LDH: ฟังก์ชันการกำหนดปฏิกิริยาค่าปกติ - ชีววิทยา

นม dehydrogenase , แลคติก dehydrogenase กรดแลคเตท dehydrogenase NAD ขึ้นอยู่กับหรือเพียง LDH เป็นเอนไซม์ที่อยู่ในกลุ่มของ oxidoreductases เป็นจริงในทุกเนื้อเยื่อสัตว์พืชและจุลินทรีย์หลายชนิดเช่นแบคทีเรียยีสต์ , และเคีย .

เอนไซม์ประเภทนี้แสดงด้วยหมายเลข EC 1.1.1.27 ของคณะกรรมการระบบการตั้งชื่อเอนไซม์และรับผิดชอบต่อปฏิกิริยาที่เปลี่ยนแลคเตทเป็นไพรูเวต (โดยการออกซิเดชั่น) และในทางกลับกัน (โดยการลดลง) ออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์นิโคตินอะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ ( NAD + และ NADH) ในกระบวนการที่เรียกว่าการหมักแลคติก

โครงสร้างผลึกของ Lactate Dehydrogenase B (ที่มา: Bcndoye ผ่าน Wikimedia Commons)

ซึ่งแตกต่างจากการหมักแอลกอฮอล์ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในจุลินทรีย์บางชนิดเช่นยีสต์และใช้ไกลโคไลติกไพรูเวทในการผลิตเอทานอลการหมักแลคติกเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดและเนื้อเยื่อของร่างกายของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน

เอนไซม์ที่สำคัญสำหรับการเผาผลาญของเซลล์นี้ตกผลึกจากกล้ามเนื้อโครงร่างของหนูในทศวรรษที่ 1940 และจนถึงปัจจุบันลักษณะที่ดีที่สุดคือกล้ามเนื้อโครงร่างและเนื้อเยื่อหัวใจของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ในสัตว์ที่ "สูงกว่า" เอนไซม์จะใช้ L isomer of lactate (L-lactate) ในการผลิตไพรูเวต แต่สัตว์และแบคทีเรีย "ต่ำกว่า" บางชนิดจะสร้าง D-lactate จากไพรูเวตที่ได้จากไกลโคไลซิส

แลคเตทดีไฮโดรจีเนสมักแสดงออกในเนื้อเยื่อหรือเซลล์ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน (มีปริมาณเลือดต่ำ) ซึ่งในมนุษย์สามารถบ่งบอกลักษณะของพยาธิสภาพเช่นมะเร็งตับหรือหัวใจได้

อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นแลคเตทเป็นเรื่องปกติของกล้ามเนื้อระหว่างการออกกำลังกายและกระจกตาซึ่งมีออกซิเจนไม่ดี

คุณสมบัติ

แลคเตทดีไฮโดรจีเนสทำหน้าที่หลายอย่างในเส้นทางการเผาผลาญจำนวนมาก เป็นศูนย์กลางของความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างทางเดินของคาตาโบลิกและคาโบลิกคาร์โบไฮเดรด

ในระหว่างการทำไกลโคไลซิสแบบแอโรบิคไพรูเวต (ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของเส้นทางต่อซี) สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์ไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสโดยที่มันถูก decarboxylated ปล่อยโมเลกุลของอะซิทิล - โคเอที่ใช้ปลายน้ำการพูดทางเมตาบอลิซึมใน วงจร Krebs

ในไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนในทางตรงกันข้ามขั้นตอนสุดท้ายของไกลโคไลซิสจะผลิตไพรูเวต แต่แลคเตทดีไฮโดรจีเนสใช้ในการผลิตแลคเตทและ NAD ⁺ซึ่งจะคืนค่า NAD ⁺ที่ใช้ในระหว่างปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยไกลเซอราลดีไฮด์3- ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส

เนื่องจากในระหว่างการไม่ใช้ออกซิเจนแหล่งที่มาหลักของการผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP คือไกลโคไลซิสแลคเตทดีไฮโดรจีเนสมีบทบาทพื้นฐานในการ reoxidation ของ NADH ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนก่อนหน้าของทางเดินไกลโคไลติกซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเอนไซม์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

แลคเตทดีไฮโดรจีเนสยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างไกลโคเจนที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อที่เปลี่ยนแลคเตทเป็นไกลโคเจนและในเนื้อเยื่อแอโรบิคบางชนิดเช่นหัวใจแลคเตทเป็นเชื้อเพลิงที่ถูกรีออกซิไดซ์เพื่อผลิตพลังงานและลดพลังงานในรูปของ ATP และ NAD ⁺ตามลำดับ

ลักษณะและโครงสร้าง

แลคเตทดีไฮโดรจีเนสในธรรมชาติมีหลายรูปแบบโมเลกุล เฉพาะในสัตว์เท่านั้นที่ได้รับการพิจารณาว่ามีกิจกรรมแลคเตทดีไฮโดรจีเนส 5 ชนิดซึ่งเป็นเตตระเมอริกทั้งหมดและประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์สองประเภทที่เรียกว่าหน่วยย่อย H และ M (ซึ่งอาจเป็นโฮโม - หรือเฮเทอโรเตตระเมอริก)

โดยทั่วไปรูปแบบ H จะพบในเนื้อเยื่อหัวใจในขณะที่ตรวจพบรูปแบบ M ในกล้ามเนื้อโครงร่าง โซ่ทั้งสองแตกต่างกันในแง่ของความอุดมสมบูรณ์องค์ประกอบของกรดอะมิโนคุณสมบัติทางจลศาสตร์และคุณสมบัติของโครงสร้าง

รูปแบบ H และ M เป็นผลผลิตจากการแปลของยีนที่แตกต่างกันซึ่งอาจอยู่บนโครโมโซมที่แตกต่างกันและยังอยู่ภายใต้การควบคุมหรือควบคุมของยีนที่แตกต่างกัน รูปแบบ H มีความโดดเด่นในเนื้อเยื่อที่มีการเผาผลาญแบบแอโรบิคและรูปแบบ M ในเนื้อเยื่อที่ไม่ใช้ออกซิเจน

ระบบการตั้งชื่ออีกประเภทหนึ่งใช้ตัวอักษร A, B และ C สำหรับเอนไซม์ประเภทต่างๆทั้งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนก ดังนั้น Muscle lactate dehydrogenase จึงเรียกว่า A ₄หัวใจเป็น B ₄และที่สามเรียกว่า C ₄ซึ่งมีความจำเพาะต่ออัณฑะ

การแสดงออกของไอโซเอนไซม์เหล่านี้ได้รับการควบคุมทั้งที่ขึ้นกับพัฒนาการและขึ้นอยู่กับเนื้อเยื่อ

เอนไซม์ได้ถูกแยกออกจากแหล่งที่มาของสัตว์ต่าง ๆ และได้รับการพิจารณาแล้วว่าโครงสร้างเตตระเมอริกของมันมีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยประมาณ 140 kDa และบริเวณที่มีผลผูกพันสำหรับ NADH หรือ NAD ⁺ประกอบด้วยแผ่นพับβที่ประกอบด้วยโซ่หกเส้น และ 4 อัลฟาเฮริซ

การกำหนด

โดยสเปกโทรโฟโตเมตรี

กิจกรรมของแลคเตทดีไฮโดรจีเนสของสัตว์ถูกกำหนดโดยสเปกโตรโฟโตเมตริกในหลอดทดลองโดยการวัดการเปลี่ยนสีด้วยกระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาไพรูเวตไปจนถึงปฏิกิริยาการเปลี่ยนแลคเตท

วัดจะทำที่ 340nm กับ spectrophotometer และอัตราการลดลงของความหนาแน่นของแสงเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันหรือ "การหายตัวไปของ" ของ NADH ซึ่งจะถูกแปลงเป็น NAD ⁺มีความมุ่งมั่น

นั่นคือปฏิกิริยาที่กำหนดมีดังนี้:

ไพรูเวท + NADH + H ⁺ →แลคเตท + NAD ⁺

การวัดค่าเอนไซม์จะต้องดำเนินการในสภาวะที่เหมาะสมของ pH และความเข้มข้นของสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์เพื่อไม่ให้มีความเสี่ยงที่จะประเมินปริมาณที่มีอยู่ในตัวอย่างต่ำเกินไปเนื่องจากพื้นผิวขาดหรือเนื่องจากสภาวะที่มีความเป็นกรดหรือความเป็นด่างสูง

โดย immunohistochemistry

อีกวิธีหนึ่งอาจจะทันสมัยกว่าเล็กน้อยในการตรวจสอบการมีอยู่ของ lactate dehydrogenase เกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องมือภูมิคุ้มกันนั่นคือการใช้แอนติบอดี

วิธีการเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ระหว่างการจับตัวของแอนติเจนกับแอนติบอดีที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะและมีประโยชน์มากสำหรับการระบุอย่างรวดเร็วว่ามีหรือไม่มีเอนไซม์เช่น LDH ในเนื้อเยื่อใด ๆ

แอนติบอดีที่ใช้ต้องมีความจำเพาะสำหรับการตรวจหาไอโซเอนไซม์หรือโปรตีนที่มีฤทธิ์แลคเตทดีไฮโดรจีเนสทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์

ทำไมต้องตรวจหาแลคเตทดีไฮโดรจีเนส?

การกำหนดเอนไซม์นี้ดำเนินการเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวินิจฉัยทางคลินิกของเงื่อนไขบางอย่างรวมถึงกล้ามเนื้อหัวใจตายและมะเร็ง

ในระดับเซลล์การปลดปล่อยแลคเตทดีไฮโดรจีเนสถือเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์เพื่อกำหนดการเกิดกระบวนการที่เป็นเนื้อร้ายหรือกระบวนการอะพอพโทติกเนื่องจากเมมเบรนในพลาสมาสามารถซึมผ่านได้

ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถกำหนดได้ในเนื้อเยื่อเพื่อพิจารณาว่าการเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจนมีผลเหนือกว่าด้วยเหตุผลใดโดยเฉพาะ

ปฏิกิริยา

ดังที่กล่าวไว้ในตอนแรกเอนไซม์แลคเตทดีไฮโดรจีเนสซึ่งมีชื่ออย่างเป็นระบบคือ (S) - แลคเตท: NAD ⁺ dehydrogenase เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนแลคเตทเป็นไพรูเวตในลักษณะที่ขึ้นกับNAD ⁺หรือในทางกลับกันซึ่งเกิดขึ้นจากการถ่ายโอน a ไฮไดรด์ไอออน (H ^- ) จากไพรูเวตเป็นแลคเตทหรือจาก NADH ไปยังไพรูเวตที่ออกซิไดซ์

โครงการและกลไกการเกิดปฏิกิริยา Lactate dehydrogenase (ที่มา: Jazzlw ผ่าน Wikimedia Commons)

NAD ⁺มีหน่วย ADP และกลุ่มนิวคลีโอไทด์อีกกลุ่มหนึ่งที่ได้จากกรดนิโคตินิกเรียกว่าไนอาซินหรือวิตามินบี₃และโคเอนไซม์นี้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาหลายอย่างที่มีความสำคัญทางชีวภาพมาก

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าความสมดุลในปฏิกิริยาดังกล่าวถูกเลื่อนไปทางด้านแลคเตทและแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์ยังสามารถออกซิไดซ์กรดอื่น ๆ (S) -2-hydroxymonocarboxylic acids และใช้ NADP ⁺เป็นสารตั้งต้นได้แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าก็ตาม

ขึ้นอยู่กับภูมิภาคของร่างกายที่อยู่ในการพิจารณาและในเวลาเดียวกันกับลักษณะการเผาผลาญที่สัมพันธ์กับการมีหรือไม่มีออกซิเจนเนื้อเยื่อจะผลิตแลคเตทในปริมาณที่แตกต่างกันผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย LDH

ตัวอย่างเช่นหากคุณพิจารณาเซลล์เม็ดเลือดแดง (เม็ดเลือดแดง) ที่ขาดไมโตคอนเดรียที่สามารถเผาผลาญไพรูเวตที่ผลิตระหว่างไกลโคไลซิสเป็น CO ₂และน้ำอาจกล่าวได้ว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเซลล์ที่สร้างแลคเตทหลักในร่างกายมนุษย์เนื่องจาก ไพรูเวททั้งหมดจะถูกเปลี่ยนเป็นแลคเตทโดยแลคเตทดีไฮโดรจีเนส

ในทางกลับกันหากพิจารณาเซลล์ตับและเซลล์กล้ามเนื้อโครงร่างแล้วพวกมันมีหน้าที่ผลิตแลคเตทในปริมาณขั้นต่ำเนื่องจากมันถูกเผาผลาญอย่างรวดเร็ว

ค่าปกติ

ความเข้มข้นของแลคเตทดีไฮโดรจีเนสในซีรั่มในเลือดเป็นผลมาจากการแสดงออกของไอโซเอนไซม์หลายชนิดในตับหัวใจกล้ามเนื้อโครงร่างเม็ดเลือดแดงและเนื้องอกเป็นต้น

ในซีรั่มในเลือดช่วงปกติของกิจกรรม lactate dehydrogenase อยู่ระหว่าง 260 ถึง 850 U / ml (หน่วยต่อมิลลิลิตร) โดยมีค่าเฉลี่ย 470 ± 130 U / ml ในขณะเดียวกัน hemolysates ในเลือดมีกิจกรรม LDH ที่แตกต่างกันระหว่าง 16,000 ถึง 67,000 U / ml ซึ่งเทียบเท่ากับค่าเฉลี่ย 34,000 ± 12,000 U / ml

การมี LDH สูงหมายความว่าอย่างไร?

การวัดปริมาณความเข้มข้นของแลคเตทดีไฮโดรจีเนสในซีรั่มในเลือดมีค่าสำคัญในการวินิจฉัยโรคหัวใจตับเลือดและแม้แต่มะเร็ง

พบกิจกรรม LDH ในระดับสูงในผู้ป่วยที่มีกล้ามเนื้อหัวใจตาย (ทั้งจากการทดลองและทางคลินิก) เช่นเดียวกับในผู้ป่วยมะเร็งโดยเฉพาะในสตรีที่เป็นมะเร็งเยื่อบุโพรงมดลูกรังไข่เต้านมและมดลูก

ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับไอโซไซม์เฉพาะที่อยู่ใน "ส่วนเกิน" หรือความเข้มข้นสูงการหาปริมาณของไอโซเอนไซม์แลคเตทดีไฮโดรจีเนสถูกนำมาใช้โดยแพทย์ผู้ทำการรักษาหลายคนในการพิจารณาความเสียหายของเนื้อเยื่อ (รุนแรงหรือเรื้อรัง)

อ้างอิง

Bergmeyer, H. , Bernt, E. , & Hess, B. (1961). แลคติกดีไฮโดรจีเนส วิธีการวิเคราะห์เอนไซม์ Verlag Chemie, GmbH.
Chung, F. , Tsujubo, H. , Bhattacharyya, U. , Sharief, F. , & Li, S. (1985) การจัดระเบียบจีโนมของยีน lactate dehydrogenase-A ของมนุษย์ วารสารชีวเคมี, 231, 537-541
เดอเบ็คเกอร์, D. (2003). กรดแลคติก Intensive Care MEd, 29, 699–702
Everse, J. , & Kaplan, N. (1973). แลคเตทดีไฮโดรจีเนส: โครงสร้างและหน้าที่. ความก้าวหน้าด้านเอนไซม์และสาขาชีววิทยาโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง (หน้า 61–133)
ฟ็อกซ์ SI (2549). สรีรวิทยาของมนุษย์ (ฉบับที่ 9) นิวยอร์กสหรัฐอเมริกา: McGraw-Hill Press
Huijgen, H. , Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J. , & Bossuyt, PMM (1997) คุณค่าทางคลินิกของแลคเตทดีไฮโดรจีเนสในซีรั่ม: การทบทวนเชิงปริมาณ Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569–579
คณะกรรมการการตั้งชื่อของสหภาพชีวเคมีและอณูชีววิทยาระหว่างประเทศ (NC-IUBMB) (2019) ดึงมาจาก www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
Rawn, JD (1998). ชีวเคมี. เบอร์ลิงตันแมสซาชูเซตส์: Neil Patterson Publishers
Usategui-Gomez, M. , Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). การกำหนดภูมิคุ้มกันทางเคมีของหัวใจ Isoenzyme ของ Lactate Dehydrogenase (LDH1) ในซีรั่มของมนุษย์ Clin Chem, 25 (5), 729-734.
Wróblewski, F. , & Ladue, JS (1955) กิจกรรม Lactic Degydrogenase ในเลือด Experimental Biology and Medicine, 90, 210–215

LDH: ฟังก์ชันการกำหนดปฏิกิริยาค่าปกติ - ชีววิทยา - 2026