LDH: FUNKCE, STANOVENÍ, REAKCE, NORMÁLNÍ HODNOTY - BIOLOGIE

Laktát dehydrogenáza, kyselina mléčná dehydrogenáza, laktát dehydrogenáza NAD závislých nebo jednoduše LDH je enzym, který patří do skupiny oxidoreduktázy je prakticky ve všech tkáních zvířat, rostlin a mnoho mikroorganismů, jako jsou bakterie, kvasinky, a Archaea.

Enzymy tohoto typu jsou označeny číslem EC 1.1.1.27 Výboru pro názvosloví enzymů a jsou odpovědné za reakci, která přeměňuje laktát na pyruvát (oxidací) a naopak (redukcí), oxiduje nebo redukuje nikotinamid adenin dinukleotidy (NAD + a NADH) v procesu známém jako mléčná fermentace.

Krystalová struktura laktátdehydrogenázy B (zdroj: Bcndoye přes Wikimedia Commons)

Na rozdíl od alkoholové fermentace, která se vyskytuje pouze u některých mikroorganismů, jako jsou kvasinky a která používá glykolytický pyruvát k výrobě ethanolu, probíhá mléčná fermentace v mnoha organismech a tkáních různých živých bytostí.

Tento důležitý enzym pro buněčný metabolismus byl krystalizován z kosterního svalu potkanů ve 40. letech 20. století a doposud jsou nejlépe charakterizovány enzymy kosterního svalu a savčí srdeční tkáně.

U "vyšších" zvířat tento enzym používá L-isomer laktátu (L-laktát) pro produkci pyruvátu, ale některá "nižší" zvířata a bakterie produkují D-laktát z pyruvátu získaného glykolýzou.

Laktát dehydrogenáza je obvykle exprimována hlavně ve tkáních nebo buňkách za anaerobních podmínek (s nízkým přísunem krve), které například u lidí mohou charakterizovat patologické stavy, jako je rakovina, játra nebo srdeční stavy.

Konverze pyruvátu na laktát je však typická pro svaly během cvičení a rohovka oka, která je slabě okysličená.

Funkce

Laktát dehydrogenáza slouží mnoha funkcím v mnoha metabolických drahách. Je středem jemné rovnováhy mezi katabolickými a anabolickými sacharidovými cestami.

Během aerobní glykolýzy může být pyruvát (poslední produkt trasy sám o sobě) použit jako substrát pro enzymový komplex pyruvátdehydrogenázy, kterým je dekarboxylován a uvolňuje molekuly acetyl-CoA, které jsou metabolicky vzato použity ve směru toku Krebsův cyklus.

Naopak v anaerobní glykolýze se v posledním stupni glykolýzy produkuje pyruvát, ale používá se to laktátdehydrogenázy k produkci laktátu a NAD ⁺, který obnovuje NAD ^+, který byl použit během reakce katalyzované glyceraldehydem 3 fosfát dehydrogenáza.

Protože při anaerobióze je hlavním zdrojem produkce energie ve formě ATP glykolýza, laktátdehydrogenáza hraje zásadní roli při reoxidaci NADH produkované v předchozích krocích glykolytické dráhy, která je nezbytná pro fungování dalších souvisejících enzymů.

Laktát dehydrogenáza se také podílí na glykogenezi, která probíhá ve tkáních, které přeměňují laktát na glykogen, av některých aerobních tkáních, jako je srdce, je laktát palivem, které se reoxiduje, aby produkovalo energii a snižovalo sílu ve formě ATP a NAD ⁺, resp.

Vlastnosti a struktura

V přírodě existuje mnoho molekulárních forem laktátdehydrogenázy. Pouze u zvířat bylo stanoveno, že existuje pět aktivit laktátdehydrogenázy, všechny tetramerické a v podstatě složené ze dvou typů polypeptidových řetězců známých jako H a M podjednotky (které mohou být homo- nebo heterotetramerické).

Forma H se obvykle nachází v srdeční tkáni, zatímco forma M byla detekována v kosterním svalu. Oba řetězce se od sebe liší v množství, složení aminokyselin, kinetických vlastnostech a strukturních vlastnostech.

Formy H a M jsou translačním produktem různých genů, možná lokalizovaných na různých chromozomech a které jsou také pod kontrolou nebo regulací různých genů. Forma H převládá v tkáních s aerobním metabolismem a forma M v anaerobních tkáních.

Jiný typ nomenklatury používá písmena A, B a C pro různé typy enzymů u savců i ptáků. Tak, sval laktátdehydrogenáza je známý jako ₄, srdeční as B ₄ a třetina se nazývá C ₄, který je specifický pro varlat.

Exprese těchto isoenzymů je regulována jak vývojově, tak tkáňově.

Enzym byl izolován z různých živočišných zdrojů a bylo zjištěno, že jeho tetramerická struktura má průměrnou molekulovou hmotnost asi 140 kDa a že vazebné místo pro NADH nebo NAD ⁺ sestává z ß-přeloženého listu složeného ze šesti řetězců a 4 alfa helixy.

odhodlání

Spektrofotometricky

Laktátová dehydrogenázová aktivita živočišného původu je stanovena spektrofotometricky in vitro měřením změny barvy díky redoxnímu procesu, ke kterému dochází během reakce konverze pyruvátu na laktát.

Měření se provádějí při 340 nm spektrofotometrem a stanoví se rychlost poklesu optické hustoty v důsledku oxidace nebo „vymizení“ NADH, která se převede na NAD ⁺.

To znamená, že určená reakce je následující:

Pyruvát + NADH + H ⁺ → Laktát + NAD ⁺

Enzymatické měření musí být prováděno v optimálních podmínkách pH a koncentrace substrátů pro enzym, aby nehrozilo riziko podcenění množství přítomného ve vzorcích v důsledku nedostatku substrátů nebo v důsledku extrémních podmínek kyselosti nebo zásaditosti.

Imunohistochemicky

Jiná metoda, možná poněkud modernější, pro stanovení přítomnosti laktát dehydrogenázy souvisí s použitím imunologických nástrojů, tj. S použitím protilátek.

Tyto způsoby využívají výhodu afinity mezi vazbou antigenu na protilátku specificky vytvořenou proti němu a jsou velmi užitečné pro rychlé stanovení přítomnosti nebo nepřítomnosti enzymů, jako je LDH v konkrétní tkáni.

V závislosti na účelu musí být použité protilátky specifické pro detekci jakéhokoli z isoenzymů nebo pro jakýkoli protein s aktivitou laktátdehydrogenázy.

Proč určit laktátdehydrogenázu?

Stanovení tohoto enzymu se provádí pro různé účely, ale hlavně pro klinickou diagnózu některých stavů, včetně infarktu myokardu a rakoviny.

Na buněčné úrovni bylo uvolňování laktát dehydrogenázy považováno za jeden z parametrů pro stanovení výskytu nekrotických nebo apoptotických procesů, protože plazmatická membrána se stává propustnou.

Produkty reakce, které katalyzuje, lze také určit v tkáni, aby se určilo, zda anaerobní metabolismus z nějakého zvláštního důvodu převládá.

Reakce

Jak bylo původně uvedeno, enzym laktát dehydrogenáza, jejíž systematický název je (S) -laktát: NAD ⁺ dehydrogenáza, katalyzuje přeměnu laktátu na pyruvát v závislosti na NAD ⁺ nebo naopak, ke kterému dochází díky přenosu hydridový ion (H ^-) z pyruvátu na laktát nebo z NADH na oxidovaný pyruvát.

Schéma a mechanismus reakce laktát dehydrogenázy (Zdroj: Jazzlw via Wikimedia Commons)

NAD ⁺ má ADP jednotku a další nukleotidovou skupinu odvozenou od kyseliny nikotinové, také nazývané niacin nebo vitamín B3 , a tento koenzym se účastní mnoha reakcí velkého biologického významu.

Je důležité zdůraznit, že rovnováha v uvedené reakci je posunuta směrem k laktátové straně a ukázalo se, že enzym je také schopen oxidovat jiné (S) -2-hydroxymonokarboxylové kyseliny a použít, i když méně účinně, NADP ⁺ jako substrát.

V závislosti na uvažované oblasti těla a současně na jeho metabolických charakteristikách ve vztahu k přítomnosti nebo nepřítomnosti kyslíku, tkáně produkují různá množství laktátu, produkt reakce katalyzovaný LDH.

Pokud například vezmete v úvahu červené krvinky (erytrocyty), které postrádají mitochondrie, které mohou metabolizovat pyruvát produkovaný během glykolýzy na CO ₂ a vodu, pak lze říci, že se jedná o hlavní buňky produkující laktát v lidském těle, protože že veškerý pyruvát je přeměněn na laktát laktátdehydrogenázou.

Na druhé straně, pokud se berou v úvahu buňky jater a buněk kosterního svalstva, jsou odpovědné za produkci minimálního množství laktátu, protože se rychle metabolizuje.

Normální hodnoty

Koncentrace laktát dehydrogenázy v krevním séru je výsledkem exprese několika isoenzymů v játrech, srdci, kosterním svalu, erytrocytech a nádorech.

V krevním séru jsou normální rozmezí aktivity laktátdehydrogenázy mezi 260 a 850 U / ml (jednotky na mililitr), s průměrnou hodnotou 470 ± 130 U / ml. Mezitím mají hemolyzáty v krvi aktivitu LDH, která se pohybuje mezi 16 000 a 67 000 U / ml, což odpovídá průměrné hodnotě 34 000 ± 12 000 U / ml.

Co to znamená mít vysokou LDH?

Kvantifikace koncentrace laktát dehydrogenázy v krevním séru má důležitou hodnotu v diagnostice některých srdečních chorob, jater, krve a dokonce rakovin.

Vysoká hladina aktivity LDH byla zjištěna u pacientů s infarkty myokardu (experimentálních i klinických) a také u pacientů s rakovinou, konkrétně u žen s karcinomem endometria, vaječníků, prsu a dělohy.

V závislosti na konkrétním izozymu, který je v „nadbytku“ nebo ve vysoké koncentraci, používá kvantifikace izoenzymů laktátdehydrogenázy mnoho ošetřujících lékařů pro stanovení poškození tkáně (závažné nebo chronické).

Reference

Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Laktát dehydrogenáza. Metody enzymatické analýzy. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Genomická organizace genu lidské laktát dehydrogenázy-A. Biochemical Journal, 231, 537-541.
De Becker, D. (2003). Laktátová acidóza. Intensive Care MEd, 29, 699–702.
Everse, J., & Kaplan, N. (1973). Laktát dehydrogenázy: struktura a funkce. In Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology (str. 61–133).
Fox, SI (2006). Human Physiology (9. ed.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J. & Bossuyt, PMM (1997). Klinická hodnota laktátdehydrogenázy v séru: kvantitativní přehled. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569 - 579.
Výbor pro nomenklaturu Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (NC-IUBMB). (2019). Citováno z www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, a Warshaw, M. (1979). Imunochemické stanovení srdečního isoenzymu laktátdehydrogenázy (LDH1) v lidském séru. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Laktátová degydrogenáza v krvi. Experimental Biology and Medicine, 90, 210–215.

LDH: FUNKCE, STANOVENÍ, REAKCE, NORMÁLNÍ HODNOTY - BIOLOGIE - 2025