Лактатдегидрогеназа

Биохимическая реакция

Главная функция лактатдегидрогеназы заключается в катализе реакции обратимого окисления лактата (молочной кислоты) до пирувата (пировиноградной кислоты).

Для успешного протекания этого биохимического процесса требуется обязательное участие кофермента. В роли такого структурного кофактора выступает окисленная форма никотинамидадениндинуклеотида — кофермент $NAD^+$. В ходе реакции окисления молекулы молочной кислоты данный кофермент забирает электроны и протоны, восстанавливаясь до состояния $NADH$ и $H^+$.

• Уравнение катализируемой реакции: Лактат + $NAD^+$ ↔ Пируват + $NADH$ + $H^+$

Поскольку описываемая реакция является полностью обратимой, фермент способен функционировать в обоих направлениях. Направление процесса в каждый момент времени определяется текущей концентрацией субстратов и специфическими метаболическими потребностями конкретной ткани организма.

Молекулярная структура фермента

Лактатдегидрогеназа представляет собой крупный олигомерный белок, молекулярная масса которого составляет 134 000.

По своей четвертичной структуре фермент является тетрамером — его функционально активная молекула всегда состоит ровно из четырех полипептидных субъединиц. В организме синтезируются субъединицы двух основных типов. Их названия происходят от английских слов, обозначающих ткани, где они впервые были обнаружены или где они наиболее активно экспрессируются:

• H (Heart) — «сердечный» тип субъединицы;
• M (Muscle) — «мышечный» тип субъединицы.

Именно различные комбинации этих двух базовых типов полипептидных цепей в составе единого тетрамера обеспечивают структурное разнообразие молекул фермента в различных органах.

Изоферменты ЛДГ и их распределение

Случайная или генетически детерминированная комбинация четырех субъединиц типов H и M в одной белковой молекуле приводит к формированию пяти различных вариантов лактатдегидрогеназы. Эти варианты называются изоформами (или изоферментами). Все они катализируют одну и ту же химическую реакцию, но существенно отличаются по своим физико-химическим характеристикам.

Классификация изоформ по субъединичному составу:

1. ЛДГ₁ — состоит исключительно из четырех сердечных субъединиц (HHHH).
2. ЛДГ₂ — включает три сердечные и одну мышечную субъединицу (HHHM).
3. ЛДГ₃ — имеет равное соотношение субъединиц (HHMM).
4. ЛДГ₄ — содержит одну сердечную и три мышечные субъединицы (HMMM).
5. ЛДГ₅ — состоит только из четырех мышечных субъединиц (MMMM).

Тканевое распределение: Распределение изоферментов носит строго тканеспецифический характер, что имеет колоссальное значение для медицины:

• В сердечной мышце (миокарде) и тканях почек абсолютно преобладают изоформы ЛДГ₁ и ЛДГ₂.
• В ткани печени и в скелетных мышцах доминируют изоформы ЛДГ₄ и ЛДГ₅.
• В остальных тканях человеческого организма присутствуют другие комбинации и соотношения данных вариантов.

Клинико-диагностическое значение

Ключевое физико-химическое отличие изоформ ЛДГ друг от друга заключается в их различной электрофоретической подвижности — скорости и направлении движения в электрическом поле при проведении лабораторного анализа.

• Изоформы ЛДГ₁ и ЛДГ₂ обладают быстрой электрофоретической подвижностью. При проведении электрофореза они активно мигрируют к положительному электроду (аноду, «+»).
• Изоформы ЛДГ₄ и ЛДГ₅ характеризуются медленной подвижностью и в электрическом поле остаются ближе к линии старта, то есть к отрицательному электроду (катоду, «-»).

У здорового человека в плазме крови поддерживается нормальное, физиологическое распределение всех фракций фермента. Однако при разрушении клеток (некрозе или цитолизе) внутриклеточные изоформы массированно высвобождаются в системный кровоток.

Для дифференциальной диагностики заболеваний проводят процедуру электрофореза плазмы крови, которая позволяет выявить тканевую принадлежность повышенной фракции:

• Инфаркт миокарда: сопровождается разрушением кардиомиоцитов. В крови выявляется резкое повышение специфических сердечных изоформ ЛДГ₁ и ЛДГ₂. На электрофореграмме это визуализируется как выраженный сдвиг спектра влево (в сторону анода).
• Гепатит: гибель гепатоцитов приводит к выбросу печеночной фракции. Отмечается значительное повышение уровня ЛДГ₅, что на электрофореграмме выглядит как сдвиг спектра вправо (в сторону катода).

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизм восстановления кофермента NAD+ в ходе окислительно-восстановительных реакций
• Принципы разделения белков плазмы крови методом электрофореза
• Сравнительная характеристика электрофореграмм здорового человека и пациента с инфарктом миокарда
• Особенности метаболизма лактата и пирувата в скелетных мышцах и печени
• Пространственная структура олигомерных белков и значение межсубъединичных взаимодействий

Другие темы раздела «Энзимология»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.