ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА

ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА (L-лактат: НАД — оксидоредуктаза; КФ 1.1.1.27 и 28; ЛДГ) - фермент углеводного обмена, катализирующий одну из важнейших реакций анаэробного гликолиза — взаимопревращение пировиноградной и молочной к-т.

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 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.

См. также Дегидрогеназы.

Библиография:

Ньюсхолм Э. и Старт К. Регуляция метаболизма, пер. с англ., с. 111, 291, М., 1977;

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.

Г. Я. Видершайн.