LDH: ФУНКЦИИ, РЕШИМОСТЬ, РЕАКЦИЯ, НОРМАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ - БИОЛОГИЯ

Лактатдегидрогеназы , молочная кислота - дегидрогеназы, лактатдегидрогеназы НАД-зависимой или просто ЛДГ представляет собой фермент , принадлежащий к группе оксидоредуктаз практически во всех тканях животных, растений и многих микроорганизмов , таких как бактерии, дрожжи , и Archaea ,

Ферменты этого типа обозначены номером EC 1.1.1.27 Комитета по номенклатуре ферментов и отвечают за реакцию, которая превращает лактат в пируват (путем окисления) и наоборот (путем восстановления), окисляя или восстанавливая динуклеотиды аденина никотинамида ( NAD + и NADH) в процессе, известном как молочная ферментация.

Кристаллическая структура лактатдегидрогеназы B (Источник: Bcndoye через Wikimedia Commons)

В отличие от спиртовой ферментации, которая происходит только у некоторых микроорганизмов, таких как дрожжи, и использует гликолитический пируват для производства этанола, молочная ферментация имеет место во многих организмах и тканях различных живых существ.

Этот важный фермент для клеточного метаболизма был кристаллизован из скелетных мышц крыс в 1940-х годах, и на сегодняшний день лучше всего изучены ферменты скелетных мышц и сердечной ткани млекопитающих.

У «высших» животных фермент использует L-изомер лактата (L-лактат) для производства пирувата, но некоторые «низшие» животные и бактерии производят D-лактат из пирувата, полученного путем гликолиза.

Лактатдегидрогеназа обычно экспрессируется в основном в тканях или клетках в анаэробных условиях (с низким кровоснабжением), что, например, у людей может характеризовать патологические состояния, такие как рак, заболевания печени или сердца.

Однако превращение пирувата в лактат типично для мышц во время упражнений и для роговицы глаза, которая плохо насыщается кислородом.

Характеристики

Лактатдегидрогеназа выполняет множество функций во многих метаболических путях. Это центр тонкого баланса между катаболическими и анаболическими углеводными путями.

Во время аэробного гликолиза пируват (последний продукт пути как таковой) можно использовать в качестве субстрата для ферментного комплекса пируватдегидрогеназы, с помощью которого он декарбоксилируется, высвобождая молекулы ацетил-КоА, которые используются ниже, метаболически говоря, в Цикл Кребса.

При анаэробном гликолизе, напротив, на последней стадии гликолиза образуется пируват, но он используется лактатдегидрогеназой для производства лактата и NAD ⁺ , который восстанавливает NAD ^+, который использовался во время реакции, катализируемой глицеральдегидом 3- фосфатдегидрогеназа.

Поскольку во время анаэробиоза основным источником производства энергии в форме АТФ является гликолиз, лактатдегидрогеназа играет фундаментальную роль в повторном окислении НАДН, продуцируемого на предыдущих этапах гликолитического пути, необходимого для функционирования других родственных ферментов.

Лактатдегидрогеназа также участвует в гликогенезе, который происходит в тканях, которые превращают лактат в гликоген, а в некоторых аэробных тканях, таких как сердце, лактат является топливом, которое повторно окисляется для производства энергии и снижения мощности в форме АТФ и НАД ⁺ соответственно.

Характеристики и состав

В природе существует множество молекулярных форм лактатдегидрогеназы. Только у животных было установлено, что существует пять активностей лактатдегидрогеназы, все тетрамерные и по существу состоящие из двух типов полипептидных цепей, известных как субъединицы H и M (которые могут быть гомо- или гетеротетрамерными).

Форма H обычно обнаруживается в сердечной ткани, а форма M обнаруживается в скелетных мышцах. Обе цепи отличаются друг от друга по количеству, аминокислотному составу, кинетическим свойствам и структурным свойствам.

Формы H и M являются продуктом трансляции разных генов, возможно, расположенных на разных хромосомах, и которые также находятся под контролем или регуляцией разных генов. Форма H преобладает в тканях с аэробным метаболизмом, а форма M - в анаэробных тканях.

В другой номенклатуре используются буквы A, B и C для обозначения различных типов ферментов как у млекопитающих, так и у птиц. Таким образом, мышечная лактатдегидрогеназа известна как A ₄ , сердечная - как B _4, а третья называется C ₄ , которая специфична для яичек.

Экспрессия этих изоферментов регулируется как в зависимости от развития, так и от ткани.

Фермент был выделен из различных животных источников, и было определено, что его тетрамерная структура имеет среднюю молекулярную массу около 140 кДа и что сайт связывания NADH или NAD ⁺ состоит из β-складчатого листа, состоящего из шести цепей. и 4 альфа-спирали.

определение

Спектрофотометрией

Активность лактатдегидрогеназы животного происхождения определяется спектрофотометрически in vitro путем измерения изменения цвета благодаря окислительно-восстановительному процессу, который происходит во время реакции превращения пирувата в лактат.

Измерения производятся при 340 нм с помощью спектрофотометра, и определяется скорость уменьшения оптической плотности из-за окисления или «исчезновения» НАДН, который превращается в НАД ⁺ .

То есть детерминированная реакция выглядит следующим образом:

Пируват + НАД + Н ⁺ → Лактат + НАД ⁺

Ферментативное измерение должно проводиться в оптимальных условиях pH и концентрации субстратов для фермента, чтобы не было риска недооценки количества, присутствующего в образцах, из-за дефицита субстратов или из-за экстремальных условий кислотности или основности.

По иммуногистохимии

Другой, возможно, более современный метод определения присутствия лактатдегидрогеназы связан с использованием иммунологических инструментов, то есть с использованием антител.

Эти методы используют преимущество сродства между связыванием антигена с антителом, специально созданным против него, и очень полезны для быстрого определения присутствия или отсутствия ферментов, таких как LDH, в конкретной ткани.

В зависимости от цели используемые антитела должны быть специфичными для обнаружения любого из изоферментов или любого белка с активностью лактатдегидрогеназы.

Зачем определять лактатдегидрогеназу?

Определение этого фермента выполняется для разных целей, но в основном для клинической диагностики некоторых состояний, включая инфаркт миокарда и рак.

На клеточном уровне высвобождение лактатдегидрогеназы считается одним из параметров, определяющих возникновение некротических или апоптотических процессов, поскольку плазматическая мембрана становится проницаемой.

Продукты реакции, которую он катализирует, также можно определить в ткани, чтобы определить, преобладает ли анаэробный метаболизм по какой-либо конкретной причине.

реакция

Как упоминалось ранее, фермент лактатдегидрогеназа, систематическое название которого (S) -лактат: НАД ⁺ дегидрогеназа, катализирует превращение лактата в пируват зависимым от НАД ⁺ образом или наоборот, что происходит благодаря переносу гидрид-ион (H ^- ) от пирувата до лактата или от НАДН до окисленного пирувата.

Схема и механизм реакции лактатдегидрогеназы (Источник: Jazzlw через Wikimedia Commons)

НАД ⁺ имеет блок АДФ и другую нуклеотидную группу, полученную из никотиновой кислоты, также называемую ниацином или витамином B _3, и этот кофермент участвует во множестве реакций, имеющих большое биологическое значение.

Важно отметить, что равновесие в этой реакции смещено в сторону лактата, и было показано, что фермент также способен окислять другие (S) -2-гидроксимонокарбоновые кислоты и использовать, хотя и менее эффективно, НАДФ ⁺ в качестве субстрата.

В зависимости от рассматриваемой области тела и, в то же время, от его метаболических характеристик, связанных с наличием или отсутствием кислорода, ткани производят разное количество лактата, продукта реакции, катализируемой ЛДГ.

Если вы рассмотрите, например, эритроцит (эритроцит), в котором отсутствуют митохондрии, которые могут метаболизировать пируват, образующийся во время гликолиза, до CO ₂ и воды, то можно сказать, что это основные продуцирующие лактат клетки в организме человека, поскольку что весь пируват превращается в лактат под действием лактатдегидрогеназы.

С другой стороны, если рассматривать клетки печени и клетки скелетных мышц, они несут ответственность за производство минимального количества лактата, поскольку он быстро метаболизируется.

Нормальные значения

Концентрация лактатдегидрогеназы в сыворотке крови является продуктом экспрессии нескольких изоферментов в печени, сердце, скелетных мышцах, эритроцитах и опухолях, среди прочего.

В сыворотке крови нормальный диапазон активности лактатдегидрогеназы составляет от 260 до 850 Ед / мл (единиц на миллилитр) со средним значением 470 ± 130 Ед / мл. Между тем, гемолизаты крови имеют активность ЛДГ, которая колеблется от 16 000 до 67 000 Ед / мл, что в среднем эквивалентно 34 000 ± 12 000 Ед / мл.

Что значит высокий ЛДГ?

Количественное определение концентрации лактатдегидрогеназы в сыворотке крови имеет важное значение при диагностике некоторых заболеваний сердца, печени, крови и даже рака.

Высокие уровни активности ЛДГ были обнаружены у пациентов с инфарктами миокарда (как экспериментальными, так и клиническими), а также у онкологических больных, особенно у женщин с раком эндометрия, яичников, груди и матки.

В зависимости от конкретного изофермента, обнаруженного в «избыточной» или высокой концентрации, многие лечащие врачи используют количественное определение изоферментов лактатдегидрогеназы для определения повреждения ткани (тяжелого или хронического).

Ссылки

Бергмейер, Х., Бернт, Э., и Гесс, Б. (1961). Молочная дегидрогеназа. Методы ферментативного анализа. Verlag Chemie, GmbH.
Чанг, Ф., Цуджубо, Х., Бхаттачарья, У., Шариф, Ф., и Ли, С. (1985). Геномная организация гена лактатдегидрогеназы-А человека. Биохимический журнал, 231, 537-541.
Де Беккер, Д. (2003). Лактоацидоз. Intensive Care MEd, 29, 699–702.
Эверс, Дж., И Каплан, Н. (1973). Лактатдегидрогеназы: структура и функции. В достижениях в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии (стр. 61–133).
Фокс, SI (2006). Физиология человека (9-е изд.). Нью-Йорк, США: McGraw-Hill Press.
Хьюджген, Х., Сандерс, GTB, Костер, Р.В., Врикен, Дж., И Боссайт, PMM (1997). Клиническое значение лактатдегидрогеназы в сыворотке: количественный обзор. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
Номенклатурный комитет Международного союза биохимии и молекулярной биологии (NC-IUBMB). (2019). Получено с www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html.
Rawn, JD (1998). Биохимия. Берлингтон, Массачусетс: Нил Паттерсон Паблишерс.
Усатеги-Гомес, М., Уикс, Р.В., и Уоршоу, М. (1979). Иммунохимическое определение сердечного изофермента лактатдегидрогеназы (LDH1) в сыворотке крови человека. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Активность лактодегидрогеназы в крови. Экспериментальная биология и медицина, 90, 210–215.

LDH: ФУНКЦИИ, РЕШИМОСТЬ, РЕАКЦИЯ, НОРМАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025