LDH: FUNKTIONEN, BESTIMMUNG, REAKTION, NORMALWERTE - BIOLOGIE - 2025

Die Laktatdehydrogenase , Milchsäuredehydrogenase, Laktatdehydrogenase NAD-abhängig oder einfach LDH ist ein Enzym, das zur Gruppe der Oxidoreduktasen gehört und praktisch in allen tierischen Geweben, Pflanzen und vielen Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen und Archaea vorkommt .

Enzyme dieses Typs sind mit der Nummer EC 1.1.1.27 des Enzyme Nomenclature Committee gekennzeichnet und für die Reaktion verantwortlich, die Lactat in Pyruvat umwandelt (durch Oxidation) und umgekehrt (durch Reduktion), wobei Nikotinamidadenindinukleotide oxidiert oder reduziert werden ( NAD + und NADH) in dem als Milchfermentation bekannten Verfahren.

Kristallstruktur der Lactatdehydrogenase B (Quelle: Bcndoye über Wikimedia Commons)

Im Gegensatz zur alkoholischen Fermentation, die nur bei einigen Mikroorganismen wie Hefe auftritt und glykolytisches Pyruvat zur Herstellung von Ethanol verwendet, findet die Milchfermentation in vielen Organismen und Körpergeweben verschiedener Lebewesen statt.

Dieses wichtige Enzym für den Zellstoffwechsel wurde in den 1940er Jahren aus dem Skelettmuskel von Ratten kristallisiert, und bis heute sind die des Skelettmuskels und des Herzgewebes von Säugetieren am besten charakterisiert.

Bei "höheren" Tieren verwendet das Enzym das L-Isomer von Lactat (L-Lactat) zur Herstellung von Pyruvat, aber einige "niedrigere" Tiere und Bakterien produzieren D-Lactat aus Pyruvat, das durch Glykolyse erhalten wird.

Laktatdehydrogenase wird normalerweise hauptsächlich in Geweben oder Zellen unter anaeroben Bedingungen (mit geringer Blutversorgung) exprimiert, die beispielsweise beim Menschen pathologische Zustände wie Krebs, Leber oder Herzerkrankungen charakterisieren können.

Die Umwandlung von Pyruvat in Laktat ist jedoch typisch für die Muskeln während des Trainings und die Hornhaut des Auges, die schlecht mit Sauerstoff angereichert ist.

Eigenschaften

Laktatdehydrogenase erfüllt mehrere Funktionen in zahlreichen Stoffwechselwegen. Es ist das Zentrum des empfindlichen Gleichgewichts zwischen den katabolen und anabolen Kohlenhydratwegen.

Während der aeroben Glykolyse kann Pyruvat (das letzte Produkt der Route an sich) als Substrat für den Pyruvat-Dehydrogenase-Enzymkomplex verwendet werden, durch den es decarboxyliert wird, wobei Acetyl-CoA-Moleküle freigesetzt werden, die metabolisch gesehen stromabwärts verwendet werden Krebs Zyklus.

Bei der anaeroben Glykolyse hingegen erzeugt der letzte Schritt der Glykolyse Pyruvat, das jedoch von Lactatdehydrogenase zur Herstellung von Lactat und NAD ^{+ verwendet wird} , wodurch das NAD ⁺ wiederhergestellt wird , das während der durch Glycerinaldehyd 3- katalysierten Reaktion verwendet wurde Phosphatdehydrogenase.

Da während der Anaerobiose die Glykolyse die Hauptquelle für die Energieerzeugung in Form von ATP ist, spielt die Laktatdehydrogenase eine grundlegende Rolle bei der Reoxidation von NADH, das in früheren Schritten des glykolytischen Weges erzeugt wurde und für die Funktion anderer verwandter Enzyme wesentlich ist.

Laktatdehydrogenase ist auch an der Glykogenese beteiligt, die in Geweben stattfindet, die Laktat in Glykogen umwandeln, und in einigen aeroben Geweben wie dem Herzen ist Laktat ein Kraftstoff, der reoxidiert wird, um Energie zu erzeugen und Energie in Form von ATP und zu reduzieren NAD ⁺ .

Eigenschaften und Struktur

In der Natur gibt es mehrere molekulare Formen der Lactatdehydrogenase. Nur bei Tieren wurde festgestellt, dass es fünf Lactatdehydrogenase-Aktivitäten gibt, die alle tetramer sind und im Wesentlichen aus zwei Arten von Polypeptidketten bestehen, die als H- und M-Untereinheiten bekannt sind (die homo- oder heterotetramer sein können).

Die H-Form findet sich typischerweise im Herzgewebe, während die M-Form im Skelettmuskel nachgewiesen wurde. Beide Ketten unterscheiden sich hinsichtlich Häufigkeit, Aminosäurezusammensetzung, kinetischen Eigenschaften und strukturellen Eigenschaften.

Die H- und M-Formen sind das Translationsprodukt verschiedener Gene, möglicherweise auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert, und die auch unter der Kontrolle oder Regulation verschiedener Gene stehen. Die H-Form ist in Geweben mit aerobem Metabolismus und die M-Form in anaeroben Geweben vorherrschend.

Eine andere Art der Nomenklatur verwendet die Buchstaben A, B und C für die verschiedenen Arten von Enzymen sowohl bei Säugetieren als auch bei Vögeln. Daher ist Muskellactatdehydrogenase als A ₄ , Herz als B ₄ und ein Drittel als C _{4 bekannt} , was für die Hoden spezifisch ist.

Die Expression dieser Isoenzyme wird sowohl entwicklungsabhängig als auch gewebeabhängig reguliert.

Das Enzym wurde aus verschiedenen tierischen Quellen isoliert und es wurde festgestellt, dass seine tetramere Struktur ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 140 kDa aufweist und dass die Bindungsstelle für NADH oder NAD ⁺ aus einer β-gefalteten Schicht besteht, die aus sechs Ketten besteht und 4 Alpha-Helices.

Entschlossenheit

Durch Spektrophotometrie

Die Laktatdehydrogenaseaktivität tierischen Ursprungs wird in vitro spektrophotometrisch durch Farbänderungsmessungen bestimmt, dank des Redoxprozesses, der während der Umwandlung von Pyruvat in Laktat stattfindet.

Messungen werden bei 340 nm mit einem Spektrophotometer durchgeführt und die Abnahmerate der optischen Dichte aufgrund der Oxidation oder des "Verschwindens" von NADH, das in NAD ^{+ umgewandelt wird, wird bestimmt} .

Das heißt, die bestimmte Reaktion ist wie folgt:

Pyruvat + NADH + H ⁺ → Laktat + NAD ⁺

Die enzymatische Messung muss unter optimalen Bedingungen für den pH-Wert und die Konzentration der Substrate für das Enzym durchgeführt werden, damit kein Risiko besteht, die in den Proben vorhandene Menge aufgrund eines Substratdefizits oder aufgrund extremer Säure- oder Basizitätsbedingungen zu unterschätzen.

Durch Immunhistochemie

Eine andere, vielleicht etwas modernere Methode zur Bestimmung des Vorhandenseins von Lactatdehydrogenase hat mit der Verwendung immunologischer Instrumente zu tun, dh mit der Verwendung von Antikörpern.

Diese Verfahren nutzen die Affinität zwischen der Bindung eines Antigens an einen spezifisch gegen dieses erzeugten Antikörper und sind sehr nützlich für die schnelle Bestimmung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Enzymen wie LDH in einem bestimmten Gewebe.

Je nach Verwendungszweck müssen die verwendeten Antikörper spezifisch für den Nachweis eines der Isoenzyme oder eines Proteins mit Lactatdehydrogenaseaktivität sein.

Warum Laktatdehydrogenase bestimmen?

Die Bestimmung dieses Enzyms erfolgt zu verschiedenen Zwecken, jedoch hauptsächlich zur klinischen Diagnose einiger Erkrankungen, einschließlich Myokardinfarkt und Krebs.

Auf zellulärer Ebene wurde die Freisetzung von Lactatdehydrogenase als einer der Parameter zur Bestimmung des Auftretens nekrotischer oder apoptotischer Prozesse angesehen, da die Plasmamembran durchlässig wird.

Die Produkte der Reaktion, die es katalysiert, können auch in einem Gewebe bestimmt werden, um zu bestimmen, ob aus einem bestimmten Grund ein anaerober Metabolismus darin vorherrscht.

Reaktion

Wie eingangs erwähnt, katalysiert das Enzym Lactatdehydrogenase, dessen systematischer Name (S) -Lactat: NAD ⁺ -Dehydrogenase lautet , die Umwandlung von Lactat in Pyruvat in NAD ⁺ -abhängiger Weise oder umgekehrt, was dank der Übertragung von a erfolgt Hydridion (H ^- ) von Pyruvat zu Lactat oder von NADH zu oxidiertem Pyruvat.

Reaktionsschema und Mechanismus der Laktatdehydrogenase (Quelle: Jazzlw via Wikimedia Commons)

NAD ⁺ hat eine ADP-Einheit und eine weitere von Nikotinsäure abgeleitete Nukleotidgruppe, auch Niacin oder Vitamin B _{3 genannt,} und dieses Coenzym ist an mehreren Reaktionen von großer biologischer Bedeutung beteiligt.

Es ist wichtig hervorzuheben, dass das Gleichgewicht in dieser Reaktion zur Laktatseite hin verschoben ist, und es wurde gezeigt, dass das Enzym auch andere (S) -2-Hydroxymonocarbonsäuren oxidieren und NADP ⁺ als Substrat verwenden kann, obwohl dies weniger effizient ist .

In Abhängigkeit von der betrachteten Körperregion und gleichzeitig von ihren metabolischen Eigenschaften in Bezug auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von Sauerstoff produzieren Gewebe unterschiedliche Mengen an Laktat, dem Produkt der durch LDH katalysierten Reaktion.

Wenn Sie zum Beispiel rote Blutkörperchen (Erythrozyten) betrachten, denen Mitochondrien fehlen, die das während der Glykolyse entstehende Pyruvat zu CO ₂ und Wasser metabolisieren können, dann könnte man sagen, dass dies seitdem die wichtigsten laktatproduzierenden Zellen im menschlichen Körper sind dass alles Pyruvat durch Laktatdehydrogenase in Laktat umgewandelt wird.

Wenn andererseits Leberzellen und Skelettmuskelzellen berücksichtigt werden, sind sie für die Produktion einer minimalen Menge Laktat verantwortlich, da es schnell metabolisiert wird.

Normalwerte

Die Konzentration der Laktatdehydrogenase im Blutserum ist unter anderem das Produkt der Expression mehrerer Isoenzyme in Leber, Herz, Skelettmuskel, Erythrozyten und Tumoren.

Im Blutserum liegen die normalen Bereiche der Laktatdehydrogenaseaktivität zwischen 260 und 850 U / ml (Einheiten pro Milliliter) mit einem Durchschnittswert von 470 ± 130 U / ml. Inzwischen haben Bluthämolysate eine LDH-Aktivität, die zwischen 16.000 und 67.000 U / ml variiert, was einem Durchschnitt von 34.000 ± 12.000 U / ml entspricht.

Was bedeutet es, eine hohe LDH zu haben?

Die Quantifizierung der Laktatdehydrogenasekonzentration im Blutserum hat einen wichtigen Wert bei der Diagnose einiger Herzerkrankungen, Leber, Blut und sogar Krebs.

Bei Patienten mit Myokardinfarkt (sowohl experimentell als auch klinisch) sowie bei Krebspatientinnen, insbesondere bei Frauen mit Endometrium-, Eierstock-, Brust- und Gebärmutterkrebs, wurde eine hohe LDH-Aktivität festgestellt.

Abhängig von dem speziellen Isozym, das in "Überschuss" oder hoher Konzentration gefunden wird, wird die Quantifizierung von Lactatdehydrogenase-Isoenzymen von vielen behandelnden Ärzten zur Bestimmung von Gewebeschäden (schwer oder chronisch) verwendet.

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