Войти
| Лактатдегидрогеназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Тетрамер лактатдегидрогеназы M (LDH5), человеческий | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер EC | 1,1.1.27 | ||||||||
| Номер CAS | 9001-60-9 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Представление IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Представление NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Онтология генов | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Лактатдегидрогеназа (LDH или LD ) представляет собой фермент, обнаруженный почти во всех живых клетках. LDH катализирует превращение лактата в пируват и обратно, поскольку он превращает NAD в NADH и обратно. дегидрогеназа представляет собой фермент, который переносит гидрид от одной молекулы к другой.
ЛДГ существует в четырех различных классах ферментов. Эта статья специально посвящена NAD (P) -зависимой L -лактатдегидрогеназе. Другие ЛДГ действуют на D -лактат и / или зависят от цитохрома c : D-лактатдегидрогеназы (цитохрома) и L-лактатдегидрогеназы ( цитохром).
ЛДГ широко экспрессируется в тканях организма, таких как клетки крови и сердечная мышца. Поскольку он выделяется при повреждении тканей, он является маркером распространенных травм и заболеваний, таких как сердечная недостаточность.
Реакция, катализируемая лактатдегидрогеназой Лактатдегидрогеназа катализирует взаимное превращение пирувата и лактата с сопутствующим взаимным преобразованием НАДН и НАД. Он превращает пируват, конечный продукт гликолиза, в лактат при отсутствии или дефиците кислорода и выполняет обратную реакцию во время цикла Кори в печени. При высоких концентрациях лактата фермент ингибирует обратную связь, и скорость превращения пирувата в лактат снижается. Он также катализирует дегидрирование 2-гидроксибутирата, но это гораздо более бедный субстрат, чем лактат.
Механизм толкания стрелки для реакции, катализируемой лактатдегидрогеназой ЛДГ у людей использует His (193) в качестве донора протонов и работает в унисон с кофермент (Arg 99 и Asn 138) и связывающие остатки субстрата (Arg106; Arg169; Thr 248). Активный сайт His (193) обнаружен не только в человеческой форме ЛДГ, но и у многих различных животных, что свидетельствует о конвергентной эволюции ЛДГ. Две разные субъединицы LDH (LDHA, также известная как субъединица M LDH, и LDHB, также известная как субъединица H LDH) сохраняют один и тот же активный сайт и одни и те же аминокислоты, участвующие в реакции. Заметное различие между двумя субъединицами, составляющими третичную структуру ЛДГ, заключается в замене аланина (в M-цепи) на глутамин (в H-цепи). Считается, что это крошечное, но заметное изменение является причиной того, что субъединица H может связываться быстрее, и каталитическая активность субъединицы M не снижается при воздействии тех же условий, что и субъединица H, тогда как активность субъединицы H снижается в пять раз.
Лактатдегидрогеназа состоит из четырех субъединиц (тетрамера). Две наиболее распространенные субъединицы - это белок LDH-M и LDH-H, кодируемые генами LDHA и LDHB соответственно. Эти две субъединицы могут образовывать пять возможных тетрамеров (изоферментов): 4H, 4M и три смешанных тетрамера (3H1M, 2H2M, 1H3M). Эти пять изоформ ферментативно схожи, но демонстрируют различное тканевое распределение: основные изоферменты скелетных мышц и печени, M 4, имеют четыре мышечные (M) субъединицы, а H 4 является основной. изоферменты для сердечной мышцы у большинства видов, содержащие четыре субъединицы сердца (H).
ЛДГ- 2 обычно является преобладающей формой в сыворотке. Уровень ЛДГ-1 выше, чем уровень ЛДГ-2 («перевернутая картина») предполагает инфаркт миокарда (повреждение тканей сердца высвобождает сердечную ЛДГ, богатую ЛДГ-1, в кровоток). Использование этого феномена для диагностики инфаркта в значительной степени заменено использованием измерения тропонина I или T.
Есть еще две субъединицы ЛДГ млекопитающих, которые могут быть включены в тетрамеры ЛДГ: и LDHBx. LDHC - это белок LDH, специфичный для семенников, который кодируется геном LDHC. LDHBx представляет собой пероксисомный -специфический белок LDH. LDHBx - это форма чтения LDHB. LDHBx генерируется посредством трансляции мРНК LDHB , но стоп-кодон интерпретируется как аминокислотный -кодон . Следовательно, трансляция продолжается до следующего стоп-кодона. Это приводит к добавлению семи аминокислотных остатков к нормальному белку LDH-H. Расширение содержит пероксисомный нацеливающий сигнал, так что LDHBx импортируется в пероксисому.
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Семейство также содержит L-лактатдегидрогеназы, которые катализируют превращение L-лактата в пируват, последняя стадия при анаэробном гликолизе. Малатдегидрогеназы, которые катализируют взаимное превращение малата в оксалоацетат и участвуют в цикле лимонной кислоты, а также являются членами этого семейства. N-конец представляет собой NAD-связывающую складку Россмана, а С-конец представляет собой необычную альфа + бета-складку.
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылаться на соответствующие статьи.
[[File:
[[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]] | {{{bSize}}}} px | alt = Гликолиз и глюконеогенез редактировать ]] Гликолиз и глюконеогенез редактировать Этот белок может использовать морфеин модель аллостерической регуляции.
Этанол дегидрируется до ацетальдегида с помощью алкогольдегидрогеназы и далее до уксусной кислоты с помощью ацетальдегиддегидрогеназы. Во время этой реакции образуется 2 НАДН. Если присутствует большое количество этанола, то образуется большое количество НАДН, что приводит к истощению НАД. Таким образом, превращение пирувата в лактат увеличивается из-за связанной с ним регенерации НАД. Следовательно, при отравлении этанолом может развиться анион-щелевой метаболический ацидоз (лактоацидоз).
Повышенное соотношение НАДН / НАД + также может вызывать гипогликемию у (иначе) голодного человека, который пьет и зависит от глюконеогенеза для поддержания уровня глюкозы в крови. Аланин и лактат являются основными глюконеогенными предшественниками, которые вступают в глюконеогенез в виде пирувата. Высокое соотношение НАДН / НАД + сдвигает равновесие лактатдегидрогеназы в сторону лактата, так что может образовываться меньше пирувата и, следовательно, нарушается глюконеогенез.
ЛДГ также регулируется относительными концентрациями его субстратов. ЛДГ становится более активным в периоды экстремальной мышечной нагрузки из-за увеличения количества субстратов для реакции ЛДГ. Когда скелетные мышцы заставляют производить высокие уровни мощности, потребность в АТФ для обеспечения аэробного АТФ приводит к накоплению свободных АДФ, АМФ и Pi. Последующий гликолитический поток, особенно производство пирувата, превышает способность пируватдегидрогеназы и других ферментов-челноков метаболизировать пируват. Поток через ЛДГ увеличивается в ответ на повышенные уровни пирувата и НАДН для метаболизма пирувата в лактат.
ЛДГ подвергается транскрипционной регуляции с помощью PGC-1α. PGC-1α регулирует ЛДГ путем снижения транскрипции мРНК ЛДГ-А и ферментативной активности преобразования пирувата в лактат.
Субъединицы М и Н кодируются двумя разными генами :
Мутации субъединицы M были связаны с редким заболеванием, вызванным физической нагрузкой миоглобинурией (см. статью OMIM), а мутации субъединицы H описаны, но не проявляются привести к болезни.
Это мутантная версия фермента ЛДГ-5, который обычно обнаруживается в скелетных мышцах В редких случаях мутация в генах, контролирующих выработку лактатдегидрогеназы, приводит к заболевание, известное как дефицит лактатдегидрогеназы. В зависимости от того, какой ген несет мутацию, может возникнуть один из двух типов: либо дефицит лактатдегидрогеназы-A (также известный как болезнь накопления гликогена XI), либо дефицит лактатдегидрогеназы-B. Оба эти состояния влияют на то, как организм расщепляет сахар, в первую очередь в определенных мышечных клетках. Дефицит лактатдегидрогеназы-A вызван мутацией гена LDHA, тогда как дефицит лактатдегидрогеназы-B вызван мутацией гена LDHB.
Это состояние передается по аутосомной наследственности. рецессивный паттерн, означающий, что оба родителя должны внести мутированный ген для того, чтобы это состояние могло быть выражено.
Полный фермент лактатдегидрогеназы состоит из четырех белковых субъединиц. Поскольку две наиболее распространенные субъединицы, обнаруживаемые в лактатдегидрогеназе, кодируются генами LDHA и LDHB, любой вариант этого заболевания вызывает аномалии многих ферментов лактатдегидрогеназы, обнаруженных в организме. В случае дефицита лактатдегидрогеназы-A мутации гена LDHA приводят к выработке аномальной субъединицы лактатдегидрогеназы-A, которая не может связываться с другими субъединицами с образованием полного фермента . Отсутствие функциональной субъединицы снижает количество образующегося фермента, что приводит к общему снижению активности. Во время анаэробной фазы гликолиза (цикл Кори ) мутировавший фермент не может преобразовать пируват в лактат для производства дополнительной энергии, необходимой клеткам. Поскольку эта субъединица имеет самую высокую концентрацию ферментов ЛДГ, обнаруженных в скелетных мышцах (которые являются основными мышцами, ответственными за движение), физическая активность высокой интенсивности приведет к недостаточному количеству энергии, производимой во время этой анаэробной фазы. Это, в свою очередь, вызовет ослабление мышечной ткани и, в конечном итоге, ее разрушение, состояние, известное как рабдомиолиз. В процессе рабдомиолиза также выделяется миоглобин в кровь, который в конечном итоге попадает в мочу и заставляет ее становиться красной или коричневой: еще одно состояние, известное как миоглобинурия. Некоторые другие распространенные симптомы - это непереносимость физических упражнений, которая включает усталость, мышечные боли и судороги во время упражнений, а также кожную сыпь. В тяжелых случаях миоглобинурия может повредить почки и привести к опасной для жизни почечной недостаточности. Чтобы получить окончательный диагноз, может быть выполнена биопсия мышцы, чтобы подтвердить низкую активность ЛДГ или ее отсутствие. В настоящее время нет специального лечения этого состояния.
В случае дефицита лактатдегидрогеназы-B мутации гена LDHB приводят к выработке аномальной субъединицы лактатдегидрогеназы-B, которая не может связываться с другими субъединицами с образованием полного фермента. Как и в случае недостаточности лактатдегидрогеназы-А, эта мутация снижает общую эффективность фермента. Однако между этими двумя случаями есть некоторые существенные различия. Первое - это место, где проявляется заболевание. При дефиците лактатдегидрогеназы-B самая высокая концентрация субъединиц B может быть обнаружена в сердечной мышце или сердце. Внутри сердца лактатдегидрогеназа играет роль преобразования лактата обратно в пируват, так что пируват можно снова использовать для выработки большего количества энергии. С мутированным ферментом общая скорость этого превращения снижается. Однако, в отличие от дефицита лактатдегидрогеназы-А, эта мутация, по-видимому, не вызывает никаких симптомов или проблем со здоровьем, связанных с этим состоянием. В настоящий момент неясно, почему это так. Пострадавшие обычно обнаруживаются только тогда, когда обычные анализы крови показывают низкий уровень ЛДГ в крови.
Начало ацидоза в периоды интенсивных физических нагрузок обычно связывают с накоплением водорода, диссоциированного с лактатом. Раньше считалось, что молочная кислота вызывает усталость. Исходя из этого, идея о том, что производство лактата является основной причиной мышечной усталости во время упражнений, получила широкое распространение. Более подробный, механистический анализ производства лактата в «анаэробных» условиях показывает, что нет биохимических доказательств того, что производство лактата через ЛДГ способствует ацидозу. В то время как активность ЛДГ коррелирует с мышечной усталостью, производство лактата с помощью комплекса ЛДГ работает как система, замедляющая наступление мышечной усталости. Джордж Брукс и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли, где был обнаружен лактатный челнок, показали, что лактат на самом деле является метаболическим топливом, а не продуктом жизнедеятельности или причиной усталости.
ЛДГ предотвращает мышечную недостаточность и усталость несколькими способами. Реакция образования лактата генерирует цитозольный NAD +, который участвует в реакции глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, чтобы помочь поддерживать цитозольный окислительно-восстановительный потенциал и способствовать потоку субстрата через вторую фазу гликолиза, чтобы способствовать АТФ поколение. Это, по сути, дает больше энергии сокращающимся мышцам при тяжелых нагрузках. Производство и удаление лактата из клетки также выбрасывает протон, потребляемый в реакции ЛДГ - удаление избыточных протонов, образующихся после этой реакции ферментации, служит буферной системой для мышечного ацидоза. Как только накопление протонов превышает скорость поглощения при производстве и удалении лактата через симпорт ЛДГ, возникает мышечный ацидоз.
| Нижний предел | Верхний предел | Единица | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 50 | 150 | Ед / л | |
| 0,4 | 1,7 | мкмоль / л | |
| 1,8 | 3,4 | µкат /L | < 70 years old |
В анализах крови повышенный уровень лактатдегидрогеназы обычно указывает на повреждение тканей, которое имеет несколько потенциальных причин, отражающих его широкое распространение в тканях:
Низкие и нормальные уровни ЛДГ обычно не указывают на какие-либо патология. Низкий уровень может быть вызван большим потреблением витамина C.
ЛДГ - это белок, который обычно появляется во всем организме в небольших количествах.
Сравнение активности ЛДГ при нормальных и злокачественных опухолях клетки Многие виды рака могут повышать уровень ЛДГ, поэтому ЛДГ можно использовать в качестве опухолевого маркера, но в то же время он бесполезен для идентификации конкретного вида рака. Измерение уровня ЛДГ может быть полезным при мониторинге лечения рака. К доброкачественным заболеваниям, которые могут повышать уровень ЛДГ, относятся сердечная недостаточность, гипотиреоз, анемия, преэклампсия, менингит, энцефалит, острый панкреатит, ВИЧ и заболевания легких или печени.
Распад тканей высвобождает ЛДГ, и, следовательно, ЛДГ может быть измеряется как заменитель разрушения ткани (например, гемолиз ). ЛДГ измеряется с помощью теста на лактатдегидрогеназу (ЛДГ) (также известного как тест на ЛДГ или тест на дегидрогеназу молочной кислоты). Сравнение измеренных значений ЛДГ с нормальным диапазоном помогает в постановке диагноза.
В медицине ЛДГ часто используется в качестве маркера разрушения тканей, поскольку ЛДГ в изобилии в эритроцитах и может действовать как маркер гемолиза. Неправильно обработанный образец крови может показать ложноположительный высокий уровень ЛДГ из-за повреждения эритроцитов.
Он также может использоваться в качестве маркера инфаркта миокарда. После инфаркта миокарда уровень ЛДГ достигает пика через 3-4 дня и остается повышенным до 10 дней. Таким образом, повышенные уровни ЛДГ (где уровень ЛДГ1 выше, чем у ЛДГ2, т. Е. Переворот ЛДГ, как обычно, в сыворотке, ЛДГ2 выше, чем ЛДГ1) могут быть полезны для определения наличия у пациента миокардиальных нарушений. инфаркт, если они обратятся к врачу через несколько дней после приступа боли в груди.
Другие области применения: оценка разрушения ткани в целом; это возможно при отсутствии других показателей гемолиза. Он используется для наблюдения за раком (особенно лимфомой ) пациентов, так как раковые клетки имеют высокую скорость обмена, а разрушенные клетки приводят к повышенной активности ЛДГ..
ЛДГ часто измеряется у пациентов с ВИЧ как неспецифический маркер пневмонии, вызванной Pneumocystis jirovecii (PCP). Повышенный уровень ЛДГ на фоне симптомов со стороны верхних дыхательных путей у пациента с ВИЧ предполагает, но не является диагностическим признаком ПП. Однако у ВИЧ-инфицированных пациентов с респираторными симптомами очень высокий уровень ЛДГ (>600 МЕ / л) указывал на гистоплазмоз (в 9,33 раза чаще) в исследовании с участием 120 пациентов с PCP и 30 пациентов с гистоплазмозом.
Измерение ЛДГ в жидкости, отсасываемой из плеврального выпота (или перикардиального выпота ) может помочь в различении экссудатов (активно секретируемая жидкость, например, из-за воспаления ) и транссудатов (пассивно секретируемая жидкость из-за высокого гидростатическое давление или низкое онкотическое давление ). Обычный критерий (включенный в критерии Лайта ) заключается в том, что отношение жидкой ЛДГ к верхнему пределу нормальной сывороточной ЛДГ более 0,6 или ⁄ 3 указывает на экссудат, в то время как соотношение меньше указывает на транссудат. В разных лабораториях используются разные значения верхнего предела сывороточного ЛДГ, но примеры включают 200 и 300 МЕ / л. При эмпиеме уровни ЛДГ, как правило, превышают 1000 МЕ / л.
Высокий уровень лактатдегидрогеназы в спинномозговой жидкости часто связан с бактериальным менингитом. В случае вирусного менингита высокий уровень ЛДГ, как правило, указывает на наличие энцефалита и плохой прогноз.
ЛДГ является участвует в инициации опухоли и метаболизме. Раковые клетки полагаются на усиленный гликолиз, приводящий к увеличению выработки лактата в дополнение к аэробному дыханию в митохондриях, даже в условиях достаточного количества кислорода (процесс, известный как эффект Варбурга ). Это состояние ферментативного гликолиза катализируется А-формой ЛДГ. Этот механизм позволяет опухолевым клеткам преобразовывать большую часть своих запасов глюкозы в лактат независимо от наличия кислорода, переводя использование метаболитов глюкозы с простого производства энергии на стимулирование ускоренного роста и репликации клеток.
ЛДГ A и возможность ингибирования его активности были идентифицированы как многообещающая мишень в лечении рака, направленном на предотвращение пролиферации канцерогенных клеток. Химическое ингибирование LDH A продемонстрировало заметные изменения в метаболических процессах и общей выживаемости клеток карциномы. Оксамат является цитозольным ингибитором ЛДГ A, который значительно снижает выработку АТФ в опухолевых клетках, а также увеличивает выработку активных форм кислорода (ROS). Эти АФК стимулируют пролиферацию раковых клеток, активируя киназы, которые управляют факторами роста прогрессирования клеточного цикла при низких концентрациях, но могут повредить ДНК из-за окислительного стресса при более высоких концентрациях. Вторичные продукты окисления липидов также могут инактивировать ЛДГ и влиять на его способность регенерировать НАДН, напрямую нарушая способность ферментов превращать лактат в пируват.
Хотя недавние исследования показали, что активность ЛДГ не обязательно является индикатором метастатического риска, экспрессия ЛДГ может действовать как общий маркер в прогнозе рака. Было обнаружено, что экспрессия LDH5 и VEGF в опухолях и строме является сильным прогностическим фактором диффузного или смешанного рака желудка.
Cap- мембрана -связывающий домен обнаружен в прокариотической лактатдегидрогеназе. Он состоит из большого семинитевого антипараллельного бета-листа, фланкированного с обеих сторон альфа-спиралями. Он позволяет связываться с мембраной.
Биологический портал 
СМИ, относящиеся к лактатдегидрогеназе в Wikimedia Commons
Лактатдегидрогеназа человека M 4 (
Кристаллическая структура B-лактатдегидрогеназы. Из 
Кристаллическая структура лактатдегидрогеназы яичка мыши (C 4). Из 
кристаллическая структура d-лактатдегидрогеназы, дыхательного фермента периферической мембраны.