukturell unterschiedlichen Formen eines Enzyms, die alle dieselbe biochemische Reaktion katalysieren. Enzyme sind Eiweißmoleküle, die chemische Reaktionen im Körper beschleunigen. Wenn verschiedene Varianten desselben Enzyms existieren – mit leicht abweichender Aminosäuresequenz oder Zusammensetzung – spricht man von Isoenzymen. Sie entstehen häufig aus unterschiedlichen Genen oder durch alternatives Spleissen der Boten-RNA (mRNA).

Eigenschaften und Vorkommen

Isoenzyme können in verschiedenen Organen, Geweben oder Zelltypen in unterschiedlichen Mengen vorkommen. Trotz ihrer funktionellen Ähnlichkeit unterscheiden sie sich in:

ihrer Aminosäuresequenz (primäre Proteinstruktur)
ihren kinetischen Eigenschaften (z. B. Bindungsaffinität zum Substrat)
ihrer elektrophoretischen Beweglichkeit (Verhalten im elektrischen Feld)
ihrer Gewebeverteilung (organspezifisches Vorkommen)
ihrer Regulierbarkeit durch Hormone oder andere Stoffe

Klinische Bedeutung

Isoenzyme spielen in der medizinischen Diagnostik eine wichtige Rolle. Da bestimmte Isoenzyme nur in bestimmten Organen vorkommen, kann ihre Konzentration im Blut Rückschlüsse auf geschädigte Gewebe geben. Typische diagnostische Anwendungen sind:

Herzinfarkt-Diagnostik

Die Kreatinkinase (CK) kommt in drei Isoformen vor: CK-MM (Skelettmuskel), CK-MB (Herzmuskel) und CK-BB (Gehirn). Ein erhöhter CK-MB-Wert im Blut ist ein wichtiger Hinweis auf einen Herzinfarkt, da dieses Isoenzym hauptsächlich im Herzmuskel vorkommt.

Lebererkrankungen

Die Laktatdehydrogenase (LDH) existiert in fünf Isoformen (LDH-1 bis LDH-5). LDH-1 und LDH-2 überwiegen im Herzmuskel, während LDH-4 und LDH-5 hauptsächlich in der Leber und der Skelettmuskulatur zu finden sind. Die Bestimmung der LDH-Isoenzyme hilft, Leber- von Herzschäden zu unterscheiden.

Knochenstöffwechsel

Die Alkalische Phosphatase (AP) liegt in mehreren Isoformen vor, darunter die knochen-, leber- und darmspezifischen Varianten. Erhöhte Werte des knochenspezifischen Isoenzyms können auf Knochenerkrankungen wie Morbus Paget oder Knochenmetastasen hinweisen.

Diagnostische Methoden

Zur Unterscheidung und Messung von Isoenzymen werden verschiedene Laborverfahren eingesetzt:

Elektrophorese: Trennung der Isoenzyme nach ihrer elektrischen Ladung und Größe im elektrischen Feld.
Immunologische Methoden: Einsatz von Antikörpern, die spezifisch an ein bestimmtes Isoenzym binden (z. B. Immun-Assays für CK-MB).
Chromatographie: Trennung von Isoenzymen anhand ihrer chemischen Eigenschaften.
Kinetische Analysen: Messung der Enzymaktivität unter verschiedenen Bedingungen.

Bedeutung für die Pharmakologie

Auch in der Pharmakologie sind Isoenzyme von großer Bedeutung. Die Cytochrom-P450-Enzyme (CYP) sind eine Familie von Isoenzymen, die hauptsächlich in der Leber am Abbau von Medikamenten beteiligt sind. Unterschiedliche Isoformen wie CYP3A4, CYP2D6 oder CYP2C9 bauen verschiedene Arzneistoffe ab. Genetische Unterschiede in diesen Isoenzymen (Polymorphismen) erklären, warum Menschen auf Medikamente unterschiedlich ansprechen – ein zentrales Thema der Pharmakogenetik.

Zusammenfassung

Isoenzyme sind strukturell verschiedene, aber funktionell verwandte Enzymvarianten mit großer Bedeutung für Diagnostik und Pharmakologie. Ihre gewebespezifische Verteilung macht sie zu wertvollen Biomarkern bei Erkrankungen des Herzens, der Leber, der Knochen und anderer Organe.

Quellen

Lothar Thomas (Hrsg.): Labor und Diagnose. TH-Books Verlagsgesellschaft, Frankfurt am Main, 8. Auflage 2012.
Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L: Biochemie. Springer Spektrum, 8. Auflage 2018.
World Health Organization (WHO): Use of Anticoagulants in Diagnostic Laboratory Investigations. WHO/DIL/LAB/99.1 Rev. 2, 2002. Verfügbar unter: https://www.who.int

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