7.同工酶与基因 酶不是基因的直接产物,同样,同工酶也不是基因的直接产物。从本质上分析,同 工酶的结构差异主要来自基因的差异,只有少部分(修饰同工酶)是在多肽链合成后再发生结 构改变而形成新的同工酶。 同工酶与基因关系可分为四类: (1)单基因决定的同工酶 产生这类同工酶的基因是不同的,它们大都是结构差异大的单链酶或同聚体酶。例如过 氧化物酶,它属于单体酶,它在植物的不同部位和不同生长发育期合成多种同工酶。 (2)多基因决定的同工酶 这类同工酶的基因是由两个或两个以上的基因决定的几种不同的多肽链组成,它们都是 异聚体酶。如LDH是四聚体酶,由两个基因LDHA和LDHB决定的肽链组成。这两种多肽链可以 通过异聚和同聚方式构成五种同工酶。 要知道多基因决定的同工酶总数(i),可以由决定同工酶的基因数(L)以及酶的多肽 链数(n),从下式算出: 人肝的醇脱氢酶有三个基因 位点,ADHA、ADHB、ADHC,产生三种多肽链,而酶为二聚体,故可以构成6种同工酶。 (3)复等位基因决定的同工酶 由于基因位点的多向突变,造成群体的不同个体之间等位基因的差别,产生多肽链一级 结构的差别,而使个体与个体之间出现不同的同工酶。如玉米酯酶受同一位点的ES、EN、EF 三种等位基因所控制,是二聚体。 如果酶中的多肽链是复等位基因决定的,则计算式为: h为等位基因数 上述玉米中酯酶,如有一个杂合子EF EN,h=1,则它的同工酶数为3,同工酶多肽链的组合为FF、FN、NN。 (4)修饰同工酶 这是指多肽链合成后,再发生结构上的改变而形成新的同工酶。 日本学者证明,一种水稻酯酶同工酶谱带A1,是一个显性基因控制的。在对有A1谱带的 品种和无A1谱带的品种相杂交后代所作的遗传分析表明,出现典型的孟德尔分离现象。在总 数836个F2植株中,629个出现A1谱带,207个无A1谱带,由此可见,同工酶谱带是受等位 基因或不同位点基因控制的。 8.同工酶的应用 同工酶的应用范围很广,它涉及到的领域有临床诊断、代谢调控、分子遗传、生物 进化、个体发育、细胞分化和肿瘤发生等,故在酶学、分子生物学和医药学中占有重要地位。 (1)同工酶与临床诊断 血清中的同工酶在临床上可作为组织损伤的标记物。因此,血清的酶浓度常被用来确定 病人是否发生组织损伤,以及损伤到何种程度。 酸性磷酸酶(AP)存在于许多细胞组织中,在成人的前列腺特别高,此酶已应用于转 移性前列腺癌的检测,当它与非转移性癌比较时,发现其血清酸性磷酸酶活性明显升高。通过 测定加入抑制剂和未加抑制剂的血清,可判断是前列腺还是非前列腺的同工酶。 肌酸磷酸激酶(CPK) CPK同工酶存在于兴奋组织中,如神经和肌肉。尤其在心肌可 大量找到肌脑型(MB)杂合体同工酶,MB同工酶是心肌损伤高度特异的标记物。 血清中同工 酶研究还可用于特殊遗传病诊断,如先天性代谢缺陷,是由于某些特异酶类的合成有缺陷。 (2)遗传与进化中的同工酶 同工酶作为遗传标记,已被遗传学家广泛用于遗传分析的研究,这是因为: 同工酶是分子水平的指标;同工酶可用测定活力的方法鉴定,比非酶蛋白分析方便;同 工酶比其它指标灵敏,可以反应DNA上一个碱基的微小变化。 同工酶作为遗传标记物的优点同工酶分析能方便地处理大批样品,所需样品量少; 等位基因的同工酶能同时显性表达,同工酶的这种优点胜过使用颜色如像颜色变异和形 态特化等经典的遗传标记物; 用同工酶分析法检出变种比用肉眼观察其外表的办法灵敏得多。