LDH: FUNKCIJE, ODREĐIVANJE, REAKCIJA, NORMALNE VRIJEDNOSTI - BIOLOGIJA

Laktat dehidrogenaze, mliječna kiselina dehidrogenaze, laktat dehidrogenaze NAD-ovisne ili jednostavno LDH je enzim koji pripada skupini oksidoreduktaze gotovo u svim tkivima životinja, biljaka i mnogih mikroorganizama kao što su bakterije, gljivice, i arheje,

Enzimi ove vrste označeni su brojem EZ 1.1.1.27 Odbora za enzimsku nomenklaturu i odgovorni su za reakciju koja pretvara laktat u piruvat (oksidacijom) i obrnuto (redukcijom), oksidaciju ili smanjenje nikotinamid adeninskih dinukleotida (NAD + i NADH) u procesu poznatom kao mliječna fermentacija.

Kristalna struktura laktatne dehidrogenaze B (Izvor: Bcndoye via Wikimedia Commons)

Za razliku od alkoholne fermentacije, koja se događa samo kod nekih mikroorganizama poput kvasca i koji koristi glikolitički piruvat za proizvodnju etanola, mliječna fermentacija odvija se u mnogim organizmima i tjelesnim tkivima različitih živih bića.

Ovaj važan enzim za stanični metabolizam kristaliziran je iz koštanih mišića štakora u četrdesetim godinama prošlog stoljeća, a do danas su najbolje okarakterizirani skeletni mišići i srčano tkivo sisavaca.

Kod "viših" životinja enzim koristi L izomer laktata (L-laktat) za proizvodnju piruvata, ali neke "niže" životinje i bakterije proizvode D-laktat iz piruvata dobivenog glikolizom.

Laktat-dehidrogenaza se obično izražava uglavnom u tkivima ili stanicama pod anaerobnim uvjetima (sa slabom opskrbom krvlju), što kod ljudi, na primjer, može karakterizirati patološka stanja poput raka, stanja jetre ili srca.

Međutim, pretvorba piruvata u laktat tipična je za mišiće tijekom vježbanja i rožnicu oka koja slabo kisikom.

Značajke

Laktat dehidrogenaza služi višestrukim funkcijama u brojnim metaboličkim putevima. Središte je osjetljive ravnoteže između kataboličkog i anaboličkog ugljikohidratnog puta.

Tijekom aerobne glikolize, piruvat (posljednji produkt puta sam po sebi) može se koristiti kao supstrat enzimskog kompleksa piruvat dehidrogenaze, kojim se dekarboksilira, oslobađajući molekule acetil-CoA koje se koriste, metabolički govoreći, nizvodno Krebsov ciklus.

Kod anaerobne glikolize, naprotiv, posljednji korak glikolize stvara piruvat, ali to laktat dehidrogenaza koristi za proizvodnju laktata i NAD ⁺, čime se obnavlja NAD ⁺ koji je korišten tijekom reakcije katalizirane gliceraldehidom 3- fosfat dehidrogenaza.

Kako je tijekom anaerobioze glavni izvor proizvodnje energije u obliku ATP-a glikoliza, laktat dehidrogenaza igra temeljnu ulogu u ponovnom oksidaciji NADH proizvedenog u prethodnim koracima glikolitičkog puta, neophodnim za funkcioniranje ostalih srodnih enzima.

Laktat dehidrogenaza je također uključena u glikogenezu koja se odvija u tkivima koja pretvaraju laktat u glikogen, a u nekim aerobnim tkivima kao što je srce, laktat je gorivo koje se ponovno oksidira za proizvodnju energije i smanjenje snage u obliku ATP-a i NAD ⁺, respektivno.

Karakteristike i struktura

U prirodi postoji više molekularnih oblika laktatne dehidrogenaze. Samo kod životinja utvrđeno je da postoji pet aktivnosti laktatne dehidrogenaze, sve tetramerne i u osnovi sastavljene od dvije vrste polipeptidnih lanaca poznatih kao H i M podjedinice (koje mogu biti homo- ili heterotetramerne).

H oblik se obično nalazi u srčanom tkivu, dok je M oblik otkriven u skeletnom mišiću. Oba se lanca međusobno razlikuju po obilju, sastavu aminokiselina, kinetičkim svojstvima i strukturnim svojstvima.

Oblici H i M su translacijski produkt različitih gena, koji se vjerojatno nalaze na različitim kromosomima, a koji su također pod kontrolom ili regulacijom različitih gena. H oblik je dominantan u tkivima s aerobnim metabolizmom, a M oblik u anaerobnim tkivima.

Druga vrsta nomenklature koristi slova A, B i C za različite vrste enzima kod sisavaca i ptica. Tako, mišića laktat-dehidrogenaze poznat kao ₄, srčana kao B ₄ i treći naziva C ₄, koja je specifična za testisa.

Ekspresija ovih izoenzima regulirana je kako od razvoja, tako i od tkiva.

Enzim je izoliran iz različitih životinjskih izvora i utvrđeno je da njegova tetramerna struktura ima prosječnu molekulsku masu od oko 140 kDa i da se mjesto vezivanja za NADH ili NAD ⁺ sastoji od β presavijenog lima sastavljenog od šest lanaca i 4 alfa helika.

odlučnost

Spektrofotometrijom

Aktivnost laktat-dehidrogenaze životinjskog podrijetla određuje se spektrofotometrijski in vitro mjerenjima promjene boje zahvaljujući redox-redoks postupku koji se odvija tijekom reakcije pretvorbe piruvat u laktat.

Mjerenja se rade na 340 nm spektrofotometrom i određuje se brzina optičke gustoće zbog oksidacije ili "nestanka" NADH, koja se pretvara u NAD ⁺.

Odnosno, reakcija je sljedeća:

Piruvat + NADH + H ⁺ → Laktat + NAD ⁺

Enzimsko mjerenje mora se provesti u optimalnim uvjetima pH i koncentracije supstrata za enzim, tako da ne postoji rizik od podcjenjivanja količine prisutne u uzorcima zbog manjka supstrata ili zbog ekstremnih uvjeta kiselosti ili bazičnosti.

Imunohistokemijom

Druga metoda, možda malo modernija, za određivanje prisutnosti laktatne dehidrogenaze ima veze s primjenom imunoloških alata, odnosno s upotrebom antitijela.

Ove metode koriste prednost afiniteta između vezanja antigena s antitijelom posebno generiranim protiv njega i vrlo su korisne za brzo određivanje prisutnosti ili odsutnosti enzima kao što je LDH u određenom tkivu.

Ovisno o namjeni, protutijela koja su korištena moraju biti specifična za otkrivanje bilo kojeg izoenzima ili bilo kojeg proteina s aktivnošću laktat dehidrogenaze.

Zašto odrediti laktat dehidrogenazu?

Određivanje ovog enzima provodi se u različite svrhe, ali uglavnom za kliničku dijagnozu nekih stanja, uključujući infarkt miokarda i rak.

Na staničnoj razini, oslobađanje laktatne dehidrogenaze smatra se jednim od parametara za utvrđivanje pojave nekrotičnih ili apoptotskih procesa, budući da plazma membrana postaje propusna.

Produkti reakcije koju katalizira također se mogu odrediti u tkivu kako bi se utvrdilo postoji li anaerobni metabolizam iz bilo kojeg određenog razloga.

reakcija

Kao što je u početku spomenuto, enzim laktat dehidrogenaza, čiji je sistematski naziv (S) -laktat: NAD ⁺ dehidrogenaza, katalizira pretvorbu laktata u piruvat na ovisan način o NAD ⁺, ili obrnuto, što se događa zahvaljujući prijenosu a hidridni ion (H ^-) iz piruvata u laktat ili od NADH do oksidiranog piruvata.

Shema i mehanizam reakcije laktatne dehidrogenaze (Izvor: Jazzlw putem Wikimedia Commons)

NAD ⁺ ima ADP jedinicu i drugu nukleotidnu skupinu koja potječe od nikotinske kiseline, koja se također naziva niacin ili vitamin B3 , a ovaj koenzim sudjeluje u višestrukim reakcijama od velike biološke važnosti.

Važno je naglasiti da je ravnoteža u navedenoj reakciji pomaknuta prema laktatnoj strani i pokazano je da je enzim također sposoban oksidirati druge (S) -2-hidroksimonokarboksilne kiseline i koristiti, iako manje učinkovito, NADP ⁺ kao supstrat.

Ovisno o regiji tijela koja se razmatra i istodobno o njezinim metaboličkim karakteristikama u odnosu na prisutnost ili odsutnost kisika, tkiva proizvode različite količine laktata, produkta reakcije koju katalizira LDH.

Ako uzmete u obzir, na primjer, crvenih krvnih stanica (eritrocita) koji nema mitohondrije koji se metabolizira piruvata proizvedene tijekom glikolize CO ₂ i vodu, onda bi se moglo reći da su to glavne stanice laktat proizvodnju u ljudskom tijelu, jer da se sav piruvat pretvara u laktat laktat dehidrogenazom.

S druge strane, ako se uzmu u obzir stanice jetre i stanice skeletnih mišića, one su odgovorne za proizvodnju minimalne količine laktata, jer se on brzo metabolizira.

Normalne vrijednosti

Koncentracija laktatne dehidrogenaze u krvnom serumu rezultat je izražavanja nekoliko izoenzima u jetri, srcu, skeletnom mišiću, eritrocitima i tumorima.

U krvnom serumu normalni rasponi aktivnosti laktat dehidrogenaze su između 260 i 850 U / ml (jedinica po mililitru), a prosječna vrijednost je 470 ± 130 U / ml. U međuvremenu, hemolizati u krvi imaju LDH aktivnost koja varira između 16.000 i 67.000 U / ml, što je ekvivalent prosjeku 34.000 ± 12.000 U / ml.

Što znači imati visoki LDH?

Kvantifikacija koncentracije laktatne dehidrogenaze u krvnom serumu ima važnu vrijednost u dijagnostici nekih bolesti srca, jetre, krvi, pa čak i karcinoma.

Utvrđene su visoke razine aktivnosti LDH kod pacijenata s infarktom miokarda (eksperimentalnim i kliničkim), kao i kod pacijenata s karcinomom, osobito kod žena s karcinomom endometrija, jajnika, dojke i maternice.

Ovisno o posebnom izozimu koji je u "višku" ili visokoj koncentraciji, kvantificiranje izoenzima laktat dehidrogenaze mnogi liječnici koriste za utvrđivanje oštećenja tkiva (teškog ili kroničnog).

Reference

Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Mliječna dehidrogenaza. Metode enzimske analize. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Genomska organizacija gena ljudske laktat dehidrogenaze-A. Biochemical Journal, 231, 537-541.
De Becker, D. (2003). Laktacidoza. Intenzivna njega MEd, 29, 699–702.
Everse, J., i Kaplan, N. (1973). Laktatne dehidrogeneze: struktura i funkcija. U napretku enzimologije i srodnih područja molekularne biologije (str. 61–133).
Fox, SI (2006). Ljudska fiziologija (9. izd.). New York, SAD: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., i Bossuyt, PMM (1997). Klinička vrijednost laktatne dehidrogenaze u serumu: kvantitativni pregled. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
Odbor za nomenklaturu Međunarodne unije za biokemiju i molekularnu biologiju (NC-IUBMB). (2019). Preuzeto s www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). Biokemija. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). Imunokemijsko određivanje srčanog izoenzima laktatne dehidrogenaze (LDH1) u ljudskom serumu. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Mliječna degydrogenase aktivnost u krvi. Eksperimentalna biologija i medicina, 90, 210–215.

LDH: FUNKCIJE, ODREĐIVANJE, REAKCIJA, NORMALNE VRIJEDNOSTI - BIOLOGIJA - 2025