LDH: FUNKTIONER, BESTÄMNING, REAKTION, NORMALA VÄRDEN - BIOLOGI

Den laktatdehydrogenas , mjölksyra-dehydrogenas, laktatdehydrogenas NAD-beroende eller helt enkelt LDH är ett enzym som hör till gruppen av oxidoreduktaser är praktiskt taget i alla djurvävnader, växter och många mikroorganismer, såsom bakterier, jäst , och Archaea .

Enzymer av denna typ betecknas med nummer EC 1.1.1.27 i enzymnomenklaturkommittén och ansvarar för reaktionen som omvandlar laktat till pyruvat (genom oxidation) och vice versa (genom reduktion), oxiderande eller reducerande nikotinamid-adenindinukleotider ( NAD + och NADH) i processen känd som mjölkfermentering.

Kristallstruktur av laktatdehydrogenas B (Källa: Bcndoye via Wikimedia Commons)

Till skillnad från alkoholhaltig jäsning, som endast förekommer i vissa mikroorganismer som jäst och använder glykolytiskt pyruvat för framställning av etanol, sker mjölkgjäsning i många organismer och kroppsvävnader i olika levande varelser.

Detta viktiga enzym för cellulär metabolism kristalliserades från skelettmuskeln hos råttor under 1940-talet och hittills är de bäst karakteriserade skelettmusklerna och hjärtvävnad från däggdjur.

Hos "högre" djur använder enzymet L-isomeren av laktat (L-laktat) för produktion av pyruvat, men vissa "lägre" djur och bakterier producerar D-laktat från pyruvat erhållet genom glykolys.

Laktatdehydrogenas uttrycks vanligtvis huvudsakligen i vävnader eller celler under anaeroba förhållanden (med låg blodtillförsel), som till exempel hos människor kan känneteckna patologiska tillstånd såsom cancer, lever eller hjärtsjukdomar.

Omvandlingen av pyruvat till laktat är emellertid typisk för musklerna under träning och ögonhinnan, som är dåligt syresatt.

Funktioner

Laktatdehydrogenas tjänar flera funktioner i många metaboliska vägar. Det är mitten av den känsliga balansen mellan de kataboliska och anabola kolhydratvägarna.

Under aerob glykolys kan pyruvat (den sista produkten i sig) användas som ett underlag för pyruvat-dehydrogenas-enzymkomplexet, genom vilket det dekarboxyleras, vilket frisätter acetyl-CoA-molekyler som används nedströms, metaboliskt sett, i Krebs cykel.

Vid anaerob glykolys producerar tvärtom det sista steget av glykolys pyruvat, men detta används av laktatdehydrogenas för att producera laktat och NAD ⁺ , som återställer NAD ⁺ som användes under reaktionen katalyserad av glyceraldehyd 3- fosfatdehydrogenas.

Eftersom under anaerobios är den viktigaste källan för energiproduktion i form av ATP glykolys, spelar laktatdehydrogenas en grundläggande roll i reoxidationen av NADH som producerats i tidigare steg i den glykolytiska vägen, vilket är nödvändigt för funktionen av andra relaterade enzymer.

Laktatdehydrogenas är också involverat i glykogenes som äger rum i vävnader som omvandlar laktat till glykogen, och i vissa aeroba vävnader som hjärtat är laktat ett bränsle som reoxideras för att producera energi och minska kraften i form av ATP och NAD ⁺ , respektive.

Egenskaper och struktur

Det finns flera molekylära former av laktatdehydrogenas i naturen. Endast hos djur har det fastställts att det finns fem laktatdehydrogenasaktiviteter, alla tetrameriska och väsentligen sammansatta av två typer av polypeptidkedjor kända som H- och M-subenheterna (som kan vara homo- eller heterotetrameriska).

H-formen finns vanligtvis i hjärtvävnad, medan M-formen har detekterats i skelettmuskeln Båda kedjorna skiljer sig från varandra när det gäller överflöd, aminosyrasammansättning, kinetiska egenskaper och strukturella egenskaper.

H- och M-formerna är den translationella produkten från olika gener, möjligen lokaliserade på olika kromosomer, och som också är under kontroll eller reglering av olika gener. H-formen är dominerande i vävnader med aerob metabolism och M-formen i anaeroba vävnader.

En annan typ av nomenklatur använder bokstäverna A, B och C för de olika typerna av enzymer i både däggdjur och fåglar. Således är muskel laktatdehydrogenas känd som A ₄ , cardiac som B ₄ och tredjedel kallas C ₄ , som är specifik för testiklarna.

Uttrycket av dessa isoenzymer regleras både utvecklingsberoende och vävnadsberoende.

Enzymet har isolerats från olika djurskällor och det har fastställts att dess tetrameriska struktur har en genomsnittlig molekylvikt av cirka 140 kDa och att bindningsstället för NADH eller NAD ⁺ består av ett p-veckat ark bestående av sex kedjor och 4 alfahelices.

Bestämning

Genom spektrofotometri

Laktatdehydrogenasaktivitet av animaliskt ursprung bestäms spektrofotometriskt in vitro genom färgändringsmätningar tack vare redoxprocessen som äger rum under pyruvat-laktatomvandlingsreaktionen.

Mätningar görs vid 340 nm med en spektrofotometer och hastigheten för minskning i optisk densitet beroende på oxidationen eller "försvinnandet" av NADH, som omvandlas till NAD ^{+, bestämmes} .

Det vill säga, den bestämda reaktionen är enligt följande:

Pyruvat + NADH + H ⁺ → Laktat + NAD ⁺

Den enzymatiska mätningen måste utföras under optimala förhållanden för pH och koncentration av substrat för enzymet, så att det inte finns någon risk att underskatta mängden som finns i proverna på grund av ett underskott på substrat eller på grund av extrema surhets- eller basförhållanden.

Genom immunohistokemi

En annan metod, kanske lite modernare, för att bestämma närvaron av laktatdehydrogenas har att göra med användning av immunologiska verktyg, det vill säga med användning av antikroppar.

Dessa metoder drar fördel av affiniteten mellan bindningen av ett antigen med en antikropp specifikt genererad mot den och är mycket användbara för snabb bestämning av närvaron eller frånvaron av enzymer såsom LDH i en viss vävnad.

Beroende på syftet måste de använda antikropparna vara specifika för detektering av någon av isoenzymerna eller för vilket protein som helst med laktatdehydrogenasaktivitet.

Varför bestämmer laktatdehydrogenas?

Bestämningen av detta enzym utförs för olika ändamål, men främst för den kliniska diagnosen av vissa tillstånd, inklusive hjärtinfarkt och cancer.

På cellnivå har frisättningen av laktatdehydrogenas betraktats som en av parametrarna för att bestämma förekomsten av nekrotiska eller apoptotiska processer, eftersom plasmamembranet blir permeabelt.

Produkterna från reaktionen som den katalyserar kan också bestämmas i en vävnad för att bestämma om en anaerob metabolism dominerar i den av något särskilt skäl.

Reaktion

Som inledningsvis nämnts, katalyserar enzymet laktatdehydrogenas, vars systematiska namn är (S) -laktat: NAD ⁺ dehydrogenas, omvandlingen av laktat till pyruvat på ett NAD ⁺ -beroende sätt, eller tvärtom, vilket sker tack vare överföringen av en hydridjon (H ^- ) från pyruvat till laktat eller från NADH till oxiderat pyruvat.

Laktatdehydrogenasreaktionsschema och mekanism (Källa: Jazzlw via Wikimedia Commons)

NAD ⁺ har en ADP-enhet och en annan nukleotidgrupp härrörande från nikotinsyra, även kallad niacin eller vitamin B _3, och detta koenzym deltar i flera reaktioner av stor biologisk betydelse.

Det är viktigt att lyfta fram att jämvikten i nämnda reaktion förskjuts mot laktatsidan och det har visats att enzymet också kan oxidera andra (S) -2-hydroxymonokarboxylsyror och använda, även om det är mindre effektivt, NADP ⁺ som ett substrat.

Beroende på kroppsregionen som beaktas och samtidigt på grund av dess metaboliska egenskaper i förhållande till närvaron eller frånvaron av syre, producerar vävnader olika mängder laktat, produkten från reaktionen katalyserad av LDH.

Om du t ex tänker på en röd blodcell (erytrocyt) som saknar mitokondrier som kan metabolisera pyruvat som produceras under glykolys till CO ₂ och vatten, kan man säga att dessa är de viktigaste laktatproducerande cellerna i människokroppen, eftersom att allt pyruvat omvandlas till laktat med laktatdehydrogenas.

Å andra sidan, om leverceller och skelettmuskelceller beaktas, är de ansvariga för produktionen av en minsta mängd laktat, eftersom det snabbt metaboliseras.

Normala värden

Laktatdehydrogenaskoncentrationen i blodserumet är produkten av uttrycket av flera isoenzymer i lever, hjärta, skelettmuskel, erytrocyter och tumörer, bland andra.

I blodserum är det normala intervallet för laktatdehydrogenasaktivitet mellan 260 och 850 U / ml (enheter per milliliter), med ett medelvärde av 470 ± 130 U / ml. Under tiden har blodhemolysater en LDH-aktivitet som varierar mellan 16 000 och 67 000 U / ml, vilket motsvarar ett genomsnitt på 34 000 ± 12 000 U / ml.

Vad betyder det att ha en hög LDH?

Kvantifieringen av laktatdehydrogenaskoncentrationen i blodserum har ett viktigt värde vid diagnosen vissa hjärtsjukdomar, lever, blod och till och med cancer.

Höga nivåer av LDH-aktivitet har hittats hos patienter med hjärtinfarkt (både experimentella och kliniska), såväl som hos cancerpatienter, speciellt hos kvinnor med endometrial, äggstocks-, bröst- och livmodercancer.

Beroende på det speciella isozym som är i "överskott" eller hög koncentration, används kvantifiering av laktatdehydrogenas-isoenzymer av många behandlande läkare för bestämning av vävnadsskada (allvarlig eller kronisk).

referenser

Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Laktiskt dehydrogenas. Metoder för enzymatisk analys. Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Genomisk organisation av humant laktatdehydrogenas-A-gen. Biochemical Journal, 231, 537-541.
De Becker, D. (2003). Mjölksyra. Intensivvård MEd, 29, 699–702.
Everse, J., & Kaplan, N. (1973). Laktatdehydrogenaser: Struktur och funktion. I Advances in Enzymology and Related areas of Molecular Biology (s. 61–133).
Fox, SI (2006). Human Physiology (9: e upplagan). New York, USA: McGraw-Hill Press.
Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., & Bossuyt, PMM (1997). Det kliniska värdet av laktatdehydrogenas i serum: En kvantitativ granskning. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579.
Nomenklaturkommittén för International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hämtad från www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson förlag.
Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). Immunokemisk bestämning av hjärtaisoenzym av laktatdehydrogenas (LDH1) i humant serum. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F., & Ladue, JS (1955). Laktisk degydrogenasaktivitet i blod. Experimental Biology and Medicine, 90, 210–215.

LDH: FUNKTIONER, BESTÄMNING, REAKTION, NORMALA VÄRDEN - BIOLOGI - 2025