LDH: ФУНКЦИИ, ОПРЕДЕЛЯНЕ, РЕАКЦИЯ, НОРМАЛНИ СТОЙНОСТИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В дехидрогеназа лактат, млечна киселина дехидрогеназа, лактат дехидрогеназа NAD-зависими или просто LDH е ензим, който принадлежи към групата на оксидоредуктази е практически във всички животински тъкани, растения и много микроорганизми като бактерии, дрожди, и Archaea,

Ензимите от този тип се означават с числото ЕК 1.1.1.27 на Комитета по ензимната номенклатура и отговарят за реакцията, която превръща лактата в пируват (чрез окисляване) и обратно (чрез редукция), окисляване или редуциране на никотинамид аденинови динуклеотиди (NAD + и NADH) в процеса, известен като млечна ферментация.

Кристална структура на лактатдехидрогеназа В (Източник: Bcndoye чрез Wikimedia Commons)

За разлика от алкохолната ферментация, която се среща само при някои микроорганизми като дрожди и която използва гликолитичен пируват за производството на етанол, млечнокиселата ферментация се осъществява в много организми и тъкани на тялото на различни живи същества.

Този важен ензим за клетъчния метаболизъм е кристализиран от скелетния мускул на плъхове през 40-те години на миналия век и до този момент най-добре се характеризират скелетните мускули и сърдечната тъкан на бозайниците.

При "висши" животни ензимът използва L изомера на лактат (L-лактат) за производството на пируват, но някои "по-ниски" животни и бактерии произвеждат D-лактат от пируват, получен чрез гликолиза.

Лактат дехидрогеназата обикновено се експресира главно в тъкани или клетки при анаеробни условия (с ниско кръвоснабдяване), които при хора например могат да характеризират патологични състояния като рак, чернодробни или сърдечни състояния.

Преобразуването на пируват в лактат обаче е характерно за мускулите по време на упражнения и за роговицата на окото, която е слабо оксигенирана.

Характеристика

Лактат дехидрогеназата обслужва множество функции в множество метаболитни пътища. Той е центърът на деликатния баланс между катаболните и анаболните въглехидратни пътища.

По време на аеробната гликолиза, пируватът (последният продукт от маршрута сам по себе си) може да бъде използван като субстрат за ензимния комплекс пируват дехидрогеназа, чрез който той се декарбоксилира, отделяйки молекули ацетил-КоА, които се използват надолу по веригата, метаболично казано, в Цикъл на Кребс.

При анаеробната гликолиза, напротив, последният етап на гликолиза произвежда пируват, но това се използва от лактат дехидрогеназа за получаване на лактат и NAD ⁺, който възстановява NAD ^+, който е използван по време на реакцията, катализирана от глицералдехид 3- фосфат дехидрогеназа.

Тъй като по време на анаеробиозата основният източник на производство на енергия под формата на АТФ е гликолизата, лактатдехидрогеназата играе основна роля за повторното окисляване на NADH, произведено в предишни етапи на гликолитичния път, от съществено значение за функционирането на други свързани ензими.

Лактат дехидрогеназата също участва в гликогенезата, която се осъществява в тъканите, които превръщат лактата в гликоген, а в някои аеробни тъкани като сърцето, лактатът е гориво, което се реокислява за производството на енергия и намаляване на мощността под формата на АТФ и NAD ⁺, съответно.

Характеристики и структура

В природата има множество молекулярни форми на лактат дехидрогеназа. Само при животни е установено, че има пет активности на лактат дехидрогеназа, всички тетрамерни и по същество съставени от два вида полипептидни вериги, известни като Н и М субединици (които могат да бъдат хомо- или хетеротетрамерни).

H формата обикновено се намира в сърдечната тъкан, докато M формата е открита в скелетния мускул. И двете вериги се различават една от друга по изобилие, състав на аминокиселини, кинетични свойства и структурни свойства.

Формите на Н и М са транслационният продукт на различни гени, евентуално разположени върху различни хромозоми и които също са под контрола или регулирането на различни гени. Формата Н е преобладаваща в тъканите с аеробен метаболизъм, а M формата в анаеробните тъкани.

Друг вид номенклатура използва буквите A, B и C за различните видове ензими както при бозайници, така и при птици. Така, мускулна лактат дехидрогеназа е известен като ₄, сърдечна като В ₄ и трета се нарича C ₄, който е специфичен за тестисите.

Експресията на тези изоензими се регулира както от развитието, така и от тъканите.

Ензимът е изолиран от различни животински източници и е установено, че неговата тетрамерна структура има средно молекулно тегло от около 140 kDa и че мястото на свързване на NADH или NAD ⁺ се състои от β-сгънат лист, съставен от шест вериги и 4 алфа спирали.

Решителност

Чрез спектрофотометрия

Активността на лактат дехидрогеназа от животински произход се определя спектрофотометрично in vitro чрез измервания на промяна на цвета благодарение на окислително-редукционния процес, протичащ по време на реакцията на превръщане на пируват в лактат.

Измерванията се извършват при 340 nm със спектрофотометър и се определя скоростта на намаляване на оптичната плътност поради окисляване или "изчезване" на NADH, която се превръща в NAD ⁺.

Тоест, определената реакция е следната:

Пируват + NADH + H ⁺ → лактат + NAD ⁺

Ензимното измерване трябва да се извърши в оптимални условия на рН и концентрация на субстрати за ензима, така че да няма риск от подценяване на количеството, присъстващо в пробите, поради дефицит на субстрати или поради екстремни условия на киселинност или основна способност.

Чрез имунохистохимия

Друг метод, може би малко по-модерен, за определяне на наличието на лактат дехидрогеназа има общо с използването на имунологични средства, тоест с използването на антитела.

Тези методи се възползват от афинитета между свързването на антиген с специфично генерирано срещу него антитяло и са много полезни за бързото определяне на присъствието или отсъствието на ензими като LDH в определена тъкан.

В зависимост от целта, използваните антитела трябва да са специфични за откриване на който и да е от изоензимите или на всеки протеин с активност на лактат дехидрогеназа.

Защо да определяме лактат дехидрогеназа?

Определянето на този ензим се извършва за различни цели, но главно за клиничната диагноза на някои състояния, включително инфаркт на миокарда и рак.

На клетъчно ниво освобождаването на лактат дехидрогеназа се счита за един от параметрите за определяне на появата на некротични или апоптотични процеси, тъй като плазмената мембрана става пропусклива.

Продуктите на реакцията, която тя катализира, могат също да бъдат определени в тъкан, за да се определи дали анаеробният метаболизъм преобладава по някаква конкретна причина.

реакция

Както беше споменато първоначално, ензимът лактат дехидрогеназа, чието систематично наименование е (S) -лактат: NAD ⁺ дехидрогеназа, катализира превръщането на лактат в пируват по зависим от NAD ⁺ начин, или обратното, което се случва благодарение на прехвърлянето на хидриден йон (H ^-) от пируват до лактат или от NADH до окислен пируват.

Схема и механизъм за реакция на лактат дехидрогеназа (Източник: Jazzlw чрез Wikimedia Commons)

NAD ⁺ има ADP единица и друга нуклеотидна група, получена от никотинова киселина, наричана също ниацин или витамин В3 , и този коензим участва в множество реакции с голямо биологично значение.

Важно е да се подчертае, че равновесието в тази реакция се измества към лактатната страна и е показано, че ензимът също е способен да окислява други (S) -2-хидроксимонокарбоксилни киселини и да използва, макар и по-малко ефективно, NADP ⁺ като субстрат.

В зависимост от разглеждания регион на тялото и в същото време от неговите метаболитни характеристики във връзка с наличието или липсата на кислород, тъканите произвеждат различни количества лактат, продукт на реакцията, катализирана от LDH.

Ако вземете предвид например червени кръвни клетки (еритроцити), при които липсва митохондрия, която може да метаболизира пирувата, произведен по време на гликолиза до CO ₂ и вода, тогава може да се каже, че това са основните клетки, произвеждащи лактат в човешкото тяло, тъй като че целият пируват се превръща в лактат чрез лактат дехидрогеназа.

От друга страна, ако се вземат предвид клетките на черния дроб и скелетните мускулни клетки, те са отговорни за производството на минимално количество лактат, тъй като той бързо се метаболизира.

Нормални стойности

Концентрацията на лактат дехидрогеназа в кръвния серум е продукт на експресията на няколко изоензима в черния дроб, сърцето, скелетния мускул, еритроцитите и туморите.

В кръвния серум нормалните граници на активността на лактат дехидрогеназата са между 260 и 850 U / ml (единици на милилитър), със средна стойност 470 ± 130 U / ml. Междувременно кръвните хемолизати имат LDH активност, която варира между 16 000 и 67 000 U / ml, което е еквивалентно на средно 34 000 ± 12 000 U / ml.

Какво означава да имаш висок LDH?

Количественото определяне на концентрацията на лактат дехидрогеназа в кръвния серум има важна стойност при диагностицирането на някои сърдечни заболявания, черен дроб, кръв и дори ракови заболявания.

Установени са високи нива на активност на LDH при пациенти с миокарден инфаркт (експериментален и клиничен), както и при пациенти с рак, по-специално при жени с рак на ендометриума, яйчниците, гърдата и матката.

В зависимост от конкретния изозим, който е в "излишък" или висока концентрация, количественото определяне на изоензимите на лактат дехидрогеназа се използва от много лекуващи лекари за определяне на тъканното увреждане (тежко или хронично).

Препратки

1. Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Млечна дехидрогеназа. Методи за ензимен анализ. Verlag Chemie, GmbH.
2. Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Геномна организация на човешкия лактат дехидрогеназа-A ген. Биохимичен вестник, 231, 537-541.
3. De Becker, D. (2003). Млечна ацидоза. Интензивно лечение MEd, 29, 699–702.
4. Everse, J., & Kaplan, N. (1973). Лактатни дехидрогенази: структура и функция. Напредък в ензимологията и свързаните с нея области на молекулярната биология (стр. 61–133).
5. Fox, SI (2006). Човешка физиология (9-то изд.). Ню Йорк, САЩ: McGraw-Hill Press.
6. Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., & Bossuyt, PMM (1997). Клиничната стойност на лактатдехидрогеназата в серума: количествен преглед. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
7. Комитет по номенклатурата на Международния съюз по биохимия и молекулярна биология (NC-IUBMB). (2019). Извлечено от www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
8. Rawn, JD (1998). Биохимия. Бърлингтън, Масачузетс: Нийл Патерсън Издатели.
9. Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). Имунохимично определяне на сърдечния изоензим на лактатдехидрогеназата (LDH1) в човешки серум. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
10. Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Млечно-дегидрогеназна активност в кръвта. Експериментална биология и медицина, 90, 210–215.