какую реакцию катализирует лактатдегидрогеназа

Лактатдегидрогеназа

Фермент широко распространён в организме человека. По степени убыли активности ЛДГ органы и ткани можно расположить в следующей последовательности: почки, сердце, скелетные мышцы, поджелудочная железа, селезёнка, печень, лёгкие, сыворотка крови. ЛДГ содержится в значительном количестве в эритроцитах, поэтому исследуемая сыворотка не должна содержать следов гемолиза. ЛДГ имеет пять изоферментов, представляющих различные комбинации из четырёх субъединиц двух основных типов – Н (от англ. heart – сердце) и М (от англ. muscle – мышца):

Изоферменты ЛДГ нумеруются в соответствии с электрофоретической подвижностью по направлению к аноду (рис. 5.2.2). На рисунке показано распределение и относительное количество изоферментов ЛДГ в различных органах. Экстракты нанесены на линию, отмеченную надписью «Старт». При заданных условиях опыта (рН) 4 изофермента ЛДГ движутся к аноду, а один (ЛДГ₅) к катоду.

Рис. 5.2.2 Распределение и относительное количество изоферментов ЛДГ в различных органах

Протекание прямой реакции превращения пирувата в лактат обеспечивает М субъединица ЛДГ, протекание обратной реакции – Н субъединица (рис. 5.2.3).

Рис. 5.2.3. Обратимая реакция превращения пирувата в лактат, катализируемая ЛДГ

Изоферментный спектр и тип обмена веществ в ткани коррелируют между собой. Так, в тканях с преимущественно аэробным обменом веществ (мозг, сердце, почки и др.) наибольшей активностью обладают ЛДГ₁ и ЛДГ₂, в тканях с выраженным анаэробным обменом веществ (печень, скелетная мускулатура и др.) преобладают ЛДГ₄ и ЛДГ₅. Наиболее высокое содержание ЛДГ₃ отмечают в лимфоидной ткани, тромбоцитах и опухолях. Это распределение имеет большой биологический смысл. Изофермент ЛДГ₁ in vitro активен при низкой концентрации пирувата и ингибируется его избытком, в то время как ЛДГ₅ сохраняет активность при сравнительно высоких концентрациях пирувата. Поскольку восстановление пирувата в лактат, катализируемое ЛДГ₁, сильно ингибируется уже небольшими концентрациями пирувата, то в ткани, богатой этим изоферментом, например в сердце, пируват подвергается преимущественно аэробному окислению. Кроме активной переработки собственного (эндогенного) лактата, сердечная мышца способна поглащать лактат из крови, затем превращать его в пировиноградную кислоту и подвергать дальнейшему окислению для пополнения запасов АТР. С другой стороны, в тканях, где преобладают изоферменты ЛДГ₄ и ЛДГ₅ (печень, скелетная мускулатура), АТР в значительной степени образуется за счёт гликолиза. Высокая активность ЛДГ₅ в них обеспечивает быстрое превращение пирувата в лактат, который затем выбрасывается в кровь, поскольку в скелетной мускулатуре дальнейшее превращение лактата почти не осуществляется. Однако в некоторых тканях нет зависимости между типом обмена и изоферментным спектром. Так в эритроцитах, тромбоцитах, хрусталике глаза, где преобладает анаэробный обмен, фермент представлен в основном изоферментами ЛДГ₁ ЛДГ₂.

Молекулярная масса каждой изоформы ЛДГ составляет 135 кДа (по другим данным 140 кДа), а каждой субъединицы – 34 кДа (по другим данным – 33,5 кДа). Вместо лактата ЛДГ может окислять α-гидроксибутират до α-оксибутирата. Особенно высокую активность в отношении α-гидроксибутирата по сравнению с лактатом проявляет ЛДГ₁. Вследствие этого ЛДГ₁ обычно измеряют с использованием именно этого субстрата, а данный изофермент (ЛДГ₁) имеет второе название – α-гидроксибутиратдегидрогеназа (α-ГБДГ).

Соотношение между изозимами ЛДГ, по данным разных авторов при электрофорезе на ацетатцеллюлозных плёнках составляет у взрослых:

Это соотношение может изменяться как при адаптации к меняющимся условиям среды, так и в ходе онтогенеза. Эмбрионы всех млекопитающих проходят стадию развития, когда митохондрии ещё не готовы к окислению субстратов. В этих условиях особенно велика роль анаэробного гликолиза. Как показано для развивающихся мышей, на стадии эмбриона основной формой фермента является тетрамер типа М₄. После рождения постепенно нарабатываются другие формы ЛДГ, и к периоду, соответствующему взрослому организму, устанавливается соотношение разных изоформ, типичное для каждой ткани.

Клиническое значение определения ЛДГ

Рост общей активности ЛДГ сыворотки крови не несёт достаточно специфической информации. Можно отметить, что общая активность ЛДГ резко повышена при миелобластных и пернициозных анемиях, обширных опухолевых процессах, вирусных гепатитах, шоке и гипоксии. Выраженное повышение наблюдается при циррозах печени, обтупационных желтухах, заболеваниях почек, опорно-мышечного аппарата, опухолях, при сердечной недостаточности. Активность фермента повышается при любых патологических процессах, связанных с цитолизом клеток органов и тканей (например, при инфарктах миокарда, лейкозах, гемолитических анемиях, гепатитах и др.). Определение отдельных изоферментов ЛДГ в сыворотке крови имеет большую диагностическую значимость, чем определение суммарной активности.

Активность ЛДГ₁ и ЛДГ₂ увеличивается при инфаркте миокарда, различных видах анемий, острых поражениях (некрозах) почечной ткани. Уровень ЛДГ₁ повышается при опухолевых заболеваниях яичников. Повышение активности ЛДГ₅ выявляется при повреждении скелетных мышц, любых воспалительных или дегенеративных заболеваниях скелетных мышц, многих заболеваниях печени (циррозе, всех типах гепатитов) и при раковых опухолях. Повышение активности изоферментов средней зоны, то есть ЛДГ₂ и ЛДГ₃ ЛДГ₄ встречается при массивном разрушении тромбоцитов (эмболия лёгочной артерии, массивная гемотрансфузия) и вовлечении в патологический процесс лимфатической системы, например, при таких заболеваниях, как инфекционный мононуклеоз, лимфомы, лимфоцитарный лейкоз.

У здоровых новорожденных, в первые дни жизни содержание ЛДГ₂ ниже, а содержание ЛДГ₅ выше чем у взрослого человека. Максимальная активность фермента наблюдается на 2-4 день жизни. К 6-7 годам соотношение фракций ЛДГ примерно соответствуют таковому у взрослого человека.

Рекомендации по определению ЛДГ:

1. Сыворотка не должна быть гемолизирована, так как ЛДГ содержится в эритроцитах и результаты могут быть завышены;

2. Не рекомендуется использовать в качестве антикоагулянта оксалаты, так как соли щавелевой кислоты являются ингибиторами лактатдегидрогеназной реакции;

3. Рекомендуется использовать свежую сыворотку или плазму крови, лучше плазму, так как ЛДГ много в тромбоцитах и при их разрушении активность ЛДГ повышается.

Источник

ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА

Активность этого фермента в сыворотке крови и относительное содержание его изоферментов являются важным биохимическим диагностическим тестом при ряде заболеваний.

Лактатдегидрогеназа обнаруживается во всех тканях животных и человека, особенно в сердечной и скелетных мышцах, эритроцитах, печени и почках. Локализована Лактатдегидрогеназа в цитоплазме.

В физиологических условиях равновесие реакции, катализируемой Лактатдегидрогеназой, смещено в сторону образования молочной к-ты (лактата). Коферментом Лактатдегидрогеназы является НАД (см. Никотинамидадениндинуклеотид).

Восстановление пирувата под действием Л. завершает внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза (см.). Когда клетки мышц высших организмов в условиях большой мышечной нагрузки вынуждены функционировать в анаэробных условиях, из мышц в кровь поступает большое количество лактата. В печени этот лактат вновь превращается в глюкозу (см.). Утомление мышц частично обусловлено развитием ацидоза в мышцах, т. к. при гликолизе из каждой нейтральной молекулы глюкозы образуются две молекулы молочной к-ты (см. Лактат-ацидоз).

С точки зрения кинетики, реакции, катализируемые Л., представляют собой двухсубстратные реакции с упорядоченным связыванием субстратов. Первым с Л. связывается кофермент, продукты реакции диссоциируют последовательно. В реакции восстановления пирувата стадией, лимитирующей скорость реакции, является изомеризация тройного комплекса: Л.— НАД-H — пируват. В реакции окисления лактата такой лимитирующей стадией является диссоциация пирувата или НАД-H2. Помимо пирувата, Л. катализирует восстановление гомологичных ему альфа-кетокислот — альфа-кетомасляной, альфа-кетовалериановой и альфа-кетокапроновой. Л. неактивна при использовании в качестве субстратов щавелево-уксусной (оксалата) и альфа-кетоглутаровой к-т, а также бета- и δ-кетокислот, кетонов и ацетальдегида. Л. обладает строгой стереоспецифичностью: она катализирует окисление только L-молочной к-ты; при восстановлении же оптически неактивного пирувата также образуется только L-молочная к-та (см. Изомерия).

Активность Л. обычно определяют спектрофотометрическим методом, основанным на измерении поглощения НАД-Н₂ при 340 нм.

Аминокислотный состав и первичная структура Л. различаются в зависимости от источника выделения фермента и его изоферментного состава (см. Изоферменты). Мол. вес (масса) Л. равен приблизительно 140 000. Молекула Л. представляет собой тетрамер, состоящий из одного или двух типов субъединиц. В каждой из них имеются остатки цистеина и гистидина, существенные для проявления ферментативной активности, блокирование которых приводит к инактивации фермента. Активный центр в молекуле Л., где происходит связывание кофермента и субстрата, представляет собой гидрофобную область протяженностью 1,4 нм, содержащую остатки аргинина, дикарбоновых к-т и гистидина.

Лактат и пируват в высоких концентрациях вызывают ингибирование Л. вследствие образования непродуктивных комплексов с ферментом.

Адениновые нуклеотиды, оксалат и оксамат обратимо и конкурентно ингибируют Л. Дезамино-НАД эффективно участвует в реакции, катализируемой Л.

Л. существует по меньшей мере в пяти различных молекулярных формах, т. е. фермент представлен пятью изоферментами, которые обозначают в порядке расположения их на электрофореграмме по направлению к аноду при щелочных значениях pH: ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4 и ЛДГ5. В сердечной мышце и почках содержится гл. обр. ЛДГ1. В скелетных мышцах и в печени содержится в основном ЛДГ5. Катализируя одну и ту же реакцию, изоферменты Л. четко различаются по величинам констант Михаэлиса — Ментен (Км) для субстратов. Высказывалось предположение, что отдельные изоферменты предпочтительно катализируют прямую или обратную лактатдегидрогеназную реакцию.

Полипептидные цепи в молекулах изоферментов Л. могут быть двух различных типов, обозначаемых обычно М или Н. Установлено, что пять изоферментов Л. имеют следующий субъединичный состав: ЛДГ1—Н4, ЛДГ2-Н3М, ЛДГ3-Н2М2, ЛДГ4—H1M3 и ЛДГ5—М4. Изоферменты Л. типа М4 и НМ3 содержатся преимущественно в тех тканях, в которых энергия образуется за счет гликолиза, напр, в белых скелетных мышцах или в эмбриональных тканях. Изоферменты же типа Н3М и Н4 встречаются гл. обр. в тканях, для которых характерен аэробный или дыхательный метаболизм. Изоферменты Л. отличаются друг от друга способностью к инактивации высокими концентрациями пирувата. Более чувствителен по отношению к пирувату изофермент ЛДГ5, что объясняется самой высокой скоростью образования им тройного непродуктивного комплекса Л.— НАД-H — пируват и его стабильностью. В организме обычно синтезируются субъединицы Л. обоих типов, но в неодинаковом количестве для разных тканей, что обусловливает сборку тех или иных изоферментов Л., специфичных именно для той или иной ткани. Пептидные цепи двух типов субъединиц Л. кодируются двумя разными генами. Влияние мутаций на изофермеиты Л. зависит от того, происходят ли они в локусе, кодирующем биосинтез цепи М, или в локусе, определяющем биосинтез цепи Н. Так, мутация в локусе М. не влияет на свойства ЛДГ1, поскольку этот изофермент не содержит субъединиц М. Вместе с тем такая мутация в разной степени изменяет свойства ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4 и ЛДГ5, содержащих соответственное количество субъединиц М. Аналогично мутация в локусе В не должна затрагивать ЛДГ5, в отличие от остальных четырех изоферментов Л.

У гетерозигот (см. Менделя законы) синтезируется очень сложный набор изоферментов Л. Так, у индивидуума, гетерозиготного по локусу М., но гомозиготного по нормальному аллелю локуса Н, могут синтезироваться 15 изоферментов Л., распределение которых будет иным, нежели у индивидуума, гетерозиготного по локусу Н, но гомозиготного по локусу М. Соотношение нормальных и вариантных изоферментов определяется соотношением нормальных и вариантных полипептидов, доступных для образования тетрамеров.

У людей найдено значительное число вариантов Л., различающихся по своему изоферментному спектру (качественно и количественно). Все они сравнительно редки и были обнаружены путем обычного электрофоретического исследования. Ни один из известных вариантов, по-видимому, не связан с какой-либо определенной клинически проявляющейся аномалией. В каждом случае наблюдается сложная, но совершенно определенная картина электрофоретического разделения.

Кроме локусов, кодирующих М- и Н-субъединицы Л., существует, по-видимому, третий локус, определяющий еще одну субъединицу. Наличие этой субъединицы приводит к появлению особого типа тетрамерного изофермента (соответствующую ему полосу на электрофореграмме называют Х-полосой), характерного для сперматозоидов человека и животных.

Клиническое значение определения активности лактатдегидрогеназы

Уже через несколько часов после начала острого инфаркта миокарда в сыворотке крови отмечают значительное повышение активности Л. Через 36—48 час. эта активность достигает своего максимума (нередко она в 10—15 раз превышает нормальную). Оптимальный период для определения активности Л. в сыворотке крови составляет 2—4 суток после начала инфаркта, т. к. в этот временной отрезок ценность этого биохим, теста наиболее велика. Так, напр., его диагностическая точность, по данным И. В. Мартынова, при трансмуральном инфаркте миокарда в этот отрезок времени равна 97 ± 1,7%.

Обычно активность Л. в сыворотке крови при инфаркте возвращается к норме на 10—12-й день после начала заболевания. Активность Л. в сыворотке крови при инфаркте миокарда остается повышенной дольше других ферментов (напр., аминотрансфераз).

Ценность определения активности Л. в сыворотке крови особенно велика в неясных случаях инфаркта миокарда (при нетипичной клин, и электрокардиографической картинах, в частности при длительных ангинозных приступах, сопровождающихся преходящей деформацией сегмента S T или зубца T без появления патол, зубца Q), а также для дифференциальной диагностики между инфарктом миокарда и расслаивающей аневризмой аорты, острым перикардитом и тромбозом легочной артерии. При всех этих заболеваниях повышение активности Л. в сыворотке крови не столь резкое, как при инфаркте миокарда.

Однако величина активности Л. не позволяет с уверенностью судить о размерах поражения сердечной мышцы и тем более прогнозировать исход заболевания.

У больных стенокардией повышения активности Л. в сыворотке крови не наблюдается. Это позволяет применять ЛДГ-тест как надежный критерий отсутствия поражения сердечной мышцы в пределах 2—3 суток после сердечного приступа.

Активность Л. в сыворотке крови повышается при паренхиматозном гепатите в первые дни желтушного периода. При легкой и среднетяжелой форме заболевания активность фермента довольно быстро возвращается к норме. При механической желтухе активность Л. в сыворотке крови остается в норме, лишь на поздних стадиях болезни она повышается вследствие вторичных повреждений паренхимы печени. При карциномах печени и метастазах рака в печень активность Л. в сыворотке крови также может увеличиваться; при этом концентрация пирувата в сыворотке крови повышается в 2—3 раза (норма 0,5—1,0 мг%). Однако отрицательный результат ЛДГ-теста в этом случае отнюдь не свидетельствует об отсутствии злокачественного поражения печени.

В стадии ремиссии хрон, гепатита активность Л. в сыворотке крови остается в пределах нормы или слегка повышается, при обострении процесса возрастает. В этом случае ЛДГ-тест может быть использован в качестве вспомогательного вместе с другими ферментными пробами.

Активность Л. в сыворотке крови возрастает также при прогрессирующей мышечной дистрофии, хрон, лимфогранулематозе, лейкозах, пернициозной анемии, острых и хрон, нефритах, при опухолях в мочевыводящих путях и других заболеваниях.

Более важное значение в диагностике по сравнению с определением общей активности сывороточной Л. имеет определение изоферментного состава Л. Обычно в сыворотке крови здоровых людей обнаруживаются все 5 фракций Л., активность которых распределяется следующим образом: ЛДГ2>ЛДГ1>ЛДГ3>ЛДГ4>ЛДГ5. При остром инфаркте миокарда изменяется соотношение между активностями ЛДГ1 и ЛДГ2 так, что активность ЛДГ1 становится равной активности ЛДГ2 или выше ее. Этот показатель имеет большое значение в поздней диагностике инфаркта миокарда. Кроме того в силу специфичности этого теста он может быть использован для дифференциальной диагностики.

При паренхиматозных повреждениях ткани печени (инфекционный гепатит), а также при некоторых заболеваниях мышц (прогрессирующая мышечная дистрофия) обнаруживают значительное повышение относительного содержания ЛДГ5, что также находит применение в энзимодиагностике этих заболеваний.

Северин С. Е. Гликолиз, в кн.: Хим. основы процессов жизнедеят., под ред. В. Н. Ореховича, с. 156, М., 1962; Харрис Г. Основы биохимической генетики человека, пер. с англ., с. 53, М., 1973; Holbro ok J. J. а. о. Lactate dehydrogenase, в кн.: Enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. И, p. 191, N. Y.— L., 1975, bibliogr.

Источник

Лактатдегидрогеназа

ЛДГ (L-лактат-НАД-оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.27) – цинксодержащий фермент, обратимо катализирует окисление лактата в пируват. ЛДГ является тетрамером, содержит субьединицы М и Н. В цитоплазме клеток и сыворотке крови ЛДГ представлена 5 изоферментами, обозначаемыми в соответствии с их подвижностью к аноду в электрическом поле: ЛДГ-1 (НННН), ЛДГ-2 (НННМ), ЛДГ-3 (ННММ), ЛДГ-4 (НМММ) и ЛДГ-5 (ММММ). ЛДГ представлена практически во всех органах и тканях организма, при этом распределение изоферментов ЛДГ органоспецифично. ЛДГ-4 и ЛДГ-5 преобладают в печени и скелетных мышцах, тканях с преимущественно анаэробным метаболизмом, ЛДГ-1 и ЛДГ-2 – эритроцитах, лейкоцитах, миокарде, почках – тканях с аэробным типом метаболизм, наиболее высокое содержание ЛДГ-3 – в легких, лимфоидной ткани, тромбоцитах и опухолях.

ИМ обычно сопровождается 3–4 кратным повышением общей активности ЛДГ; подобное повышение ЛДГ отмечается при миокардите, нарушениях ритма сердца. При ИМ повышение общей активности ЛДГ в сыворотке крови отмечается спустя 8–10 ч, и достигает максимальной активности через 48–72 ч. Выброс миокардиальных изоферментов ЛДГ при ИМ в кровь ведет к увеличению активности ЛДГ-1и ЛДГ-2. Активность ЛДГ-1 увеличивается через 12–24 ч после возникновения острого ИМ, совпадая во времени с максимумом активности КК-МВ и опережая возникновение пика общей активности ЛДГ (24 ч).

Выявление спектра изоферментов, характерного для ИМ, возможно при застое крови в печени и почках вследствие сердечной недостаточности, при ишемическом поражении некоторых органов в силу резкого снижения сердечного выброса. В настоящее время определение активности ЛДГ и ее изоферментов не входит в число обязательных тестов для диагностики ИМ вследствие недостаточной специфичности.

К повышению активности ЛДГ приводят миопатии, заболевания печени, мегалобластные и гемолитические анемии, острые и хронические заболевания почек. Увеличение активности ЛДГ отмечается при повреждении печени, но это повышение не так велико, как повышение активности АЛТ и АСТ. Особенное повышение (в 10 раз выше верхней границы нормы) отмечают при токсическом гепатите, сопровождающемся желтухой.

Физиологическое повышение уровня ЛДГ в крови происходит во время беременности, у новорожденных, а также после интенсивной физической нагрузки.

Показания к исследованию:

Особенности взятия и хранения образцов. Сыворотка или плазма (ЭДТА, гепарин) без признаков гемолиза. Хранение образцов не более 2-х суток при 18–25°C. Хранение проб при 4–8°C или замораживание снижает активность фермента.

Методы исследования. Метод, основанный на рекомендациях IFCC. ЛДГ катализирует окисление лактата в пируват при щелочном рН, одновременно НАД+ восстанавливается до НАДН. Скорость возрастания оптической плотности реакционной смеси при 340 нм, отражающая увеличение концентрации НАДН, пропорциональна активности фермента в образце.

Пониженные значения: Генетические нарушения или полное отсутствие субъединиц ЛДГ.

Изоферменты ЛДГ-1 и ЛДГ-2

Показания к исследованию:

Особенности взятия и хранения образцов. Сыворотка или плазма (ЭДТА, гепарин) без признаков гемолиза. Хранение образцов не более 2 суток при 18–25°C. Хранение проб при 4–8°C или замораживание снижает активность фермента.

Источник

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

Описание

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) — гликолитический фермент, который содержится в большинстве тканей организма (в клетках сердечной мышцы, печени, почек, легких, скелетной мускулатуры) и участвует в конечных этапах превращения глюкозы.

Изоферменты ЛДГ
ЛДГ в цитоплазме клеток и сыворотке крови представлена 5 изоферментами: ЛДГ-1 и ЛДГ-2 — содержащиеся в основном в миокарде, почках; ЛДГ-3 — обнаруживается преимущественно в легочной ткани; ЛДГ-4 и ЛДГ-5 — в большинстве случаев обнаруживаются в печени и скелетных мышцах, информативность которых выше, чем при определении общей ЛДГ.

Цинксодержащий фермент, локализующийся в основном в цитоплазме и обнаруживающийся практически во всех органах и тканях человека. Наибольшая активность отмечается в почках, печени, сердце, скелетных мышцах, поджелудочной железе, клетках крови. В эритроцитах её уровень в 100 раз выше, чем в сыворотке. У детей активность фермента выше, чем у взрослых, с возрастом активность ЛДГ сыворотки плавно снижается.

Показатели активности ЛДГ зависят от метода исследования. Повышенная активность ЛДГ в физиологических условиях наблюдается у беременных, новорожденных, после интенсивных физических нагрузок. Активность фермента у женщин несколько ниже, чем у мужчин.

ЛДГ при инфаркте миокарда
Мониторинг течения инфаркта миокарда. Рост активности ЛДГ наблюдается на 12–24 часу после инфаркта; максимальная активность отмечается через 24–48 часов. Повышенная активность фермента держится вплоть до 10 суток. Активность ЛДГ зависит от размеров очага поражения миокарда, а динамика ее снижения в процессе выздоровления — от интенсивности восстановительных процессов в сердечной мышце.

Определение активности ЛДГ позволяет дифференцировать истинный инфаркт миокарда и клинически сходные с ним приступы стенокардии: при инфаркте суммарная активность ЛДГ возрастает и в результате ее значение в несколько раз превышает нормальный уровень, в то же время даже при тяжелых приступах стенокардии уровень активности ЛДГ соответствует норме. Снижение активности фермента в постинфарктном периоде происходит в 2 раза медленнее, чем нормализация таких маркеров поражения миокарда, как креатинкиназа и АСТ, что особенно ценно для поздней диагностики поражения.

Интерпретация результатов
Единицы измерения: Ед/л.

Источник

Лактатдегидрогеназа (Lactate dehydrogenase)

Биоматериал

Для данного исследования лаборатория принимает следующий биоматериал:

Подготовка к исследованию

Взятие крови производится натощак (не менее 8 и не более 14 ч голодания). Можно пить воду без газа.

Метод исследования

Показания к исследованию:

Референсные значения (вариант нормы):

При гемолизе в пробе или несвоевременном отделении сыворотки от форменных элементов возможно ложное повышение ЛДГ за счет выхода фермента из эритроцитов.

Источник