Лактатдегидрогеназа — фермент обмена лактата¶
Лактатдегидрогеназа (ЛДГ, лактат:NAD⁺-оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.27) — фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий обратимое превращение лактата в пируват с одновременным восстановлением НАД⁺ или, в обратную сторону, окислением пирувата с восстановлением НАДН. ЛДГ играет центральную роль в анаэробном гликолизе, обеспечивая регенерацию НАД⁺ для поддержания гликолитического каскада, и является одним из ключевых биомаркеров повреждения тканей.
¶Структура и изоферменты
У млекопитающих лактатдегидрогеназа представляет собой тетрамер, состоящий из четырёх субъединиц двух типов: M (от англ. muscle — мышечная) и H (от англ. heart — сердечная). Кодирующие их гены — LDHA и LDHB — расположены у человека в коротком плече хромосомы 11 (11p15.4). Комбинация четырёх субъединиц формует пять основных изоферментов:
| Изофермент | Состав | Основная локализация |
|---|---|---|
| LDH-1 | H₄ | Сердце, эритроциты, мозг |
| LDH-2 | H₃M₁ | Эритроциты, макрофаги |
| LDH-3 | H₂M₂ | Лёгкие, лимфоциты |
| LDH-4 | H₁M₃ | Почки, поджелудочная железа |
| LDH-5 | M₄ | Скелетные мышцы, печень |
Субъединицы H обладают высродимостью к лактату и преимущественно каталлизируют его окисление, что характерно для аэробных тканей. Субъединицы M работают преимущественно в направлении восстановления пирувата в лактат и активнее функционируют в условиях гипоксии. Дополнительно у млекопитающих известны LDHC (тестис-специфичная изоформа) и LDHD, относящаяся к D-лактатдегидрогеназам.
¶Катализируемая реакция
Общее уравнение реакции:
L-лактат + НАД⁺ ⇌ пируват + НАДН + H⁺
Механизм включает перенос гидрид-иона от C2 лактата на никотинамидное кольцо НАД⁺ с участием остатков гистидина и аргинина активного центра. Обратимость реакции и лёгкость переключения направления делают ЛДГ универсальным «метаболическим клапаном» между гликолизом и окислительным декарбоксилированием пирувата.
¶Роль в метаболизме
В анаэробных условиях гликолиз заканчивается восстановлением пирувата до лактата, что позволяет окислять НАДН обратно в НАД⁺ и продолжать производство АТФ. В аэробных тканях лактат может служить субстратом для глюконеогенеза (цикл Кори) или окисляться в миокарде. Изоферментный профиль ткани определяет преобладающее направление: в сердце и эритроцитах преимущественно LDH-1 и LDH-2, в скелетных мышцах и печени — LDH-4 и LDH-5.
¶Клиническое значение
¶ЛДГ как биомаркер
Повышение общей активности ЛДГ в сыворотке крови наблюдается при широком спектре патологий, поскольку фермент присутствует практически во всех тканях и высвобождается при повреждении клеток. Основные причины гиперферментемии:
- инфаркт миокарда (повышение в первые 12–24 часа, пик на 2–4 сутки);
- мегалобластная и гемолитическая анемии (разрушение эритроцитов);
- заболевания печени (гепатиты, цирроз);
- болезни почек;
- злокачественные опухоли, в том числе лимфомы и лейкозы;
- заболевания лёгких (тромбоэмболия лёгочной артерии, пневмония).
¶Изоферментный анализ
Определение соотношения изоферментов позволяет уточнить источник повреждения. Повышение LDH-1 и LDH-2 характерно для инфаркта миокарда и гемолитических анемий; LDH-5 — для поражения печени и скелетных мышц. Отношение LDH-1/LDH-2 выше 1 («флаг-фактор») традиционно рассматривалось как признак кардиального повреждения, хотя в современной практике оно вытеснено более специфичными маркерами, прежде всего тропонинами.
¶ЛДГ в онкологии
Активность ЛДГ повышена при многих опухолях и используется в прогностических шкалах, например при лимфомах Ходжкина (шкала IPS — индекс прогноза). Высокая экспрессия LDHA характерна для опухолей, активно использующих эффект Варбурга — аэробный гликолиз. Ингибиторы LDHA изучаются как потенциальные противоопухолевые средства.
¶Определение активности в лаборатории
Активность ЛДГ измеряют кинетическим фотометрическим методом по скорости образования НАДН, регистрируемого по росту оптической плотности при длине волны 340 нм. Реакцию проводят в двух вариантах: с пируватом и лактатом в качестве субстрата. В норме общая активность ЛДГ в сыворотке крови взрослого человека составляет примерно 120–240 Ед/л (диапазон зависит от лаборатории и методики). Для стабилизации пробы используют фторид натрия, избегая гемолиза при взятии крови, так как эритроциты содержат ЛДГ в концентрации, значительно превышающей сывороточную.
¶ЛДГ у микроорганизмов и растений
У бактерий и дрожжей ЛДГ также обеспечивает анаэробный метаболизм, однако у ряда микроорганизмов присутствуют NAD-независимые формы фермента, использующие флавиновые кофакторы. У растений ЛДГ участвует в метаболизме молочной кислоты при недостатке кислорода и в процессах прорастания семян.
¶Примечания
Исторически ЛДГ была одной из первых очищенных тетрамерных изоферментных систем, что сделало её модельным объектом для изучения субъединичной организации ферментов и аллостерической регуляции в 1950–1960-х годах.
Источники:
- Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of Biochemistry
- Stryer L. Biochemistry
- Кузьменко В. В. Биохимия: учебное пособие
- Медицинская лабораторная диагностика: справочник под ред. Каминского В. Л.