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1、本科生毕业论文(设计)题 目:淮河鲤鱼不同组织同工酶POD、CAT、MDH、 GDH的比较研究姓 名: 石先平 学 院: 生命科学学院 专 业: 生物科学 班 级: 06生科(2)班 学 号: 2006334220 指导教师: 肖明松 职称: 副教授 2010年06月02日安徽科技学院教务处制目 录 摘要 1关键词 1引言11材料与方法1 1.1实验材料试剂和仪器11.1.1实验材料1 1.1.2主要试剂1 1.1.3主要仪器21.2实验方法21.2.1酶样品的提取21.2.2血清样品的制备3 1.2.3储备液及其制备31.2.4凝胶的制备31.2.5点样与电泳41.2.6剥胶与染色41.2.

2、7褪色及扫描51.2.8酶的命名52结果与分析52.1CAT的结果分析 52.2POD的结果分析 52.3MDH的结果分析 62.4GDH的结果分析 63讨论 7 3.1淮河鲤鱼同工酶的表达具有明显的组织特异性 73.2淮河鲤鱼同工酶组织特异性与功能的相关性 8 4结论 9 5致谢9参考文献10淮河鲤鱼不同组织同工酶POD、CAT、MDH、GDH的研究比较 生物科学专业学生 石先平 指导教师 肖明松摘要:本文运用聚丙烯酰胺垂直梯度凝胶电泳方法对淮河鲤鱼11种组织(脑、心脏、肌肉、眼睛、肝脏、脾脏、血液、肾脏、精巢、肠、鳃)中的4种同工酶(POD、CAT、MDH和GDH)的表达模式、同工酶位点及

3、其酶谱表型进行了分析。结果表明:CAT在淮河鲤鱼中共检测到4条酶带(CAT1、CAT2、CAT3 、CAT4),其中鳃中含量最多,脑和血液中没有;POD检测到6条酶带(POD1 、POD2、POD3、POD4、POD5 、POD6),其中血液含量最高。MDH检测到2条酶带(MDH1 、MDH2)在脑和肝中含量较多,其他都比较少。GDH检测到3条酶带(GDH1 、GDH2、GDH3)其中肝和肾脏中含量较高。淮河鲤鱼4种同工酶系统具有不同程度的织特异性,且同工酶的种类与活性变化与其功能相适应。关键词:淮河鲤鱼 聚丙烯酰胺凝胶电泳 POD CAT MDH GDH引言: 鲤鱼(Cyprinus car

4、pio)隶属于辐鳍鱼亚纲的鲤形目,鲤鱼是在亚洲原产的温带性淡水鱼。喜欢生活在平原上的暖和湖泊,或水流缓慢的河川里。分布在除澳洲和南美洲外的全世界。属于底栖杂食性鱼类。属于底栖杂食性鱼类。鲤鱼具有较高的养殖价值,味美鲜嫩,在经济鱼类中占有重要的地位。淮河鲤鱼更是味美肉鲜,有很高的食用价值。为了促进淮河淡水渔业的长久发展和产量提高,极需对其种质进行研究,以保持和提高其经济性状,需进行大量的遗传背景和遗传基础调查。同工酶作为基因产物,是基因型的生化表现型,是生物体生命活动中各水平上生理功能的重要参与者。因此,同工酶是分析生物的发育、遗传、系统进化和生理过程的有效探针,也是研究鱼类生化遗传的重要手段。

5、利用同工酶电泳分析方法,分析其同工酶分布的组织特异性,以便直接利用某些基因产物作为遗传标志,对其进行种质鉴定,提供种质质量参数,对加速水产事业的科学化,进一步提高淡水养殖的经济效益具有重要意义1姜建国,熊全沫.青鱼不同组织中同工酶的表达模式J. 华南理工大学学报,1998,3(6):1-22邓思平,刘楚武,陈景雄,等军曹鱼不同组织5种同工的研究J湛江海洋大学学报,2002,22(6):1-53陈有华,闫初,赵光年,等鲇鱼不同组织同工酶的组特异性初步研究J氨基酸和生物资源,2006,248-500。4许黎黎,邵雪玲.鲫鱼不同组织过氧化氢酶同工酶活性的J.Amino Acids Biotic Re

6、sources,2003,25(4 )69-70 5葛刚,彭志文,鄱阳湖鳜鱼、团头鲂肌肉四种同工酶研究J.南昌大学学报(理科版)1999,23(1)62-656李凯彬,姜兰,潘厚军.RRB系剑尾鱼LDH和GDH同工酶的分析J.中国比较医学杂志2004,l4(5),258-2607许巧情,张琴,李兵.橄榄蛏蚌不同组织乳酸脱氢酶(LDH)和苹果酸脱氢酶(MDH)同工酶的电泳分析J.长江大学学报(自然科学版)2008,5(1):农学 39-468冯晴,徐朗莱,叶茂炳,等小麦叶片衰老过程中CAT和APX活力及其同工酶谱的变化J南京农业大学学报,1997,20(2):95-999 曹志华,高贵琴.鲤鱼肠

7、道及肠内微生物谷氨酸脱氢酶同工酶及活性的初步研究J.淡水渔业2001,31(5)52-5310朱必风,李思光.兴国红鲤成体组织中四种同工酶的研究.见:林光华主编.主要淡水养殖鱼类种质研究M北京:中国科技出版社,1991176-18411杨兴棋,邓初夏几种罗非鱼乳酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶同工酶的电泳研究J遗传学报,1984、11(2):132-4012周宗汉,林金榜,朱婉华介绍鱼类组织中蛋白质及同工酶的电泳方法J淡水渔业,1983(2):35-4113朱蓝菲,陈湘辨,王祖熊.20种鲤科鱼类同工酯的表型分析及有关进化问题的探讨J.水产学报,1983,7(2):145-15214李绍文,孟玉萍,张宗炳

8、蜜蜂脂酶同工酶韵研究J.昆虫学报,1985.28(4):369-37415棣卫眼,宋秋宝,姚鑫.上鼠旺胎组织、成体组织和胚胎病细胞脂酶同工酶谱的比较研究J实验生物学报198518(1):99-10416韩雅莉,谭竹均.中国林蛙早期胚胎胎发育过程同工酶研究J.动物学研究,1993,14(1):66-7217黄原,郑哲民四种癞蝗过氧化物酶同工酶的初步研究J动物学研究,1988,9(4):34818罗广华,王爱国植物SOD的凝腔电泳及活性的显示J.植物生物学通讯,1983,3(6):44-4519 王宏伟, 王安利, 王维娜等. 鱼类同工酶研究进展 J. 动物学报,2001,47(4):101-10

9、5.20 陈定福, 阳清发.吻鮈和圆筒吻鮈同工酶的电泳分析J.西南师范大学学报(自然科学版), 1997,22(2):162-168. 1。1 材料与方法 11 实验材料、试剂和仪器111 实验材料实验鱼来源淮河流域蚌埠段,鱼龄12 龄,全长1115 cm, 体质量为100 g200g(雄鱼6尾,雌鱼4尾),选用的实验鱼体均经充氧袋运回实验室,并在水族箱中充气暂养备用。1.1.2 主要试剂 丙烯酰胺(Acr,Solarbio) 甲叉双丙烯酰胺(Amresco) 三羟甲基氨基甲烷(Tris,Solarbio) 过氧化氢(上海化学试剂有限公司) 硫酸锰(盐城凤阳化工有限公司)盐酸(上海化学试剂有限

10、公司)氢氧化钠(上海化学试剂有限公司) 联苯胺(上海索莱宝生物科技有限公司) 愈创木酚(天津市化学试剂一厂) 氧化型辅酶I(NAD,Solarbio) 氯化硝基四氮唑蓝(NBT,Amresco) 吩嗪二甲酯硫酸盐(PMS,Sigma) 溴酚蓝(上海索莱宝生物科技有限公司) 三氯乙酸(上海索莱宝生物科技有限公司) 硫代硫酸钠(北京百灵威科技有限公司) 碘化钾(广州化学试剂厂) 磷酸氢二钠(国药集团化学试剂有限公司) 磷酸二氢钠(国药集团化学试剂有限公司) 10%过硫酸铵(Roche) N,N,N,N-四甲基乙二胺(武汉鑫华远医药化工制造有限公司) 甘氨酸(Solarbio) -醋酸萘酯(Scla

11、rbio)1.1.3主要仪器 研钵(阿法埃莎化学有限公司) 解剖器具一套(淮北正华生物仪器设备有限公司) 冰箱(Haier) FA1004型号的电子天平(上海良平仪器仪表有限公司,精度为0.0001g) Centrifuge804R冷冻离心机(Eppendorf) 烘箱(吴江市东远电热设备有限公司) DYY-4型电泳仪(北京市六一仪器厂生产) DY CZ- 22A型电泳槽(北京市六一仪器厂生产) 1-1000L型微量移液枪(德国Eppendorf公司)凝胶成像系统(SYNGNE)1.2 试验方法1.2.1 酶样品的提取 取鱼体肌肉、脑、肝、眼、血液、肾、脾、卵巢、精巢、心、鳃,用0.9%生理盐

12、水冲洗干净,称重0.4g。用吸水纸吸干水分,置于研钵中,按1:3(wv)加入01molL的磷酸缓冲液(pH=70),冰浴研磨,再用吸管将匀浆移入冷冻离心管中。最后12000rmin离心,反复离心至上清液清晰透明,取上清液置于冰箱备用。均在低温下进行。1.2.2 血清样品制备 从鱼尾动脉采血2-3ml,用少量的肝素抗凝,4放置4小时后,离心(10min,3000/min)分离血清,用0.5ml离心管分装,-20保存备用。1.2.3储备液及其制备表1 不同浓度分离胶配制方法 Tab1 Different concentrations of the separate rubber 分离胶的浓度/ml

13、10%7.5%蒸馏水/ml4.054.851.5mol/L Tris-Hcl,pH8.8/ml2.52.5凝胶储备液/ml3.352.510的过硫酸铵/µl5050 TEMED/µl4.054.85注:过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)采用浓度为7.5%的分离胶;苹果酸脱氢酶(MDH)和谷氨酸脱氢酶(GDH)采用浓度为10%分离胶。一般浓缩胶浓度为5 %, pH 6.8,其方法见下表2表2 5%浓缩胶配制方法Tab2 5% of methods of preparing rubber试剂蒸馏水/ml0.5mol/lTris-Hcl缓冲液(pH6.8)/ml凝胶储备液

14、/ml10%过硫酸铵/ulTEMED/ul总体积用量2.921.250.8255101.2.4凝胶制备 将玻璃板和垫片依次用5%的KOH甲醇溶液、去污剂和清水洗涤,晾干。将无凹口的玻璃板平放在桌面上;将垫片两面涂少许凡士林后,排放在玻璃两侧,再将有凹口的玻璃板在垫片上放置妥当。将玻璃夹层推至桌沿,用胶带纸封闭三个侧面,留出有凹口的一面不封闭。使玻璃夹层竖立,有凹口面朝上。根据所需的凝胶浓度和用量,按表1的比例配制分离胶溶液。一旦加入TEMED,混匀后立即小心将分离胶注入准备好的玻璃板间隙中,为积层胶留有足够空间。用吸管轻轻在其顶层加入几毫升异丁醇,以阻止空气中的氧气对凝胶聚合的抑制作用。聚合完

15、成后(约3060分钟)后,倒掉覆盖液体,用蒸馏水洗凝胶上部数次,尽可能用吸水纸吸干凝胶顶端的残余液体。根据所需用量,按表1和表2的比例配制积层胶溶液。注入积层胶溶液,插入梳子,小心避免气泡,垂直放置于室温下。在积层胶聚合完成(约30分钟)后,小心拔掉梳子。用蒸馏水冲洗梳孔以除去未聚合的丙烯酰胺。将凝胶放入电泳槽中,上下槽均加入电泳缓冲液,检查是否泄漏。驱除两玻璃板之间凝胶底部的气泡,即可上样。1.2.5点样与电泳 用微量注射器(50uL)吸取3微升样液然后再吸取3微升溴酚蓝混匀吸在一起,在浓缩胶上层点样,每个点样槽点一个组织并留一个空槽以辨认并且记下组织的顺序。点样时须小心,防止样品液的扩散。

16、点样后开始电泳。电泳采用的是丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)具体步骤如下:(1) 实验前 20min,倒入电极缓冲液,打开稳流稳压电泳仪,并在其四周敷上冰袋。(2) 预电泳:将预先制备好的聚丙烯酰胺凝胶胶模装入电泳槽固定好,并在其四周敷上冰袋,在 50mA 电流下,预电泳 30min。(3) 前电泳:预电泳结束后,关闭电源,用微量加样注射器在每个点样孔内分别加入 3uL 待测样品(待测样品是所测样品和溴酚兰的混合物,其中所测样品和溴酚兰的体积比为 4:1。和 3uL 溴酚兰(指示剂),25mA 电流下,前电泳 10min 。(4) 正式电泳:在 50mA 的电流下,正式电泳,电泳时间为 2.5h。

17、1.2.6剥胶与染色剥胶是用带有长针头的注射器,内装蒸馏水作润滑剂,把针头插入玻板内壁与凝胶表面之间,慢慢移动针头,同时注入水,靠水流压力与润滑将玻板与凝胶分开,剥出的凝胶用3.5%醋酸固定10min。倒入染色液,盖上包有黑纸的盖子,进行染色。不同同工酶的染色时间和染色配方不同。具体染色方法如下表:表3 不同酶的染色方法 Tab 3 The recipe of dyestuff for isozyme staining 酶类染色方法过氧化氢酶A:取5ml3%过氧化氢10ml 0.1mol/L pH=7.0的磷酸缓冲液 7ml0.06mol/L硫代硫酸钠溶于烧杯加水78mlB:取5ml 0.09

18、mol/L碘化钾溶于另一个小烧杯中加1ml冰醋酸再加95ml水先加A液一段时间后然后再加B液过氧化物酶0.2mol/L乙酸钠20ml+5mmol/L硫酸锰2ml+0.12%H2O2(56滴)+联苯胺-愈创木酚液5ml(称50mg联苯胺,135mg愈创木酚溶于25ml的25%醋酸)苹果酸酶NAD+(氧化型辅酶I)50 mg, NBT30 mg, PMS 2 mg, 1M苹果酸钠(pH7. 0)10 ml, 0. 5MTris-HCl缓冲液(pH7. 1) 20 ml, 100 ml容量瓶定容。谷氨酸脱氢酶NAD+(氧化型辅酶I)60 mg, NBT30 mg, PMS 2 mg, 1M谷氨酸钠(

19、PH7. 0) 5 ml, 0. 5M磷酸缓冲液(pH7. 0) 25 ml, 100 ml容量瓶定容。 1.2.7褪色及扫描 染色后的电泳胶板倒入 3.5%冰醋酸固定10min。用脱色液(5份甲醇+1份冰醋酸+5份蒸馏水)脱色至凝胶底色脱尽为止。最后把染完色的胶拿到电泳凝胶成像系统中进行扫描并保存扫描图片供最后的结果分析使用。1.2.8 酶的命名从阳极到阴极电泳迁移率的先后顺序依次编写编号的方法命名。2. 结果和分析2.1 CAT的结果分析 淮河鲤鱼不同组织的CAT同功酶表达情况见图1。CAT同工酶共检测到4条酶带(CAT1、CAY2、CAT3、CAT4)。在鳃和心脏中均含有CAT1、CAT

20、2、CAT3、CAT4;肠中含有CAT1和CAT4;精巢中含有CAT1、CAT4;肝中含有CAT1;眼中含有CAT1、CAT4;肾脏中含有CAT1、CAT2、CAT3、CAT4;而在肌肉、脑、血液中CAT含量都极少图谱中显示都看不到条带。其中CAT4在鳃中含量最高,在心脏、肠、精巢、肝、眼、肾脏中均含有,而在肌肉、脑、血液中不含有。CAT3在鳃中含量最高,而在心脏、肠、精巢、肝、眼、肾脏中含量很低,在其它组织中没有;CAT2在肌肉、脑和血液中没有,在其他组织中含量都很少。CAT1除了在脑和血液组织中没有,其他组织含量相对较少。图1 CAT同工酶电泳图谱Figure 1 CAT isozyme

21、electrophoresis profiles注:图中从1到10的器官依次是鳃、心脏、肠、精巢、肝、眼、肾脏、肌肉、脑、血液2.2 POD的结果与分析淮河鲤鱼不同组织的POD同功酶表达情况见图2。由图2可知,图谱显示共6检测到种POD同工酶条带分别命名为POD1、POD2、POD3、POD4、POD5、POD6。在眼中含有POD5和POD2;鳃中含有POD5、POD4、POD3; 精巢中含有POD4、POD5、POD6;脑和肌肉组织中没有条带;肾中含有POD6、POD5、POD4、POD3、POD2;肠中只含有POD6;心脏中含有POD2、POD3、POD4、POD5、POD6;肝中不含有任

22、何条带;血液中含有POD1、POD2、POD3、POD4、POD5、POD6。POD6在各个器官中含量都很少,其中在血液中含量最高;POD5相对比较高特别是在血液、肝、鳃含量很高,而在精巢和肠中几乎没有;POD4除了在心脏中含量较高外在其他组织中含量都很少,不明显;POD3在鳃、脑、肠、血液中含有少量,而在其他器官中几乎没有。POD2在血液中含量较高,眼中次之,其他器官没有条带;POD1除了在血液中含有外其他所有组织都不含有,具体见图2。图2 POD同工酶电泳图谱Figure 2 POD isoenzyme electrophoresis profiles注:图中从1到10的器官依次是眼、鳃、

23、精巢、脑、肾、肠、心脏、肌肉、肝、血液2.3 MDH的结果分析 淮河鲤鱼不同组织的MDH同功酶表达情况见图3。由图3可知,从图谱中共检测到2种同工酶带分别命名为MDH1和MDH2。眼中含有MP1;脑中含有MDH1、MDH2;鳃中含有MDH1;肌肉中含有MDH1;心脏中含有MDH1;肠中含有MDH1;脾脏中MDH没有条带;肾脏中含有MDH1;肝中含有MDH1、MDH2。血液中含有MDH1。MDH1除了在脾脏以外的所有器官中几乎都含有,其中脑好肝的含量最高,其他的次之;MDH2除了在脑和肝中少量含有外其他组织基本不含有MDH1。图3 MDH同工酶电泳图谱Figure 3 MDH isozyme e

24、lectrophoresis profiles注:图中从1到10器官依次是眼、脑、鳃、肌肉、心脏、肠、脾脏、肾脏、肝、血液。2.4 GDH的结果分析 淮河鲤鱼不同组织的GDH同功酶表达情况见图4。由图4可知,从图谱中共检测到3种同工酶酶带分别命名为GDH1、GDH2、GDH3。心脏中GDH含量很少图谱中基本无条带;鳃中含有GDH1、GDH2;脑中含有GDH1;眼中含有GDH1、GDH2、GDH3;肠中含有GDH3;肝中含有GDH1、GDH2、GDH3;肾脏中含有GDH1、GDH2、GDH3;脾脏中含有GDH2;血液中含有GDH1.从各个酶在器官中的强弱分析:GDH1在各个器官中均含有,其中脑和

25、眼中含量较高。GDH2主要在肝、眼、肾脏、脾脏中,其中肾脏中含量最高;GDH3存在于眼、肝、肾脏中,而且含量很少。图4 GDH同工酶电泳图谱Figure 4 GDH isozyme electrophoresis profiles注:图中从1到9器官依次是血液、脾脏、肾脏、肝、肠、眼、脑、鳃、心脏3 讨论3.1淮河鲤鱼同工酶的表达具有明显的组织特异性 本研究表明淮河鲤鱼不同组织4 种同工酶(CAT、POD、MDH、GDH)之间的存在特异性。4 种同工酶在淮河鲤鱼的11种组织中均有表达但在不同组织中的同工酶种类和表达强度有差异。尽管组织间有差异,但在不同组织中有共同的谱带。这与邓思平2、陈有华3

26、的研究结果相同。淮河鲤鱼CAT同工酶酶谱与许黎黎,邵雪玲4的研究结果相似,但检测到的酶带稍多,这可能与鱼类生活的环境和种群有关系。葛刚等5研究了鄱阳湖鳜鱼和团头鲂POD为空带呈现关闭状态,而本试验中淮河鲤鱼POD在各个不同的组织中均有表达,这说明物种之间存在较大差异。但与邓思平研究的军曹鱼的各个组织之间有些相似,这说明两者之间可能存在亲缘关系。MDH与军曹鱼也存在一定程度的相似,军曹鱼检测到三条带而本实验中的淮河鲤鱼检测到2条带。本试验中的GDH与RRB系剑尾鱼6相比条带要更加清晰,说明淮河鲤鱼的GDH活性总体相对较强。 淮河鲤鱼同工酶的组织特异性表现在以下几个方面:(1) 位点的表达。某些位

27、点的同工酶仅限于某种组织特有,在其他组织中,该同工酶不表达或活性太低而检测不出。如CAT1和CAT2只在鳃和心脏中表达。POD4只在鳃肾脏和心脏中表达。MDH2只在脑和肝中表达。GDH3只在眼肝和肾脏表达。(2)位点表达的程度即酶的强弱。同一位点在不同组织中的相对含量或表达的数量差别很大,如GDH-1在肾脏和脾脏中表达很强,而在其他几种种组织中表达稍弱不同位点在不同组织中相对活性不同, 如肾脏组织中GDH1的表达比GDH3要强。(3) 等位基因表达上的差异。由于复等位基因的存在,不同的组织中会有不同的等位基因表达, 结果同一位点上的酶谱表型在不同组织中有明显差异, 或有时等位基因编码的亚基不一

28、定完全表达或不能通过电泳鉴定其产物,即存在“哑等位基因”或“无效基因”结果也导致不同组织中同一位点的酶谱表型出现差异, 如鳃和心脏中CAT表达了4条谱带,而在其他的组织中只发现2条谱带。3.2 淮河鲤鱼同工酶组织特异性与功能的相关性 苹果酸脱氢酶(MDH)催化苹果酸脱氢生成草酰乙酸,它的作用主要是使苹果酸脱氢,其含量影响糖的有氧代谢的进行,生成ATP的量也相应起变化,且还与葡萄糖异生过程有联系,它是机体受到胁迫时为机体提供能量的重要酶之一 7。苹果酸脱氢酶为二聚体酶,有移动较快的细胞质型(sMDH)与移动较慢的线粒体型(mMDH)。本试验在脑和肝中染色较深,因为这些组织含大量的线粒体和良好的血

29、液供应,因此它的代谢特别需要氧气和能量。 过氧化氢酶(CAT)是体内一种重要的抗氧化酶,可以消除因SOD消除体内过量的O2-所带来的过量的H2O2,维持机体正常的机能,因而在科研工作时常运用该酶同工酶的染色法 8。实验结果显示过氧化氢酶的活性大小依次为鳃>肉>心脏,这与过氧化氢酶在体内的作用是紧密相关的。过氧化氢酶是体内的一种主要抗氧化酶,可消除过量的H2O2,这就决定了在鲤鱼的重要组织器官中,过氧化氢酶的活性相对会高一些9。谷氨酸脱氢酶(GDH)酶是一种催化使氨还原性地固定到-酮戊二酸上形成谷氨酸反应的酶。EC1113NADP 1114(NADP)。-酮戊二酸+NH3+NADH+

30、H+谷氨酸+NAD+它广泛分布于生物中,在动物,存在于线粒体中。是氨基酸代谢的重要酶类,特别在非必需氨基酸的合成与转化中起着重要的作用。本试验中在肾脏和脾脏中含量就高说明鲤鱼这两个组织能利用尿素合成谷氨酸,但合成能力有限10。过氧化物酶(POD)同工酶是一类能利用H2O2氧化供氢体的氧化酶。由于其分布广泛,变异性大,能作为低级动物的分类指标。国内曾有人对动物和植物的过氧化物同工酶作过研究Comparative Studies on the POD、CAT、MDH、GDH in Different Tissues of Cyprinus carpioIn huaihe River Student

31、 majoring in Biological Sciences ShiXianping Tutor XiaoMingsongAbstract: The EST,SOD,LDH andADH isozymes in ten tissues or organs : brain,heart , muscle,eyes, liver,blood, kidney,spermary, intestines and gill of Cyprinus carpio were studied by using the vertical polyacrylamide gel electrophoresis.Th

32、e results showed that: CAT were detected 4 enzyme bands (CAT1,CAT2,CAT3,CAT4)in Cyprinus carpio from Huaihe Rive, of which the most abundant one is gills.POD detected six enzyme bands (POD1,POD2,POD3,POD4,POD5 and POD6) and the blood has highest levels.MDH detected to 2 bands (MDH1,MDH2) and brain and liver are more than others.GDH

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