ในทางชีวเคมีไอโซเอนไซม์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อไอโซเอนไซม์หรือโดยทั่วไปเรียกว่าเอนไซม์หลายรูปแบบหรือไอโซฟอร์ม) คือเอนไซม์ที่แตกต่างกันในลำดับกรดอะมิโน แต่เร่งปฏิกิริยาเคมีเดียวกัน ไอโซเอนไซม์มักมีพารามิเตอร์จลนศาสตร์ที่แตกต่างกัน (เช่น ค่า K _M ที่แตกต่างกัน ) หรือมีการควบคุมที่แตกต่างกัน ไอโซเอนไซม์ช่วยให้สามารถปรับแต่งกระบวนการเผาผลาญให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของเนื้อเยื่อหรือระยะการพัฒนาที่กำหนดได้

ในหลายกรณี ไอโซเอนไซม์ถูกเข้ารหัสโดย ยีน ที่คล้ายคลึงกันซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา กล่าวอย่างเคร่งครัดแล้ว เอนไซม์ที่มีลำดับกรดอะมิโนต่างกันแต่เร่งปฏิกิริยาเดียวกัน จะเรียกว่าไอโซเอนไซม์หากถูกเข้ารหัสโดยยีนที่ต่างกัน หรือเรียกว่าอัลโลเอนไซม์หากถูกเข้ารหัสโดยอัลลีล ที่ต่างกันของ ยีนเดียวกันโดยสองคำนี้มักใช้แทนกันได้

ไอโซไซม์ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยRL HunterและClement Markert (1957) ซึ่งได้นิยามว่าเป็นตัวแปรที่แตกต่างกันของเอนไซม์ชนิดเดียวกันที่มีฟังก์ชันเหมือนกันและพบในบุคคลเดียวกัน [ ^{1 ] คำ} นิยามนี้ครอบคลุม (1) ตัวแปรของเอนไซม์ที่เป็นผลผลิตของยีนที่แตกต่างกันและแสดงถึงตำแหน่ง ที่แตกต่างกัน (เรียกว่าไอโซไซม์ ) และ (2) เอนไซม์ที่เป็นผลผลิตของอัลลีล ที่แตกต่างกัน ของยีนเดียวกัน (เรียกว่าอัลโลไซม์ ) ^{[ 2 ]}

ไอโซไซม์มักเป็นผลมาจากการจำลองยีนแต่ก็อาจเกิดขึ้นจากโพลีพลอยด์หรือการผสมของกรดนิวคลีอิกได้เช่นกัน เมื่อเวลาผ่านไปในเชิงวิวัฒนาการ หากหน้าที่ของตัวแปรใหม่ยังคงเหมือนกับของเดิม ก็มีแนวโน้มว่าอย่างใดอย่างหนึ่งจะสูญหายไปเมื่อการกลายพันธุ์สะสมมากขึ้น ส่งผลให้เกิดยีนเทียมอย่างไรก็ตาม หากการกลายพันธุ์ไม่ได้ทำให้เอนไซม์ไม่สามารถทำงานได้ในทันที แต่กลับปรับเปลี่ยนหน้าที่หรือรูปแบบการแสดงออก ของเอนไซม์ ตัวแปรทั้งสองอาจได้รับการคัดเลือกโดยธรรมชาติและกลายเป็นเอนไซม์เฉพาะทางสำหรับหน้าที่ที่แตกต่างกัน^{[ 3 ]}ตัวอย่างเช่น อาจมีการแสดงออกในระยะการพัฒนาที่แตกต่างกันหรือในเนื้อเยื่อที่แตกต่างกัน^{[ 4 ]}

อัลโลไซม์อาจเกิดขึ้นจากการกลายพันธุ์แบบจุดหรือจากเหตุการณ์การแทรกและการลบ ( indel ) ที่ส่งผลต่อลำดับการเข้ารหัสของยีน เช่นเดียวกับการกลายพันธุ์ใหม่ ๆ อื่น ๆ มีสามสิ่งที่อาจเกิดขึ้นกับอัลโลไซม์ใหม่ได้:

• เป็นไปได้มากที่สุดว่าอัลลีลใหม่จะไม่ทำงาน ซึ่งในกรณีนี้อาจส่งผลให้ความเหมาะสม ต่ำ และถูกกำจัดออกจากประชากรโดย การคัดเลือก โดยธรรมชาติ^{[ 5 ]}
• หรืออีกทางหนึ่ง หาก กรด อะมิโนที่เปลี่ยนแปลงไปอยู่ในส่วนที่ไม่สำคัญนักของเอนไซม์ (เช่น อยู่ไกลจากบริเวณออกฤทธิ์ ) การกลายพันธุ์นั้นอาจไม่มีผลต่อการคัดเลือกและขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม^{[ 6 ]}
• ในบางกรณี การกลายพันธุ์อาจส่งผลให้เกิดเอนไซม์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น หรือเอนไซม์ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมี ที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย ซึ่งในกรณีนี้ การกลายพันธุ์อาจทำให้ความเหมาะสมเพิ่มขึ้น และได้รับการคัดเลือกโดยธรรมชาติ^{[ 6 ]}

ตัวอย่างของไอโซเอนไซม์คือกลูโคไคเนสซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของเฮกโซไคเนสที่ไม่ถูกยับยั้งโดยกลูโคส 6-ฟอสเฟตคุณสมบัติการควบคุมที่แตกต่างกันและความสัมพันธ์กับกลูโคสที่ต่ำกว่า (เมื่อเทียบกับเฮกโซไคเนสอื่นๆ) ทำให้มันสามารถทำหน้าที่ต่างๆ ในเซลล์ของอวัยวะเฉพาะ เช่น การควบคุมการ หลั่ง อินซูลินโดยเซลล์เบต้าของตับอ่อนหรือการเริ่มต้น การสังเคราะห์ ไกลโคเจนโดย เซลล์ ตับกระบวนการทั้งสองนี้จะต้องเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีกลูโคสในปริมาณมากเท่านั้น

1.) เอนไซม์แลคเตตดีไฮโดรจีเนสเป็นเทตราเมอร์ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยสองชนิดที่แตกต่างกัน คือ รูปแบบ H และรูปแบบ M ซึ่งรวมกันในรูปแบบ ต่างๆ ขึ้นอยู่กับเนื้อเยื่อ: ^{[ 7 ]}

2.) ไอโซเอนไซม์ของครีเอทีนฟอสโฟไคเนส: ^{[ 7 ]}ครีเอทีนไคเนส (CK) หรือครีเอทีนฟอสโฟไคเนส (CPK) เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนฟอสโฟครีเอทีนเป็นครีเอทีน

CPK มีอยู่ใน 3 ไอโซเอนไซม์ แต่ละไอโซเอนไซม์เป็นไดเมอร์ของ 2 หน่วยย่อย M (กล้ามเนื้อ) B (สมอง) หรือทั้งสองอย่าง^{[ 7 ]}

3.) ไอโซเอนไซม์ของอัลคาไลน์ฟอสฟาเตส: ^{[ 7 ]}มีการระบุไอโซเอนไซม์ไว้ 6 ชนิด เอนไซม์เป็นโมโนเมอร์ ไอโซเอนไซม์เกิดจากความแตกต่างในปริมาณคาร์โบไฮเดรต (สารตกค้างของกรดไซอะลิก) ไอโซเอนไซม์ ALP ที่สำคัญที่สุด ได้แก่ α ₁ -ALP, α ₂ -heat labile ALP, α ₂ -heat stable ALP, pre-β ALP และ γ-ALP การเพิ่มขึ้นของ α ₂ -heat labile ALP บ่งชี้ถึงโรคตับอักเสบ ในขณะที่ pre-β ALP บ่งชี้ถึงโรคกระดูก

ไอโซเอนไซม์ (และอัลโลเอนไซม์) คือรูปแบบที่แตกต่างกันของเอนไซม์ชนิดเดียวกัน เว้นแต่ว่าคุณสมบัติทางชีวเคมีจะเหมือนกันทุกประการ เช่นสารตั้งต้นและจลนศาสตร์ของเอนไซม์เราอาจแยกแยะไอโซเอนไซม์ได้ด้วยการทดสอบทางชีวเคมีอย่างไรก็ตาม ความแตกต่างดังกล่าวโดยทั่วไปมักไม่ชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างอัลโลเอนไซม์ซึ่งมักเป็น รูปแบบที่ไม่ส่งผลต่อการทำงาน ความไม่ชัดเจนนี้เป็นสิ่งที่คาดการณ์ได้ เพราะเอนไซม์สองชนิดที่มีหน้าที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญนั้น มีโอกาสน้อยที่จะถูกระบุว่าเป็นไอโซเอนไซม์

แม้ว่าไอโซเอนไซม์อาจมีลักษณะการทำงานที่เกือบเหมือนกัน แต่ก็อาจแตกต่างกันในด้านอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การแทนที่ กรดอะมิโนที่เปลี่ยนประจุไฟฟ้าของเอนไซม์นั้นสามารถระบุได้ง่ายด้วยเจลอิเล็กโทรโฟเรซิสและนี่เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้ไอโซเอนไซม์เป็นเครื่องหมายโมเลกุลในการระบุไอโซเอนไซม์ จะทำการเตรียมสารสกัดโปรตีนดิบโดยการบดเนื้อเยื่อสัตว์หรือพืชด้วยบัฟเฟอร์สำหรับการสกัด และแยกส่วนประกอบของสารสกัดตามประจุโดยใช้เจลอิเล็กโทรโฟเรซิส ในอดีต วิธีนี้มักใช้เจลที่ทำจากแป้งมันฝรั่งแต่ เจล อะคริลาไมด์ให้ความละเอียดที่ดีกว่า

โปรตีนทั้งหมดจากเนื้อเยื่อปรากฏอยู่ในเจล ดังนั้นจึงต้องระบุเอนไซม์แต่ละชนิดโดยใช้การทดสอบที่เชื่อมโยงการทำงานของเอนไซม์กับปฏิกิริยาการย้อมสี ตัวอย่างเช่น การตรวจจับสามารถทำได้โดยการตกตะกอน เฉพาะที่ ของสีย้อมบ่งชี้ที่ละลายได้เช่นเกลือเตตราโซเลียมซึ่งจะกลายเป็นสารที่ไม่ละลายเมื่อถูกรีดิวซ์โดยโคแฟคเตอร์เช่นNADหรือNADPที่เกิดขึ้นในบริเวณที่มีกิจกรรมของเอนไซม์ วิธีการทดสอบนี้ต้องการให้เอนไซม์ยังคงทำงานได้หลังจากแยก (การแยกด้วยเจลอิเล็กโทรโฟเรซิสแบบดั้งเดิม ) และเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการใช้ไอโซเอนไซม์เป็นเทคนิคในห้องปฏิบัติการ

ไอโซเอนไซม์มีความแตกต่างกันในด้านจลนศาสตร์ (มี ค่า K _Mและ V _max ที่แตกต่างกัน )

พันธุศาสตร์ประชากรโดยพื้นฐานแล้วคือการศึกษาถึงสาเหตุและผลกระทบของความแปรผันทางพันธุกรรมภายในและระหว่างประชากร และในอดีต ไอโซเอนไซม์เป็นหนึ่งในเครื่องหมายโมเลกุล ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์นี้ แม้ว่าปัจจุบันจะถูกแทนที่ด้วยวิธีการที่ใช้ ดีเอ็นเอซึ่งให้ข้อมูลมากกว่า(เช่นการลำดับดีเอ็นเอ โดยตรง โพ ลีมอร์ฟิซึมของนิวคลีโอไทด์เดี่ยว และไมโครแซทเทลไล ต์ ) แล้วก็ตาม แต่ไอโซเอนไซม์ก็ยังคงเป็นระบบเครื่องหมายที่พัฒนาได้รวดเร็วและถูกที่สุด และยังคงเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม (ณ ปี 2005) สำหรับโครงการที่ต้องการระบุความแปรผันทางพันธุกรรมในระดับต่ำเท่านั้น เช่น การวัดปริมาณระบบ การผสมพันธุ์

• ไอ โซเอนไซม์ ไซโตโครม P450มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเผาผลาญและการสังเคราะห์สเตียรอยด์
• ฟ อสโฟไดเอสเทอเรสมีหลายรูปแบบและมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ แม้ว่าจะพบเอนไซม์เหล่านี้มากกว่าหนึ่งรูปแบบในเซลล์แต่ละเซลล์ แต่ไอโซฟอร์มของเอนไซม์เหล่านี้มีการกระจายตัวไม่เท่ากันในเซลล์ต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต จากมุมมองทางการแพทย์ พบว่ามีการกระตุ้นและยับยั้งเอนไซม์เหล่านี้อย่างจำเพาะเจาะจง ซึ่งนำไปสู่การนำไปใช้ในการรักษาโรค

• เทคนิคการแยกเอนไซม์ด้วยไฟฟ้า – คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับการแยกโปรตีนด้วยไฟฟ้าบนเจลแป้ง
• การพัฒนายาใหม่ที่จำเพาะต่อไอโซเอนไซม์ – กรดไขมันไดออกซิเจเนสและฮอร์โมนไอโคซานอยด์ (เอสโตเนีย)