در اوایل دهه ۵۰ میلادی، آزمایش های متعددی نشان دادند که آنزیم های گیاهی در اشکال مختلف وجود دارند. در یکی از نخستین پژوهش ها، مالت و داوسون در سال ۱۹۴۹ پنج شکل تیروزیناز را از قارچ به دست آوردند. سپس رابرتز (۱۹۵۹) با مطالعه گیاهان عالی پیشنهاد کرد که فعالیت اسید فسفاتاز ه در برگها نتیجه فعالیت یک گروه متشکل از چندین آنزیم متمایز است. مطالعات بعدی نشان داد اسید فسفاتاز، مرکب از چندین آنزیم با خواص کینتیک متفاوت است. بحث ها درباره اینکه آیا اشکال چندگانه آنزیم ها به طور مصنوعی در طول فرایند آماده سازی ایجاد می شوند یا اینکه به واقع اشکال متفاوت آنزیمی هستند، در دهه ۵۰ ادامه داشت.
بهینه سازی در فناوری الکتروفورز منتج به شواهد قطعی درباره وجود اشکال متفاوت آنزیم ها شد. سهم اصلی این بهینه سازی مربوط به الکتروفورز ژل نشاسته و آشکارسازی مستقیم آنزیم ها بر روی ژل نشاسته با استفاده از رنگ های هیستوشیمیایی اختصاصی می باشد. مانتز و مارکت برای نخستین بار اصطلاح زیموگرام را برای نوارهایی که در آنها مکان آنزیم ها نشان داده می شوند، پیشنهاد کردند. تحقیقات آنها نشان داد که الگوی زیموگرام تایروزیناز در قارچ، سیب زمینی و Mouse melanoma متمایز است و پیشنهاد کردند که آنها اشکال آنزیمی مختص به گونه اند. به علاوه آنها مشاهده کردند که خیلی از آنزیم های استراز موش با نوع اندام و پیش ماده تغییر نشان می دهند.
در سال ۱۹۵۹، مارگرت و مولر واژه آیزوزایم را برای توصیف اشکال مولکولی متفاوت که در آنها پروتئین ها با اختصاصات آنزیمی مشابه وجود دارند به کار بردند. این بدان معنی است که انواع مختلف آنزیم ها با عملکرد یکسان یا مشابه در یک جاندار وجود دارند. به صورت مثال آنها با استفاده از الکتروفورز ژل نشاسته، لاکتات دی هایدروژ ناز یا LDH قلب گاو را به صورت پنج باند پروتئینی جدا کردند. آنها سپس این الگوی زیموگرام را با الگوی بدست آمده از قلب گوسفند، خوک، موش و خرگوش مقایسه کردند و متوجه شدند که الگوی زیموگرام هر گونه متفاوت با گونه دیگر است. از طرف دیگر، زمانیکه الگوی زیموگرام LDH هفت بافت مختلف خوک مقایسه شد، مشخص گردید که آیزوزایم ها و میزان بیان آنها در بافت ها متفاوت اند. مقایسه اندام های جنینی یا بالغ نشان داد که اندام های بالغ فاقد برخی آیزوزایم های جنینی اند و از طرفی اشکال جدید LDH را نشان می دهند. بنابراین مارگرت و مولر پیشنهاد کردند که آیزوزایم ها در بافت ها، مراحل تکاملی و گونه ها به طور اختصاصی بیان می شوند.
در سال ۱۹۶۶ نقش چند شکلی آیزوزایم ها در ژنتیک جمعیت و برآورد کمّی تغییرات ژنتیکی معرفی شد. ژنتیک جمعیت گیاهان چندان از جانوران عقب نبود و کاربرد ایزوزایم در علوم گیاهی و جانوری با سرعت بسیار افزایش یافت. البته کاربرد آن مستلزم تبیین مفهوم آیزوزایم بود. در این مرحله عبارت آللوزایم در کنار عبارت “آیزوزایم” مطرح شد.
با توجه به تعریف عمومی آیزوزایم ها به عنوان پلیمرهای ایجاد شده از مونومرهای حاصل از مکان های ژنی جداگانه، آللوزایم ها برای پروتئین های مختلف تولید شده به وسیله اشکال آللی مربوط به مکان ژنی مشابه، بکار برده می شوند. با توجه به تعریف عمومی آیزوزایم ها تا به عنوان پلیمرهای ایجاد شده از مونومرهای حاصل از مکان های ژنی جداگانه، آللوزایم ها برای پروتئین های مختلف تولید شده به وسیله اشکال آللی مربوط به مکان ژنی مشابه، بکار برده می شوند.
قوانین اصلی آیزوزایم ها
قوانین اصلی آیزوزایم ها از دیدگاه محققان را می توان به شرح زیر عنوان کرد:
- اشکال مولکولی چندگانه آنزیم ها (آیزوزایم ها) در موجودات زنده مشترک اند؛
- آیزوزایم ها فعالیت کاتالیتیک مشترک دارند. هر آیزوزایم نقش خاص در مسیرهای متابولیکی دارد و در سلول به صورت هماهنگ با سایر آنزیم ها عمل می کند
- آیزوزایم ها اغلب به طور اختصاصی در سلول یا بافت بیان می شوند؛
- از نظر عملکردهای متابولیکی، تفاوت مولکولی آنزیم ها به آنها انعطاف، دقت و تنوع می دهد.
- برای کارایی بیولوژیکی، چند شکلی مولکولی یک مزیت است.
منشاء چند شکلی آیزوزایم ها
آیزوزایم ها در طبیعت توسط دو سازوکار عمومی ایجاد می گردند که عبارت اند از سازوکار اپی ژنتیکی و سازوکار ژنتیکی، به این نکته باید اشاره کرد که برخی از محققان آنزیم های ایجاد شده به صورت اپی ژنتیکی را به عنوان ایزوزوایم قبول ندارند.
-
سازوکارهای اپی ژنتیکی را می توان به سه گروه تقسیم کرد:
الف – تغییرات حاصل از حذف شدن پس از ترجمه؛
ب – تغییرات حاصل از اضافه شدن پس از ترجمه؛
ج – تغییرات ساختمانی پس از ترجمه؛
همانگونه که دیده می شود این تغییرات پس از ترجمه صورت می گیرد و در ساختار ژن تغییری به وجود نمی آید.
-
سازوکارهای ژنتیکی را نیز می توان به چهار گروه تقسیم کرد:
۱- ژن های مختلف، پروتئین های مستقلی را کد می کنند که فعالیت آنزیمی یکسانی دارند. این ژن ها در هسته اند، اما محصول آنها در مکان های مختلفی از سلول قرار می گیرند.
۲- آنزیم به صورت چند واحدی است و زیرواحدهای آن توسط مکان های مختلف کد می شود.
۳- آنزیم ها به صورت سری هایی از پلیمر هستند که زیرواحدهای یکسان دارند.
۴- آللوزایم که در آن آیزوزایم ها توسط ژن های آللی کد می شوند. آلل ها در مکان ژنی مختلف ممکن است، دستخوش تغییر شوند و آیزوزایم های را ایجاد کنند که در جمعیت بنابر قوانین توراث مندلی پخش می شوند.
منبع: کتاب نشانگرهای مولکولی، انتشارات دانشگاه تهران
دیدگاهتان را بنویسید