LDH: FUNKCIJE, DOLOČITEV, REAKCIJA, NORMALNE VREDNOSTI - BIOLOGIJA

Laktat dehidrogenazo , mlečna kislina dehidrogenaza, laktat dehidrogenazo NAD odvisnega ali preprosto LDH je encim, ki spada v skupino oksidoreduktaze praktično v vseh tkivih živali, rastline in številnih mikroorganizmov, kot so bakterije, kvasovke , in arhej .

Encimi te vrste so označeni s številko ES 1.1.1.27 Odbora za encimsko nomenklaturo in so odgovorni za reakcijo, ki pretvori laktat v piruvat (z oksidacijo) in obratno (z redukcijo), oksidira ali zmanjša nikotinamid adeninske dinukleotide ( NAD + in NADH) v postopku, znanem kot mlečna fermentacija.

Kristalna struktura laktatne dehidrogenaze B (Vir: Bcndoye prek Wikimedia Commons)

Za razliko od alkoholne fermentacije, ki se pojavlja le pri nekaterih mikroorganizmih, kot je kvas in za proizvodnjo etanola uporablja glikolitični piruvat, mlečna fermentacija poteka v mnogih organizmih in telesnih tkivih različnih živih bitij.

Ta pomemben encim za celični metabolizem je kristaliziral iz skeletnih mišic podgane v štiridesetih letih prejšnjega stoletja in do danes sta najbolj značilna skeletna mišica in srčno tkivo sesalcev.

Pri "višjih" živalih encim uporablja L izomer laktata (L-laktat) za proizvodnjo piruvata, nekatere "nižje" živali in bakterije pa proizvajajo D-laktat iz piruvata, dobljenega z glikolizo.

Laktatna dehidrogenaza se ponavadi izraža v tkivih ali celicah v anaerobnih pogojih (z nizko oskrbo s krvjo), kar lahko na primer pri ljudeh označi patološka stanja, kot so rak, jetra ali srce.

Vendar je pretvorba piruvata v laktat značilna za mišice med vadbo in roženico očesa, ki je slabo oksigenirana.

Lastnosti

Laktat dehidrogenaza služi več funkcijam v številnih presnovnih poteh. Je središče občutljivega ravnovesja med kataboličnimi in anaboličnimi ogljikovimi hidrati.

Med aerobno glikolizo lahko piruvat (zadnji produkt poti) uporabimo kot substrat za encimski kompleks piruvat dehidrogenaze, s katerim se dekarboksilira, sprošča molekule acetil-CoA, ki se uporabljajo presnovno, v Krebsov cikel.

Nasprotno, pri anaerobni glikolizi zadnja stopnja glikolize proizvaja piruvat, vendar to laktat dehidrogenaza uporablja za proizvodnjo laktata in NAD ⁺ , ki obnavlja NAD ^+, ki je bil uporabljen med reakcijo, katalizirano z gliceraldehidom 3- fosfat dehidrogenaza.

Ker je med anaerobiozo glavni vir proizvodnje energije v obliki ATP glikoliza, ima laktat dehidrogenaza temeljno vlogo pri ponovni oksidaciji NADH, proizvedeni v prejšnjih korakih glikolitične poti, ki je ključnega pomena za delovanje drugih povezanih encimov.

Laktatna dehidrogenaza je vključena tudi v glikogenezo, ki poteka v tkivih, ki pretvorijo laktat v glikogen, v nekaterih aerobnih tkivih, kot je srce, pa je laktat gorivo, ki se ponovno oksidira, da proizvaja energijo in zmanjša moč v obliki ATP in NAD ⁺ .

Značilnosti in struktura

V naravi obstaja več molekulskih oblik laktatne dehidrogenaze. Šele pri živalih je bilo ugotovljeno, da obstaja pet aktivnosti laktatne dehidrogenaze, vse tetramerne in v bistvu sestavljene iz dveh vrst polipeptidnih verig, znanih kot H in M podenota (ki sta lahko homo- ali heterotetramerna).

Oblika H se običajno nahaja v srčnem tkivu, medtem ko je bila oblika M zaznana v skeletnih mišicah. Obe verigi se med seboj razlikujeta po številčnosti, sestavi aminokislin, kinetičnih lastnosti in strukturnih lastnosti.

Oblike H in M sta translacijski produkt različnih genov, po možnosti se nahajata na različnih kromosomih in sta tudi pod nadzorom ali regulacijo različnih genov. Oblika H prevladuje v tkivih z aerobnim metabolizmom, oblika M pa v anaerobnih tkivih.

Druga vrsta nomenklature uporablja črke A, B in C za različne vrste encimov pri sesalcih in pticah. Tako je mišična laktat dehidrogenazo znan kot ₄ , srčna kot B ₄ in tretja se imenuje C ₄ , ki je značilen za modih.

Ekspresija teh izoencimov je urejena tako od razvoja kot od tkiva.

Encim je bil izoliran iz različnih živalskih virov in ugotovili smo, da ima njegova tetramerna struktura povprečno molekulsko maso približno 140 kDa in da je vezno mesto za NADH ali NAD ⁺ sestavljeno iz β-prepognjene pločevine, sestavljene iz šestih verig in 4 alfa vijaki.

Odločnost

S spektrofotometrijo

Aktivnost laktat-dehidrogenaze živalskega izvora se določi spektrofotometrično in vitro z meritvami spremembe barve zahvaljujoč redoks postopku, ki poteka med reakcijo pretvorbe piruvat v laktat.

Meritve se izvedejo pri 340 nm s spektrofotometrom in določi se hitrost zmanjšanja optične gostote zaradi oksidacije ali "izginotja" NADH, ki se pretvori v NAD ⁺ .

To pomeni, da je določena reakcija naslednja:

Piruvat + NADH + H ⁺ → laktat + NAD ⁺

Encimatsko merjenje je treba izvesti v optimalnih pogojih pH in koncentracije substratov za encim, tako da ne obstaja nevarnost podcenjevanja količine, prisotne v vzorcih, zaradi pomanjkanja substratov ali zaradi ekstremnih pogojev kislosti ali bazičnosti.

Z imunohistokemijo

Druga metoda, morda nekoliko bolj moderna, za določanje prisotnosti laktatne dehidrogenaze ima povezavo z uporabo imunoloških orodij, torej z uporabo protiteles.

Te metode izkoriščajo afiniteto med vezanjem antigena s protitelesom, ki je posebej ustvarjeno proti njemu, in so zelo koristne za hitro določanje prisotnosti ali odsotnosti encimov, kot je LDH v določenem tkivu.

Glede na namen morajo biti uporabljena protitelesa specifična za odkrivanje katerega koli izoencima ali katerega koli proteina z aktivnostjo laktat dehidrogenaze.

Zakaj določiti laktat dehidrogenazo?

Določanje tega encima poteka v različne namene, vendar predvsem za klinično diagnozo nekaterih stanj, vključno z miokardnim infarktom in rakom.

Na celični ravni se šteje, da je sproščanje laktatne dehidrogenaze eden od parametrov za določitev pojava nekrotičnih ali apoptotskih procesov, saj plazemska membrana postane prepustna.

Produkte reakcije, ki jo katalizira, je mogoče določiti tudi v tkivu, da se ugotovi, ali anaerobni metabolizem prevladuje iz določenega razloga.

Reakcija

Kot je bilo sprva omenjeno, encim laktat dehidrogenaza, katerega sistematično ime je (S) -laktat: NAD ⁺ dehidrogenaza, katalizira pretvorbo laktata v piruvat na odvisen od NAD ⁺ ali obratno, kar se zgodi zaradi prenosa a hidridni ion (H ^- ) iz piruvata v laktat ali iz NADH v oksidirani piruvat.

Shema in mehanizem reakcije laktatne dehidrogenaze (Vir: Jazzlw prek Wikimedia Commons)

NAD ⁺ ima enoto ADP in drugo nukleotidno skupino, pridobljeno iz nikotinske kisline, imenovano tudi niacin ali vitamin B _3, in ta koencim sodeluje v več reakcijah velikega biološkega pomena.

Pomembno je poudariti, da je ravnovesje v omenjeni reakciji premaknjeno proti laktatni strani in pokazalo se je, da je encim sposoben oksidirati tudi druge (S) -2-hidroksimonokarboksilne kisline in uporabiti, čeprav manj učinkovito, NADP ⁺ kot substrat.

Glede na obravnavano regijo telesa in hkrati na njegove presnovne značilnosti glede na prisotnost ali odsotnost kisika tkiva proizvajajo različne količine laktata, produkta reakcije, ki jo katalizira LDH.

Če upoštevate na primer rdečo krvno celico (eritrocit), ki nima mitohondrijev, ki bi lahko metabolizirali piruvat, ki nastane med glikolizo v CO ₂ in vodo, potem bi lahko rekli, da so to glavne celice, ki proizvajajo laktate v človeškem telesu, saj da se ves piruvat pretvori v laktat z laktat dehidrogenazo.

Po drugi strani, če upoštevamo jetrne celice in skeletne mišične celice, so odgovorne za proizvodnjo minimalne količine laktata, saj se ta hitro presnavlja.

Normalne vrednosti

Koncentracija laktatne dehidrogenaze v krvnem serumu je produkt izražanja več izoencimov v jetrih, srcu, skeletnih mišicah, eritrocitih in tumorjih.

V krvnem serumu so normalni razponi aktivnosti laktat dehidrogenaze med 260 in 850 U / ml (enote na mililiter), povprečna vrednost pa je 470 ± 130 U / ml. Medtem imajo hemolizati v krvi aktivnost LDH, ki se giblje med 16.000 in 67.000 U / ml, kar ustreza povprečju 34.000 ± 12.000 U / ml.

Kaj pomeni imeti visok LDH?

Kvantifikacija koncentracije laktatne dehidrogenaze v krvnem serumu ima pomembno vrednost pri diagnozi nekaterih bolezni srca, jeter, krvi in celo raka.

Ugotovljeni so bili visoki nivoji LDH pri bolnikih z miokardnimi infarkti (tako eksperimentalnimi kot kliničnimi), kot tudi pri bolnicah z rakom, zlasti pri ženskah z rakom endometrija, jajčnikov, dojk in maternice.

Številni zdravniki za določanje poškodb tkiv (hudih ali kroničnih) uporabljajo količinsko določitev izoencimov laktatne dehidrogenaze, odvisno od posameznega izocima, ki je v "presežni" ali visoki koncentraciji.

Reference

Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Laktična dehidrogenaza. Metode encimatske analize. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Genska organizacija gena človeške laktat dehidrogenaze-A. Biochemical Journal, 231, 537–541.
De Becker, D. (2003). Laktacidoza. Intenzivna nega MEd, 29, 699–702.
Everse, J., in Kaplan, N. (1973). Laktatne dehidrogeneze: zgradba in delovanje. V napredku encimamologije in z njo povezanih področij molekularne biologije (str. 61–133).
Fox, SI (2006). Ljudska fiziologija (9. izd.). New York, ZDA: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., in Bossuyt, PMM (1997). Klinična vrednost laktatne dehidrogenaze v serumu: kvantitativni pregled. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
Odbor za nomenklaturo Mednarodne zveze za biokemijo in molekularno biologijo (NC-IUBMB). (2019). Pridobljeno s spletnega mesta 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). Imunokemična določitev srčnega izoencima laktatne dehidrogenaze (LDH1) v človeškem serumu. Clin Chem, 25 (5), 729–734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Laktična dehidrogenazna aktivnost v krvi. Eksperimentalna biologija in medicina, 90, 210–215.

LDH: FUNKCIJE, DOLOČITEV, REAKCIJA, NORMALNE VREDNOSTI - BIOLOGIJA - 2026