LDH: ФУНКЦІЇ, ВИЗНАЧЕННЯ, РЕАКЦІЯ, НОРМАЛЬНІ ЗНАЧЕННЯ - БІОЛОГІЯ

Лактатдегідрогенази , молочна кислота - дегідрогенази, лактатдегідрогенази НАД-залежної або просто ЛДГ є фермент , що належить до групи оксидоредуктаз практично у всіх тканинах тварин, рослин і багатьох мікроорганізмів , таких як бактерії, дріжджі , і Archaea .

Ферменти цього типу позначаються цифрою EC 1.1.1.27 Комітету з ензимної номенклатури і відповідають за реакцію, яка перетворює лактат у піруват (шляхом окислення) і навпаки (шляхом відновлення), окислюючи або знижуючи нікотинамід-аденінудинуклеотиди ( NAD + і NADH) у процесі, відомому як молочна ферментація.

Кристалічна структура лактатдегідрогенази B (Джерело: Bcndoye через Wikimedia Commons)

На відміну від алкогольного бродіння, яке відбувається лише у деяких мікроорганізмів, таких як дріжджі, і які використовують гліколітичний піруват для виробництва етанолу, молочна ферментація відбувається у багатьох організмах та тканинах організму різних живих істот.

Цей важливий фермент для клітинного обміну був викристалізований з скелетних м'язів щурів у 40-х роках минулого століття, і на сьогоднішній день найкраще характеризуються скелетні м’язи та тканини серця ссавців.

У "вищих" тварин фермент використовує L-ізомер лактату (L-лактат) для отримання пірувату, але деякі "нижчі" тварини та бактерії виробляють D-лактат з пірувату, отриманий гліколізом.

Лактатдегідрогеназа зазвичай експресується в основному в тканинах або клітинах в анаеробних умовах (при низькому кровопостачанні), які у людини, наприклад, можуть характеризувати такі патологічні стани, як рак, захворювання печінки або серця.

Однак перетворення пірувату в лактат характерно для м'язів під час фізичних навантажень та рогівки ока, яка погано кисню.

Особливості

Лактатдегідрогеназа виконує багато функцій у численних обмінних шляхах. Це центр делікатного балансу між катаболічним та анаболічним вуглеводними шляхами.

Під час аеробного гліколізу піруват (останній продукт маршруту сам по собі) може використовуватися як субстрат для комплексу ферментів піруватдегідрогенази, за допомогою якого він декарбоксилюється, вивільняючи молекули ацетил-КоА, що використовуються в нижній течії, метаболічно кажучи, в Цикл Кребса.

В анаеробному гліколізі, навпаки, на останньому етапі гліколізу утворюється піруват, але це використовується лактатдегідрогеназою для отримання лактату та НАД ⁺ , що відновлює НАД ^+, який використовувався під час реакції, каталізованої гліцеральдегідом 3- фосфатдегідрогеназа.

Оскільки під час анаеробіозу основним джерелом вироблення енергії у формі АТФ є гліколіз, лактатдегідрогеназа відіграє основну роль у переокисленні НАДГ, що виробляється на попередніх етапах гліколітичного шляху, необхідного для функціонування інших супутніх ферментів.

Лактатдегідрогеназа також бере участь у глікогенезі, який відбувається в тканинах, які перетворюють лактат на глікоген, а в деяких аеробних тканинах, таких як серце, лактат є паливом, яке повторно окислюється для отримання енергії та зменшення енергії у вигляді АТФ і NAD ⁺ відповідно.

Характеристика та структура

У природі існує безліч молекулярних форм лактатдегідрогенази. Лише на тваринах було встановлено, що існує п'ять лактатдегідрогеназних активностей, усі тетрамерні і по суті складаються з двох типів поліпептидних ланцюгів, відомих як Н і М субодиниць (які можуть бути гомо- або гетеротетрамерічними).

Форма Н, як правило, знаходиться в серцевій тканині, тоді як форма М виявлена в скелетних м'язах. Обидві ланцюги відрізняються один від одного за достатністю, амінокислотним складом, кінетичними властивостями та структурними властивостями.

Форми Н і М - це поступальний продукт різних генів, можливо, розташованих на різних хромосомах, які також знаходяться під контролем або регуляцією різних генів. Форма Н переважає в тканинах з аеробним обміном, а форма М - в анаеробних тканинах.

Інший тип номенклатури використовує літери A, B і C для різних типів ферментів як у ссавців, так і у птахів. Таким чином, лактатна дегідрогеназа м’язів відома як A ₄ , серцева як B _4, а третя називається C ₄ , що характерно для яєчок.

Експресія цих ізоферментів регулюється як залежною від розвитку, так і тканинно-залежною.

Фермент був виділений з різних джерел тваринного походження, і було визначено, що його тетрамерна структура має середню молекулярну масу близько 140 кДа і що місце зв'язування для NADH або NAD ⁺ складається з β-складеного листа, складеного з шести ланцюгів і 4 альфа-спіралі.

Визначення

Шляхом спектрофотометрії

Активність лактатдегідрогенази тваринного походження визначається спектрофотометрично in vitro шляхом вимірювання зміни кольору завдяки окисно-відновлювальному процесу, який відбувається під час реакції перетворення пірувату в лактат.

Вимірювання проводяться на 340 нм спектрофотометром і визначається швидкість зниження оптичної щільності внаслідок окислення або "зникнення" НАДН, що перетворюється на НАД ⁺ .

Тобто визначена реакція така:

Піруват + НАДН + Н ⁺ → Лактат + НАД ⁺

Ензиматичне вимірювання повинно проводитися в оптимальних умовах рН та концентрації субстратів для ферменту, щоб не було ризику недооцінки кількості присутніх у зразках через дефіцит субстратів або через екстремальні умови кислотності чи основної речовини.

За допомогою імуногістохімії

Інший метод, можливо трохи сучасніший, для визначення наявності лактатдегідрогенази пов'язаний із застосуванням імунологічних засобів, тобто із застосуванням антитіл.

Ці методи використовують перевагу спорідненості між зв'язуванням антигену з антитілом, специфічно створеним проти нього, і є дуже корисними для швидкого визначення наявності або відсутності ферментів, таких як ЛДГ у певній тканині.

Залежно від призначення, використовувані антитіла повинні бути специфічними для виявлення будь-якого із ізоферментів або будь-якого білка з активністю лактатдегідрогенази.

Чому визначають лактатдегідрогеназу?

Визначення цього ферменту проводиться для різних цілей, але переважно для клінічної діагностики деяких станів, включаючи інфаркт міокарда та рак.

На клітинному рівні вивільнення лактатдегідрогенази вважається одним із параметрів для визначення виникнення некротичних або апоптотичних процесів, оскільки плазматична мембрана стає проникною.

Продукти реакції, яку він каталізує, також можна визначити в тканині, щоб визначити, чи переважає анаеробний метаболізм з якоїсь конкретної причини.

Реакція

Як було зазначено спочатку, фермент лактатдегідрогеназа, систематизована назва якої (S) -лактат: НАД ⁺ дегідрогеназа, каталізує перетворення лактату в піруват залежним від NAD ⁺ способом, або навпаки, що відбувається завдяки передачі a гідрид-іон (H ^- ) від пірувату до лактату або від NADH до окисленого пірувату.

Схема та механізм реакції лактатдегідрогенази (Джерело: Jazzlw через Wikimedia Commons)

NAD ⁺ має ADP-одиницю та іншу нуклеотидну групу, отриману з нікотинової кислоти, яку також називають ніацином або вітаміном B _3, і цей кофермент бере участь у багатьох реакціях, що мають велике біологічне значення.

Важливо підкреслити, що рівновага у зазначеній реакції зміщується у бік лактатної сторони, і було показано, що фермент також здатний окислювати інші (S) -2-гідроксимонокарбонові кислоти та використовувати, хоча менш ефективно, НАДФ ⁺ як субстрат.

Залежно від регіону розглянутого тіла і, в той же час, від його метаболічних характеристик щодо наявності чи відсутності кисню тканини виробляють різну кількість лактату, продукту реакції, каталізованої ЛДГ.

Якщо розглядати, наприклад, еритроцити (еритроцити), у яких не вистачає мітохондрій, які можуть метаболізувати піруват, що утворюється під час гліколізу до CO ₂ та води, то можна сказати, що це основні клітини, що виробляють лактат в організмі людини, оскільки що весь піруват перетворюється на лактат лактатдегідрогеназою.

З іншого боку, якщо вважати клітини печінки та клітини скелетних м’язів, вони відповідають за вироблення мінімальної кількості лактату, оскільки він швидко метаболізується.

Нормальні значення

Концентрація лактатдегідрогенази в сироватці крові є продуктом експресії декількох ізоферментів у печінці, серці, скелетних м’язах, еритроцитах та пухлинах.

У сироватці крові нормальний діапазон активності лактатдегідрогенази становить від 260 до 850 ОД / мл (одиниць на мілілітр), середнє значення - 470 ± 130 ОД / мл. Тим часом гемолізати крові мають активність ЛПГ, яка коливається між 16 000 та 67 000 ОД / мл, що еквівалентно в середньому 34 000 ± 12 000 Од / мл.

Що означає мати високий рівень ЛДГ?

Кількісне визначення концентрації лактатдегідрогенази в сироватці крові має важливе значення в діагностиці деяких захворювань серця, печінки, крові та навіть раку.

Високий рівень активності ЛПНЩ виявлено у пацієнтів з інфарктами міокарда (як експериментальними, так і клінічними), а також у онкохворих, зокрема у жінок з раком ендометрія, яєчників, молочної залози та матки.

Залежно від конкретного ізозиму, який перебуває у «надлишку» або високій концентрації, багатолікарські лікарі використовують кількісне визначення ізоферментів лактатдегідрогенази для визначення пошкодження тканин (важкого або хронічного).

Список літератури

Бергмейєр, Х., Бернт, Е., і Гесс, Б. (1961). Молочна дегідрогеназа. Методи ферментативного аналізу. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Геномна організація гена лактатдегідрогенази-A людини. Біохімічний журнал, 231, 537-541.
Де Бекер, Д. (2003). Лактоацидоз. Інтенсивна терапія MEd, 29, 699–702.
Everse, J., & Kaplan, N. (1973). Лактатні дегідрогенази: структура та функція. У розвитку ензимології та суміжних областях молекулярної біології (с. 61–133).
Фокс, С.І. (2006). Фізіологія людини (9-е видання). Нью-Йорк, США: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., & Bossuyt, PMM (1997). Клінічна цінність лактатдегідрогенази в сироватці крові: кількісний огляд. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
Комітет з номенклатури Міжнародного союзу біохімії та молекулярної біології (NC-IUBMB). (2019). Отримано з www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). Біохімія. Берлінгтон, Массачусетс: Видавництво Ніла Паттерсона.
Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). Імунохімічне визначення серцевого ізоферменту лактатдегідрогенази (LDH1) у сироватці людини. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Активність молочної дегідрогенази в крові. Експериментальна біологія та медицина, 90, 210–215.

LDH: ФУНКЦІЇ, ВИЗНАЧЕННЯ, РЕАКЦІЯ, НОРМАЛЬНІ ЗНАЧЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025