- المميزات
- الخصائص والهيكل
- عزم
- عن طريق القياس الطيفي
- عن طريق الكيمياء المناعية
- لماذا تحديد اللاكتات ديهيدروجينيز؟
- رد فعل
- القيم العادية
- ماذا يعني أن يكون لديك ارتفاع LDH؟
- المراجع
إن نازعة هيدروجين اللاكتات ، ونزعة هيدروجين حمض اللاكتيك ، ونزعة هيدروجين اللاكتات المعتمد على NAD أو ببساطة LDH هو إنزيم ينتمي إلى مجموعة الأكسيدوروكتازات عمليًا في جميع الأنسجة الحيوانية والنباتات والعديد من الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والخميرة والعتائق.
يُشار إلى الإنزيمات من هذا النوع بالرقم EC 1.1.1.27 من لجنة تسمية الإنزيم وهي مسؤولة عن التفاعل الذي يحول اللاكتات إلى بيروفات (عن طريق الأكسدة) والعكس بالعكس (بالاختزال) ، أكسدة أو تقليل النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيدات (NAD + و NADH) في عملية تعرف باسم التخمير اللبني.
التركيب البلوري لـ Lactate Dehydrogenase B (المصدر: Bcndoye عبر ويكيميديا كومنز)
على عكس التخمير الكحولي ، الذي يحدث فقط في بعض الكائنات الحية الدقيقة مثل الخميرة ويستخدم البيروفات المحللة للسكر لإنتاج الإيثانول ، يحدث التخمير اللبني في العديد من الكائنات الحية وأنسجة الجسم لكائنات حية مختلفة.
تمت بلورة هذا الإنزيم المهم لعملية التمثيل الغذائي الخلوي من العضلات الهيكلية للفئران في الأربعينيات من القرن الماضي ، وحتى الآن ، فإن أفضل ما يميزه هو العضلات الهيكلية وأنسجة قلب الثدييات.
في الحيوانات "الأعلى" ، يستخدم الإنزيم أيزومر L من اللاكتات (L-lactate) لإنتاج البيروفات ، لكن بعض الحيوانات والبكتيريا "الأقل" تنتج D-lactate من البيروفات التي يتم الحصول عليها عن طريق التحلل السكري.
عادة ما يتم التعبير عن نازعة هيدروجين اللاكتات بشكل رئيسي في الأنسجة أو الخلايا في ظل ظروف لاهوائية (مع انخفاض إمداد الدم) والتي ، على سبيل المثال ، يمكن أن تميز حالات مرضية مثل السرطان أو الكبد أو القلب عند البشر.
ومع ذلك ، فإن تحويل البيروفات إلى اللاكتات هو أمر نموذجي للعضلات أثناء التمرين ولقرنية العين ، التي تفتقر إلى الأكسجين.
المميزات
يخدم اللاكتات ديهيدروجينيز وظائف متعددة في العديد من مسارات التمثيل الغذائي. إنه مركز التوازن الدقيق بين مسارات الكربوهيدرات التقويضية والابتنائية.
أثناء التحلل الهوائي ، يمكن استخدام البيروفات (المنتج الأخير للطريق في حد ذاته) كركيزة لمركب إنزيم نازعة الهيدروجين البيروفيت ، حيث يتم نزع الكربوكسيل بواسطته ، وإطلاق جزيئات أسيتيل CoA التي يتم استخدامها في اتجاه مجرى النهر ، من الناحية الأيضية ، في دورة كريبس.
في حالة التحلل اللاهوائي ، على العكس من ذلك ، فإن الخطوة الأخيرة من تحلل السكر تنتج البيروفات ، ولكن يتم استخدام هذا بواسطة نازعة هيدروجين اللاكتات لإنتاج اللاكتات و NAD + ، الذي يعيد NAD + الذي تم استخدامه أثناء التفاعل المحفز بواسطة glyceraldehyde 3- نازعة هيدروجين الفوسفات.
كما هو الحال خلال اللاهوائية ، فإن المصدر الرئيسي لإنتاج الطاقة في شكل ATP هو تحلل السكر ، يلعب اللاكتات ديهيدروجينيز دورًا أساسيًا في إعادة أكسدة NADH المنتج في الخطوات السابقة من مسار التحلل ، وهو أمر ضروري لعمل الإنزيمات الأخرى ذات الصلة.
يشارك اللاكتات ديهيدروجينيز أيضًا في تكوين الجليكوجين الذي يحدث في الأنسجة التي تحول اللاكتات إلى الجليكوجين ، وفي بعض الأنسجة الهوائية مثل القلب ، اللاكتات هي وقود يعاد أكسدة لإنتاج الطاقة وتقليل الطاقة في شكل ATP و NAD + على التوالي.
الخصائص والهيكل
هناك أشكال جزيئية متعددة من اللاكتات ديهيدروجينيز في الطبيعة. فقط في الحيوانات ، تم تحديد أن هناك خمسة أنشطة لنزع هيدروجين اللاكتات ، جميعها رباعية الببتيد وتتكون أساسًا من نوعين من سلاسل البولي ببتيد المعروفة باسم الوحدات الفرعية H و M (والتي يمكن أن تكون متجانسة أو غير متجانسة).
يوجد الشكل H عادةً في أنسجة القلب ، بينما تم اكتشاف الشكل M في العضلات الهيكلية. تختلف كلتا السلسلتين عن بعضهما البعض من حيث الوفرة ، وتكوين الأحماض الأمينية ، والخصائص الحركية ، والخصائص الهيكلية.
شكلا H و M هما نتاج انتقالي لجينات مختلفة ، ربما توجد في كروموسومات مختلفة ، وهي أيضًا تحت سيطرة أو تنظيم جينات مختلفة. يسود الشكل H في الأنسجة ذات التمثيل الغذائي الهوائي والشكل M في الأنسجة اللاهوائية.
نوع آخر من التسميات يستخدم الحروف A و B و C لأنواع مختلفة من الإنزيمات في كل من الثدييات والطيور. وبالتالي ، يُعرف نازعة هيدروجين اللاكتات العضلية باسم A 4 ، ويُعرف القلب باسم B 4 والثالث يسمى C 4 ، وهو خاص بالخصيتين.
يتم تنظيم التعبير عن هذه الإنزيمات المتشابهة كل من تعتمد على النمو وتعتمد على الأنسجة.
تم عزل الإنزيم من مصادر حيوانية مختلفة وتم تحديد أن هيكله الرباعي متوسط الوزن الجزيئي يبلغ حوالي 140 كيلو دالتون وأن موقع الارتباط لـ NADH أو NAD + يتكون من ورقة مطوية β تتكون من ستة سلاسل و 4 حلزونات ألفا.
عزم
عن طريق القياس الطيفي
يتم تحديد نشاط نازعة هيدروجين اللاكتات من أصل حيواني طيفيًا في المختبر عن طريق قياسات تغير اللون بفضل عملية الأكسدة والاختزال التي تحدث أثناء تفاعل تحويل البيروفات إلى اللاكتات.
يتم إجراء القياسات عند 340 نانومتر باستخدام مقياس طيف ضوئي ويتم تحديد معدل الانخفاض في الكثافة الضوئية بسبب أكسدة أو "اختفاء" NADH ، والذي يتم تحويله إلى NAD +.
أي أن رد الفعل المحدد يكون كما يلي:
بيروفات + NADH + H + → لاكتات + NAD +
يجب إجراء القياس الإنزيمي في الظروف المثلى لدرجة الحموضة وتركيز ركائز الإنزيم ، بحيث لا يكون هناك خطر التقليل من الكمية الموجودة في العينات بسبب عجز في الركائز أو بسبب الظروف القاسية من الحموضة أو القاعدية.
عن طريق الكيمياء المناعية
طريقة أخرى ، ربما أكثر حداثة إلى حد ما ، لتحديد وجود نازعة هيدروجين اللاكتات لها علاقة باستخدام الأدوات المناعية ، أي باستخدام الأجسام المضادة.
تستفيد هذه الطرق من التقارب بين ارتباط مولد الضد بجسم مضاد تم إنشاؤه خصيصًا ضده وهي مفيدة جدًا في التحديد السريع لوجود أو عدم وجود إنزيمات مثل LDH في نسيج معين.
اعتمادًا على الغرض ، يجب أن تكون الأجسام المضادة المستخدمة محددة للكشف عن أي من الإنزيمات المتشابهة أو أي بروتين له نشاط نازعة هيدروجين اللاكتات.
لماذا تحديد اللاكتات ديهيدروجينيز؟
يتم تحديد هذا الإنزيم لأغراض مختلفة ، ولكن بشكل أساسي للتشخيص السريري لبعض الحالات ، بما في ذلك احتشاء عضلة القلب والسرطان.
على المستوى الخلوي ، يعتبر إطلاق اللاكتات ديهيدروجينيز أحد المعلمات لتحديد حدوث عمليات نخرية أو موت الخلايا المبرمج ، حيث يصبح غشاء البلازما منفذاً.
يمكن أيضًا تحديد نواتج التفاعل الذي يحفزه في الأنسجة لتحديد ما إذا كان التمثيل الغذائي اللاهوائي يسود لأي سبب معين.
رد فعل
كما ذكرنا في البداية ، فإن إنزيم اللاكتات ديهيدروجينيز ، واسمه النظامي (S) - اللاكتات: NAD + ديهيدروجينيز ، يحفز تحويل اللاكتات إلى بيروفات بطريقة تعتمد على NAD + ، أو العكس ، والذي يحدث بفضل نقل a أيون الهيدريد (H -) من البيروفات إلى اللاكتات أو من NADH إلى البيروفات المؤكسد.
مخطط وآلية تفاعل نازعة هيدروجين اللاكتات (المصدر: Jazzlw عبر ويكيميديا كومنز)
يحتوي NAD + على وحدة ADP ومجموعة نيوكليوتيد أخرى مشتقة من حمض النيكوتينيك ، ويسمى أيضًا النياسين أو فيتامين ب 3 ، ويشارك هذا الإنزيم في تفاعلات متعددة ذات أهمية بيولوجية كبيرة.
من المهم تسليط الضوء على أن التوازن في التفاعل المذكور قد تم تحويله نحو جانب اللاكتات وقد ثبت أن الإنزيم قادر أيضًا على أكسدة الأحماض الأخرى (S) -2 هيدروكسي مونوكاربوكسيليك واستخدام NADP + كركيزة ، وإن كان أقل كفاءة.
اعتمادًا على منطقة الجسم قيد النظر ، وفي نفس الوقت ، على خصائصها الأيضية فيما يتعلق بوجود أو عدم وجود الأكسجين ، تنتج الأنسجة كميات مختلفة من اللاكتات ، وهو ناتج التفاعل المحفز بواسطة LDH.
إذا كنت تنظر، على سبيل المثال، خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء) التي تفتقر إلى الميتوكوندريا التي يمكن استقلاب البيروفات تنتج أثناء تحلل إلى CO 2 ، ثم يمكن أن يقال والمياه أن هذه هي الخلايا الرئيسية المنتجة للاكتات في جسم الإنسان، منذ أن كل البيروفات يتحول إلى لاكتات عن طريق نازعة هيدروجين اللاكتات.
من ناحية أخرى ، إذا تم أخذ خلايا الكبد والعضلات الهيكلية بعين الاعتبار ، فهي مسؤولة عن إنتاج الحد الأدنى من اللاكتات ، حيث يتم استقلابه بسرعة.
القيم العادية
إن تركيز اللاكتات ديهيدروجينيز في مصل الدم هو نتاج للتعبير عن العديد من الإنزيمات المتشابهة في الكبد والقلب والعضلات الهيكلية وكريات الدم الحمراء والأورام ، من بين أمور أخرى.
في مصل الدم ، تتراوح النطاقات الطبيعية لنشاط اللاكتات ديهيدروجينيز بين 260 و 850 وحدة / مل (وحدة لكل مليلتر) ، بمتوسط قيمة 470 ± 130 وحدة / مل. وفي الوقت نفسه ، فإن هيمولات الدم لها نشاط LDH يتراوح بين 16000 و 67000 وحدة / مل ، وهو ما يعادل متوسط 34000 ± 12000 وحدة / مل.
ماذا يعني أن يكون لديك ارتفاع LDH؟
إن القياس الكمي لتركيز اللاكتات ديهيدروجينيز في مصل الدم له قيمة مهمة في تشخيص بعض أمراض القلب والكبد والدم وحتى السرطانات.
تم العثور على مستويات عالية من نشاط LDH في المرضى الذين يعانون من احتشاء عضلة القلب (التجريبية والسريرية على حد سواء) ، وكذلك في مرضى السرطان ، وخاصة في النساء المصابات بسرطان بطانة الرحم والمبيض والثدي والرحم.
اعتمادًا على الإيزوزيم المعين الذي يحتوي على تركيز "زائد" أو مرتفع ، يستخدم العديد من الأطباء المعالجين التحديد الكمي لأنزيمات إنزيمات نازعة هيدروجين اللاكتات لتحديد تلف الأنسجة (شديد أو مزمن).
المراجع
- بيرجمير ، هـ. ، بيرنت ، إي ، وهيس ، ب. (1961). نازعة هيدروجين اللاكتيك. طرق التحليل الأنزيمي. Verlag Chemie، GmbH.
- تشونغ ، إف ، تسوجوبو ، إتش ، بهاتاتشاريا ، يو ، شريف ، إف ، ولي ، إس (1985). التنظيم الجينومي لجين اللاكتات البشري ديهيدروجينيز أ. مجلة الكيمياء الحيوية ، 231 ، 537-541.
- دي بيكر ، د. (2003). الحماض اللبني. العناية المركزة ميد ، 29 ، 699-702.
- Everse، J.، & Kaplan، N. (1973). اللاكتات ديهيدروجينازات: الهيكل والوظيفة. في التقدم في علم الإنزيمات والمجالات ذات الصلة في البيولوجيا الجزيئية (ص 61 - 133).
- فوكس ، سي (2006). فسيولوجيا الإنسان (الطبعة التاسعة). نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة ماكجرو هيل.
- Huijgen ، H. ، Sanders ، GTB ، Koster ، RW ، Vreeken ، J. ، & Bossuyt ، PMM (1997). القيمة السريرية لنزعة هيدروجين اللاكتات في مصل الدم: مراجعة كمية. Eur J Clin Chem Clin Biochem ، 35 (8) ، 569-579.
- لجنة التسمية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية (NC-IUBMB). (2019). تم الاسترجاع من www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- رون ، دينار (1998). الكيمياء الحيوية. برلنغتون ، ماساتشوستس: نيل باترسون للنشر.
- Usategui-Gomez، M.، Wicks، RW، & Warshaw، M. (1979). التحديد الكيميائي المناعي لإنزيم القلب من اللاكتات ديهيدروجينيز (LDH1) في مصل الإنسان. كلين كيم، 25 (5) ، 729-734.
- Wróblewski ، F. ، & Ladue ، JS (1955). نشاط اللاكتيك ديجيدروجينيز في الدم. علم الأحياء التجريبي والطب ، 90 ، 210-215.