LDH: FUNKTIONER, BESTEMMELSE, REAKTION, NORMALE VÆRDIER - BIOLOGI

Den laktatdehydrogenase, mælkesyre dehydrogenase, lactatdehydrogenase NAD-afhængig eller blot LDH er et enzym, der tilhører gruppen af oxidoreduktaser er praktisk i alle animalske væv, planter og mange mikroorganismer, såsom bakterier, gær, og Archaea.

Enzymer af denne type betegnes med antallet EC 1.1.1.27 i enzymnomenklaturudvalget og er ansvarlige for reaktionen, der omdanner laktat til pyruvat (ved oxidation) og vice versa (ved reduktion), oxiderer eller reducerer nicotinamidadenindinucleotider (NAD + og NADH) i processen kendt som mælkefermentering.

Krystallstruktur af laktatdehydrogenase B (Kilde: Bcndoye via Wikimedia Commons)

I modsætning til alkoholisk gæring, der kun forekommer i nogle mikroorganismer, såsom gær og anvender glykolytisk pyruvat til fremstilling af ethanol, foregår mælkes gæring i mange organismer og kropsvæv fra forskellige levende væsener.

Dette vigtige enzym til cellulær metabolisme blev krystalliseret fra rotte-muskelmuskler i 1940'erne, og indtil videre er de bedst karakteriserede knoglemuskler og hjertevæv fra pattedyr.

Hos "højere" dyr bruger enzymet L-isomeren af laktat (L-laktat) til produktion af pyruvat, men nogle "lavere" dyr og bakterier producerer D-laktat fra pyruvat opnået ved glycolyse.

Laktatdehydrogenase udtrykkes sædvanligvis hovedsageligt i væv eller celler under anaerobe betingelser (med lav blodforsyning), som for eksempel hos mennesker kan karakterisere patologiske tilstande, såsom kræft, lever eller hjertesygdomme.

Konvertering af pyruvat til laktat er imidlertid typisk for musklerne under træning og hornhinden, der er dårligt iltet.

Funktioner

Laktatdehydrogenase tjener flere funktioner i adskillige metaboliske veje. Det er centrum for den delikate balance mellem de katabolske og anabolske kulhydratforløb.

Under aerob glycolyse kan pyruvat (det sidste produkt af ruten i sig selv) bruges som et underlag til pyruvatdehydrogenase-enzymkomplekset, hvorpå det decarboxyleres, hvorved acetyl-CoA-molekyler frigøres, der bruges nedstrøms, metabolisk set, i Krebs cyklus.

I anaerob glycolyse producerer tværtimod det sidste trin i glykolyse pyruvat, men dette bruges af lactatdehydrogenase til at producere lactat og NAD ⁺, der gendanner NAD ^+, der blev brugt under reaktionen katalyseret af glyceraldehyd 3- phosphatdehydrogenase.

Som under anaerobiose, den vigtigste kilde til energiproduktion i form af ATP er glykolyse, spiller laktatdehydrogenase en grundlæggende rolle i reoxideringen af NADH produceret i tidligere trin i den glykolytiske vej, hvilket er essentielt for funktionen af andre beslægtede enzymer.

Laktatdehydrogenase er også involveret i glycogenese, der finder sted i væv, der omdanner lactat til glycogen, og i nogle aerobe væv, såsom hjertet, er laktat et brændstof, der reoxideres til at producere energi og reducere magt i form af ATP og Henholdsvis NAD ⁺.

Egenskaber og struktur

Der er flere molekylformer af lactatdehydrogenase i naturen. Kun hos dyr er det blevet bestemt, at der er fem laktatdehydrogenase-aktiviteter, alle tetrameriske og i det væsentlige sammensat af to typer polypeptidkæder kendt som H- og M-underenhederne (som kan være homo- eller heterotetramerisk).

H-formen findes typisk i hjertevæv, medens M-formen er blevet påvist i knoglemuskler. Begge kæder adskiller sig fra hinanden med hensyn til overflod, aminosyresammensætning, kinetiske egenskaber og strukturelle egenskaber.

H- og M-formene er det translationelle produkt af forskellige gener, muligvis placeret på forskellige kromosomer, og som også er under kontrol eller regulering af forskellige gener. H-formen er overvejende i væv med aerob metabolisme og M-formen i anaerobe væv.

En anden type nomenklatur bruger bogstaverne A, B og C til de forskellige typer enzymer i både pattedyr og fugle. Således bliver muskel lactatdehydrogenase kendt som A ₄, hjerte som B ₄ og en tredje kaldes C ₄, som er specifik for testiklerne.

Ekspressionen af disse isoenzymer reguleres både udviklingsafhængigt og vævsafhængigt.

Enzymet er blevet isoleret fra forskellige dyrekilder, og det er blevet bestemt, at dets tetrameriske struktur har en gennemsnitlig molekylvægt på ca. 140 kDa, og at bindingsstedet for NADH eller NAD ⁺ består af et ß-foldet ark sammensat af seks kæder og 4 alfa-helixer.

Beslutsomhed

Ved spektrofotometri

Laktatdehydrogenaseaktivitet af animalsk oprindelse bestemmes spektrofotometrisk in vitro ved målinger af farveændring takket være redoxprocessen, der finder sted under pyruvat-laktatomdannelsesreaktionen.

Målinger foretages ved 340 nm med et spektrofotometer, og hastigheden for fald i optisk densitet på grund af oxidationen eller "forsvinden" af NADH, der omdannes til NAD ^{+, bestemmes}.

Det vil sige, at den bestemte reaktion er som følger:

Pyruvat + NADH + H ⁺ → Laktat + NAD ⁺

Den enzymatiske måling skal udføres under optimale betingelser for pH og koncentration af substrater til enzymet, så der ikke er nogen risiko for at undervurdere den tilstedeværende mængde i prøverne på grund af et underskud af underlag eller på grund af ekstreme syre- eller grundforhold.

Ved immunhistokemi

En anden metode, måske noget mere moderne, til bestemmelse af tilstedeværelsen af lactatdehydrogenase har at gøre med anvendelsen af immunologiske værktøjer, det vil sige med anvendelsen af antistoffer.

Disse metoder drager fordel af affiniteten mellem bindingen af et antigen med et antistof, der er specifikt dannet mod det, og er meget nyttige til hurtig bestemmelse af tilstedeværelsen eller fraværet af enzymer, såsom LDH i et bestemt væv.

Afhængig af formålet skal de anvendte antistoffer være specifikke til påvisning af et hvilket som helst af isoenzymerne eller for ethvert protein med lactatdehydrogenase-aktivitet.

Hvorfor bestemme lactatdehydrogenase?

Bestemmelsen af dette enzym udføres til forskellige formål, men hovedsageligt til den kliniske diagnose af nogle tilstande, herunder myokardieinfarkt og kræft.

På celleniveau er frigivelsen af lactatdehydrogenase blevet betragtet som en af parametrene til bestemmelse af forekomsten af nekrotiske eller apoptotiske processer, eftersom plasmamembranen bliver permeabel.

Produkterne fra reaktionen, som den katalyserer, kan også bestemmes i et væv for at bestemme, om en anaerob metabolisme dominerer af en særlig grund.

Reaktion

Som nævnt indledningsvis katalyserer enzymet lactatdehydrogenase, hvis systematiske navn er (S) -laktat: NAD ⁺ dehydrogenase, omdannelsen af lactat til pyruvat på en NAD ⁺ -afhængig måde, eller omvendt, hvilket sker takket være overførslen af en hydridion (H ^-) fra pyruvat til laktat eller fra NADH til oxideret pyruvat.

Laktatdehydrogenase-reaktionsskema og -mekanisme (Kilde: Jazzlw via Wikimedia Commons)

NAD ⁺ har en ADP-enhed og en anden nukleotidgruppe afledt af nikotinsyre, også kaldet niacin eller vitamin B _3, og dette coenzym deltager i flere reaktioner af stor biologisk betydning.

Det er vigtigt at fremhæve, at ligevægten i nævnte reaktion forskydes mod laktatsiden, og det er blevet vist, at enzymet også er i stand til at oxidere andre (S) -2-hydroxymonocarboxylsyrer og anvende, skønt mindre effektivt, NADP ⁺ som et substrat.

Afhængigt af det kropsområde, der er under overvejelse, og på samme tid på grund af dets metaboliske egenskaber i relation til tilstedeværelsen eller fraværet af ilt, producerer væv forskellige mængder laktat, produktet fra reaktionen katalyseret af LDH.

Hvis du f.eks. Overvejer en rød blodlegeme (erythrocyte), der mangler mitokondrier, der kan metabolisere det pyruvat, der er produceret under glycolyse til CO ₂ og vand, kan det siges, at disse er de vigtigste laktatproducerende celler i den menneskelige krop, da at alt pyruvat omdannes til lactat ved lactatdehydrogenase.

På den anden side, hvis der overvejes leverceller og skeletmuskelceller, er de ansvarlige for produktionen af en minimumsmængde laktat, da det hurtigt metaboliseres.

Normale værdier

Lactatdehydrogenase-koncentrationen i blodserumet er produktet af ekspressionen af adskillige isoenzymer i leveren, hjertet, knoglemuskler, erytrocytter og tumorer, blandt andre.

I blodserum er de normale intervaller for lactatdehydrogenase-aktivitet mellem 260 og 850 U / ml (enheder pr. Ml) med en gennemsnitlig værdi på 470 ± 130 U / ml. I mellemtiden har blodhemolysater en LDH-aktivitet, der varierer mellem 16.000 og 67.000 U / ml, hvilket svarer til et gennemsnit på 34.000 ± 12.000 U / ml.

Hvad betyder det at have en høj LDH?

Kvantificering af laktatdehydrogenasekoncentrationen i blodserumet har en vigtig værdi ved diagnosen af nogle hjertesygdomme, lever, blod og endda kræftformer.

Der er fundet høje niveauer af LDH-aktivitet hos patienter med myokardieinfarkt (både eksperimentelt og klinisk) såvel som hos kræftpatienter, specifikt hos kvinder med endometrial, æggestokkene, bryst- og livmoderkræft.

Afhængigt af det særlige isozyme, der findes i "overskydende" eller høj koncentration, anvendes kvantificering af lactatdehydrogenase-isoenzymer af mange behandlende læger til bestemmelse af vævsskade (alvorlig eller kronisk).

Referencer

Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Melkesyre Dehydrogenase. Metoder til enzymatisk analyse. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Genomisk organisering af humant lactatdehydrogenase-A gen. Biochemical Journal, 231, 537-541.
De Becker, D. (2003). Mælkesyre acidose. Intensive Care MEd, 29, 699–702.
Everse, J., & Kaplan, N. (1973). Laktatdehydrogenaser: Struktur og funktion. Fremskridt inden for enzymologi og beslægtede områder inden for molekylærbiologi (s. 61–133).
Fox, SI (2006). Human Physiology (9. udg.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., & Bossuyt, PMM (1997). Den kliniske værdi af lactatdehydrogenase i serum: En kvantitativ gennemgang. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569-579.
Nomenklaturudvalg for International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hentet fra www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson forlag.
Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). Immunokemisk bestemmelse af hjertens isoenzym af laktatdehydrogenase (LDH1) i humant serum. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Laktisk Degydrogenase-aktivitet i blod. Eksperimentel biologi og medicin, 90, 210-215.

LDH: FUNKTIONER, BESTEMMELSE, REAKTION, NORMALE VÆRDIER - BIOLOGI - 2025