LDH: FUNKCJE, OZNACZANIE, REAKCJA, WARTOŚCI NORMALNE - BIOLOGIA

Dehydrogenazy mleczanowej , dehydrogenazy kwasu mlekowego, mleczanu dehydrogenazy zależne od NAD lub po prostu LDH jest enzymem, należące do grupy oksydoreduktaz są praktycznie we wszystkich tkankach zwierząt, roślin i wiele drobnoustrojów takich jak bakterie, drożdże , i archeowce .

Enzymy tego typu są oznaczone numerem EC 1.1.1.27 Komitetu Nomenklatury Enzymów i są odpowiedzialne za reakcję, która przekształca mleczan w pirogronian (przez utlenianie) i odwrotnie (przez redukcję), utleniając lub redukując dinukleotydy nikotynamidoadeninowe ( NAD + i NADH) w procesie zwanym fermentacją mlekową.

Struktura krystaliczna dehydrogenazy mleczanowej B (źródło: Bcndoye via Wikimedia Commons)

W przeciwieństwie do fermentacji alkoholowej, która zachodzi tylko w niektórych mikroorganizmach, takich jak drożdże, a do produkcji etanolu wykorzystuje się pirogronian glikolityczny, fermentacja mlekowa zachodzi w wielu organizmach i tkankach ciała różnych istot żywych.

Ten ważny enzym dla metabolizmu komórkowego został wykrystalizowany z mięśni szkieletowych szczurów w latach czterdziestych XX wieku i do chwili obecnej najlepiej scharakteryzowano ten z mięśni szkieletowych i tkanki sercowej ssaków.

U „wyższych” zwierząt enzym wykorzystuje L-izomer mleczanu (L-mleczan) do produkcji pirogronianu, ale niektóre „niższe” zwierzęta i bakterie wytwarzają D-mleczan z pirogronianu uzyskanego w wyniku glikolizy.

Dehydrogenaza mleczanowa jest zwykle wyrażana głównie w tkankach lub komórkach w warunkach beztlenowych (przy niskim ukrwieniu), które, na przykład, u ludzi mogą charakteryzować stany patologiczne, takie jak rak, choroby wątroby lub serca.

Jednak konwersja pirogronianu do mleczanu jest typowa dla mięśni podczas wysiłku i rogówki oka, która jest słabo dotleniona.

cechy

Dehydrogenaza mleczanowa pełni różnorodne funkcje w wielu szlakach metabolicznych. Stanowi centrum delikatnej równowagi między katabolicznymi i anabolicznymi drogami węglowodanowymi.

Podczas glikolizy tlenowej pirogronian (ostatni produkt tej drogi per se) może być stosowany jako substrat dla kompleksu enzymatycznego dehydrogenazy pirogronianowej, w wyniku którego ulega dekarboksylacji, uwalniając cząsteczki acetylo-CoA, które są wykorzystywane w dalszej części, mówiąc metabolicznie, w Cykl Krebsa.

W przypadku glikolizy beztlenowej, przeciwnie, ostatni etap glikolizy wytwarza pirogronian, ale jest on wykorzystywany przez dehydrogenazę mleczanową do produkcji mleczanu i NAD ⁺ , który przywraca NAD ^+, który był używany podczas reakcji katalizowanej przez aldehyd glicerynowy 3- dehydrogenaza fosforanowa.

Ponieważ głównym źródłem produkcji energii w postaci ATP podczas beztlenowej jest glikoliza, dehydrogenaza mleczanowa odgrywa fundamentalną rolę w ponownym utlenianiu NADH wytwarzanego w poprzednich etapach szlaku glikolitycznego, niezbędnego do funkcjonowania innych pokrewnych enzymów.

Dehydrogenaza mleczanowa jest również zaangażowana w glikogenezę zachodzącą w tkankach, które przekształcają mleczan w glikogen, aw niektórych tkankach tlenowych, takich jak serce, mleczan jest paliwem, które jest ponownie utleniane w celu produkcji energii i redukcji mocy w postaci ATP i Odpowiednio NAD ⁺ .

Charakterystyka i struktura

W naturze występuje wiele form molekularnych dehydrogenazy mleczanowej. Jedynie u zwierząt stwierdzono, że istnieje pięć aktywności dehydrogenazy mleczanowej, wszystkie tetrameryczne i zasadniczo złożone z dwóch typów łańcuchów polipeptydowych znanych jako podjednostki H i M (które mogą być homo- lub heterotetrameryczne).

Forma H jest zwykle znajdowana w tkance serca, podczas gdy forma M została wykryta w mięśniach szkieletowych. Oba łańcuchy różnią się od siebie liczebnością, składem aminokwasów, właściwościami kinetycznymi i właściwościami strukturalnymi.

Formy H i M są produktem translacji różnych genów, prawdopodobnie zlokalizowanych na różnych chromosomach, i które są również pod kontrolą lub regulacją różnych genów. Forma H dominuje w tkankach z metabolizmem tlenowym, a forma M w tkankach beztlenowych.

Inny rodzaj nomenklatury wykorzystuje litery A, B i C dla różnych typów enzymów zarówno u ssaków, jak i ptaków. Tak więc, dehydrogenazy mleczanowej mięśni jest znany jako ₄ , serca jako B ₄ i trzeci nazywa C ₄ , które jest specyficzne dla jąder.

Ekspresja tych izoenzymów jest regulowana zarówno w zależności od rozwoju, jak i tkanki.

Enzym został wyizolowany z różnych źródeł zwierzęcych i ustalono, że jego struktura tetrameryczna ma średnią masę cząsteczkową około 140 kDa i że miejsce wiązania NADH lub NAD ⁺ składa się z pofałdowanego arkusza złożonego z sześciu łańcuchów i 4 helisy alfa.

Determinacja

Spektrofotometrią

Aktywność dehydrogenazy mleczanowej pochodzenia zwierzęcego jest określana spektrofotometrycznie in vitro poprzez pomiary zmiany barwy dzięki procesowi redoks, który zachodzi podczas reakcji konwersji pirogronianu do mleczanu.

Pomiary wykonuje się przy 340nm za pomocą spektrofotometru i określa się szybkość spadku gęstości optycznej w wyniku utleniania lub „zaniku” NADH, który jest konwertowany do NAD ⁺ .

Oznacza to, że określona reakcja jest następująca:

Pirogronian + NADH + H ⁺ → Mleczan + NAD ⁺

Pomiar enzymatyczny należy przeprowadzać w optymalnych warunkach pH i stężenia substratów dla enzymu, tak aby nie było ryzyka niedoszacowania ilości obecnych w próbkach z powodu niedoboru substratów lub ekstremalnych warunków kwasowości lub zasadowości.

Poprzez immunohistochemię

Inna, być może nieco nowocześniejsza metoda oznaczania obecności dehydrogenazy mleczanowej polega na zastosowaniu narzędzi immunologicznych, czyli przy użyciu przeciwciał.

Metody te wykorzystują powinowactwo między wiązaniem antygenu z przeciwciałem specyficznie wytworzonym przeciwko niemu i są bardzo przydatne do szybkiego określania obecności lub braku enzymów, takich jak LDH, w określonej tkance.

W zależności od celu, użyte przeciwciała muszą być specyficzne do wykrywania któregokolwiek z izoenzymów lub dowolnego białka o aktywności dehydrogenazy mleczanowej.

Po co określać dehydrogenazę mleczanową?

Oznaczanie tego enzymu przeprowadza się w różnych celach, ale głównie do diagnostyki klinicznej niektórych schorzeń, w tym zawału mięśnia sercowego i raka.

Na poziomie komórkowym uwolnienie dehydrogenazy mleczanowej uznano za jeden z parametrów określających występowanie procesów nekrotycznych lub apoptotycznych, ponieważ błona plazmatyczna staje się przepuszczalna.

Produkty reakcji, które katalizuje, można również określić w tkance w celu ustalenia, czy z jakiegoś szczególnego powodu przeważa metabolizm beztlenowy.

Reakcja

Jak wspomniano na początku, enzym dehydrogenaza mleczanowa, którego nazwa systematyczna to (S) -mleczan: dehydrogenaza NAD ⁺ , katalizuje przemianę mleczanu w pirogronian w sposób zależny od NAD ⁺ lub odwrotnie, co następuje dzięki przeniesieniu jon wodorkowy (H ^- ) z pirogronianu do mleczanu lub z NADH do utlenionego pirogronianu.

Schemat i mechanizm reakcji dehydrogenazy mleczanowej (źródło: Jazzlw za Wikimedia Commons)

NAD ⁺ ma jednostkę ADP i inną grupę nukleotydów pochodzącą z kwasu nikotynowego, zwaną także niacyną lub witaminą B _3, a koenzym ten bierze udział w wielu reakcjach o dużym znaczeniu biologicznym.

Należy podkreślić, że równowaga w tej reakcji jest przesunięta w stronę mleczanu i wykazano, że enzym jest również zdolny do utleniania innych kwasów (S) -2-hydroksymonokarboksylowych i stosowania, chociaż mniej wydajnie, NADP ⁺ jako substratu.

W zależności od rozpatrywanego obszaru ciała i jednocześnie od jego charakterystyki metabolicznej związanej z obecnością lub brakiem tlenu, tkanki wytwarzają różne ilości mleczanu, produktu reakcji katalizowanego przez LDH.

Jeśli weźmiemy pod uwagę na przykład czerwoną krwinkę (erytrocyt), która nie ma mitochondriów, które mogą metabolizować pirogronian wytwarzany podczas glikolizy do CO ₂ i wody, można powiedzieć, że są to główne komórki wytwarzające mleczan w ludzkim organizmie, ponieważ że cały pirogronian jest przekształcany w mleczan przez dehydrogenazę mleczanową.

Z drugiej strony, jeśli weźmie się pod uwagę komórki wątroby i komórki mięśni szkieletowych, są one odpowiedzialne za produkcję minimalnej ilości mleczanu, ponieważ jest on szybko metabolizowany.

Wartości normalne

Stężenie dehydrogenazy mleczanowej w surowicy krwi jest wynikiem ekspresji kilku izoenzymów między innymi w wątrobie, sercu, mięśniach szkieletowych, erytrocytach i nowotworach.

W surowicy krwi normalne zakresy aktywności dehydrogenazy mleczanowej mieszczą się między 260 a 850 U / ml (jednostki na mililitr), przy średniej wartości 470 ± 130 U / ml. Tymczasem hemolizaty krwi mają aktywność LDH, która waha się od 16 000 do 67 000 U / ml, co odpowiada średnio 34 000 ± 12 000 U / ml.

Co to znaczy mieć wysokie LDH?

Oznaczanie ilościowe stężenia dehydrogenazy mleczanowej w surowicy krwi ma istotne znaczenie w diagnostyce niektórych chorób serca, wątroby, krwi, a nawet raka.

Wysokie poziomy aktywności LDH stwierdzono u pacjentów z zawałem mięśnia sercowego (zarówno eksperymentalnym, jak i klinicznym), a także u pacjentów z rakiem, szczególnie u kobiet z rakiem trzonu macicy, jajnika, piersi i macicy.

W zależności od konkretnego izozymu, który jest w „nadmiarze” lub w wysokim stężeniu, wielu lekarzy stosuje ilościowe oznaczanie izoenzymów dehydrogenazy mleczanowej do określenia uszkodzenia tkanki (ciężkiego lub przewlekłego).

Bibliografia

Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Dehydrogenaza mlekowa. Metody analizy enzymatycznej. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Organizacja genomowa ludzkiego genu dehydrogenazy mleczanowej-A. Biochemical Journal, 231, 537-541.
De Becker, D. (2003). Kwasica mleczanowa. Intensive Care MEd, 29, 699–702.
Everse, J. i Kaplan, N. (1973). Dehydrogenazy mleczanowe: struktura i funkcja. In Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology (str. 61–133).
Fox, SI (2006). Human Physiology (9th ed.). Nowy Jork, USA: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., & Bossuyt, PMM (1997). Wartość kliniczna dehydrogenazy mleczanowej w surowicy: przegląd ilościowy. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
Komitet ds. Nomenklatury Międzynarodowej Unii Biochemii i Biologii Molekularnej (NC-IUBMB). (2019). Pobrane z www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). Biochemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
Usategui-Gomez, M., Wicks, RW i Warshaw, M. (1979). Immunochemiczne oznaczanie izoenzymu dehydrogenazy mleczanowej (LDH1) serca w surowicy ludzkiej. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F. i Ladue, JS (1955). Aktywność degydrogenazy mlekowej we krwi. Experimental Biology and Medicine, 90, 210–215.

LDH: FUNKCJE, OZNACZANIE, REAKCJA, WARTOŚCI NORMALNE - BIOLOGIA - 2026