Isoenzimas

 

     O termo isoenzimas define um grupo de múltiplas formas moleculares da mesma  enzima que ocorre em uma espécie, como resultado da presença de mais de um gene  codificando cada uma das enzimas (Moss, 1982). O princípio básico da técnica reside no  uso de eletroforese em geral de amido (Smithies, 1955) e na visualização do produto  enzimático por métodos histoquímicos (Hunter & Markert, 1957). A difusão de seu uso  ocorreu através do desenvolvimento de métodos eficientes para visualização do produto  enzimático e da aplicabilidade imediata encontrada em várias áreas de biologia. As  isoenzimas têm sido utilizadas no estudo de dispersão de espécies, na análise de  filogenias, no melhoramento de plantas, possibilitando a detectação de ligação gênica  com caracteres mono e poligênicos, identificação de variedades, na seleção indireta de  caracteres agronômicos, introgressão gênica e avaliação germoplasma.

    Base genética dos marcadores isoenzimáticos: As isoenzimas desempenham a  mesma atividade catalítica, mas podem ter diferentes propriedades cinéticas e ser  separadas por processos bioquímicos. O número de isoenzimas de uma determinada  enzima está relacionado ao número de compartimentos subcelulares onde a mesma  reação catalítica é realizada (Gottlieb, 1982).

     A premissa básica adotada ao se utilizar dados enzimáticos é que diferenças na  mobilidade de isoenzimas em um campo elétrico são resultantes de diferenças ao nível  de  seqüencias de DNA que codificam tais enzimas. Assim, se os padrões de bandas de  dois  indivíduos diferem, assume-se que estas diferenças possuam base genética e sejam  herdáveis (Murphy et al., 1990). Para interpretar os padrões de bandas resultantes, é  importante ter um conhecimento prévio sobre o número de subunidades da enzima –  enzimas monoméricas são formadas por um polipeptídeo, enquanto as diméricas por  dois. Indivíduos heterozigotos para uma enzima dimérica, além de duas bandas  correspondentes aos dois polipeptídeos, apresentam uma terceira banda intermediária,  produto da conjugação dos dois polipeptídeos. É comum observar-se mais de um loco  gênico em um mesmo gel, e a migração das bandas de cada loco é visualizada em zonas  diferentes. As subunidades de uma enzima podem ser codificadas por locos genéticos  distintos, tornando mais complexa à análise do padrão de bandas isoenzimáticas.

          Detecção de marcadores isoenzimáticos: Envolve basicamente três etapas:  extração  de proteínas do tecido vegetal, separação destas proteínas através de  eletroforese e  coloração histoquímica do gel, o que permite a visualização do produto  em  forma de uma  “banda”. Uma vez identificado o tecido, este é macerado na presença  de  um tampão que  permita a extração das proteínas, a manutenção de sua atividade  catalítica e a prevenção  de oxidação de compostos fenólicos associados. O extrato é  então separado em gel de  eletroforese. Após a eletroforese, as isoenzimas são  visualizadas através de corantes  histoquímicos específicos, os quais fornecem um sub  strato para as enzimas. A  eletroforese é uma entre várias formas de caracterização de   isoenzimas e muitas  variações podem não ser detectadas por esta técnica.

     Vantagens e limitações dos marcadores isoenzimáticos: Geralmente fornecem  ampla informação genética para diversas aplicações, sua técnica é relativamente barata  acessível. Embora em número limitado, vários locos isoenzimáticos podem ser  analisados  rápida e simultaneamente. Por isso, mesmo hoje, com técnicas mais  modernas, as  isoenzimas continuam sendo uma classe de marcadores muito útil para  análises  genéticas  que não requeiram uma amostragem ampla do genoma. Alelos  isoenzimáticos  são  co-dominantes, isto é, genótipos heterozigotos e homozigotos de  um  determinado  loco  são facilmente identificados, permitindo estimar parâmetros tais  como frequências  genotípicas e alélicas e a partir destes, coeficientes de diversidade  gênica e  heterozigosidade.

     Porém, quando a investigação requer uma cobertura mais ampla do genoma, como  no caso de mapeamento genético ou caracterização detalhada de germoplasma, as  isoenzimas apresentam duas limitações básicas: o número total de locos que podem ser  detectados no genoma e o número de alelos por loco, isto é, o nível de polimorfismo  genético detectável em cada loco. Outras limitações das isoenzimas como marcadores  dizem respeito a: modificações pós-tradução das enzimas, produzindo as “isoenzimas  conformacionais”, as quais diferem em estruturas secundárias e terciárias; polimorfismo  enzimático em resposta a condições ambientais; diferenças na atividade isoenzimática  associadas a estágios diferentes de desenvolvimento; dentre outras.

 

Figura 4. Eletroforese de Isoenzimas. A identificação dos alelos isoenzimáticos em gel de eletroforese é feita através da visualização do produto (muitas vezes indiretos) da reação por eles catalisada. A enzima resulta da transcrição e tradução da informação contida na fita do DNA.