LDH: FUNCIONS, DETERMINACIÓ, REACCIÓ, VALORS NORMALS - BIOLOGIA - 2025

La lactat deshidrogenasa, àcid làctic deshidrogenasa, lactat deshidrogenasa NAD-depenent o simplement LDH, és un enzim que pertany a el grup de les oxidorreductasas que es troba pràcticament en tots els teixits animals, vegetals i en molts microorganismes com els bacteris, els llevats i les arqueges.

Els enzims d'aquest tipus es denoten amb el número EC 1.1.1.27 de l'comitè de nomenclatura enzimàtica i s'encarreguen de la reacció que converteix el lactat a piruvat (per oxidació) i viceversa (per reducció), oxidant o reduint dinucleòtids de nicotinamida adenina (NAD + i NADH) en el procés conegut com fermentació làctica.

Estructura cristal·lina de la Lactat deshidrogenasa B (Font: Bcndoye via Wikimedia Commons)

A diferència de la fermentació alcohòlica, que ocorre només en alguns microorganismes com els llevats i que empra el piruvat glucolític per a la producció d'etanol, la fermentació làctica té lloc en molts organismes i teixits de el cos de diferents éssers vius.

Aquesta important enzim per al metabolisme cel·lular va ser cristal·litzada a partir de múscul esquelètic de rates en la dècada de 1940 i, fins ara, les més ben caracteritzades són la de l'múscul esquelètic i la de el teixit cardíac en mamífers.

En els animals "superiors" l'enzim empra el isòmer L de l'lactat (L-lactat) per a la producció de piruvat, però alguns animals "inferiors" i bacteris produeixen D-lactat a partir de l'piruvat obtingut per glucòlisi.

La lactat deshidrogenasa sol expressar majoritàriament en teixits o cèl·lules sota condicions anaeròbiques (de baixa irrigació sanguínia) que, en els éssers humans, per exemple, poden caracteritzar condicions patològiques com càncer, afeccions hepàtiques o cardíaques.

No obstant això, la conversió de l'piruvat en lactat és pròpia dels músculs durant l'exercici i la còrnia de l'ull, que és pobrament oxigenada.

funcions

La lactat deshidrogenasa compleix múltiples funcions en nombroses rutes metabòliques. És el centre de l'delicat equilibri entre les rutes catabòliques i anabòliques dels carbohidrats.

Durant la glucòlisi aeròbica, el piruvat (l'últim producte de la ruta per se) pot ser emprat com a substrat de el complex enzimàtic piruvat deshidrogenasa, per qui és descarboxilado, alliberant-molècules d'acetil-CoA que són emprades aigües avall, metabòlicament parlant, al cicle de Krebs.

A la glucòlisi anaeròbica, per contra, l'últim pas de la glucòlisi produeix piruvat, però aquest és emprat per la lactat deshidrogenasa per produir lactat i NAD ⁺, que restitueix el NAD ⁺ que va ser emprat durant la reacció catalitzada per la gliceraldehid 3- fosfat deshidrogenasa.

Com durant la anaerobiosi la font principal de producció d'energia en forma d'ATP és la glucòlisi, la lactat deshidrogenasa té un paper fonamental en la reoxidació de l'NADH produït en passos previs de la ruta glucolítica, essencial per al funcionament d'altres enzims relacionats.

La lactat deshidrogenasa també està implicada en la Glucogénesis que té lloc en els teixits que converteixen el lactat en glucogen i, en alguns teixits aeròbics com el cor, el lactat és un combustible que es reoxida per produir energia i poder reductor en forma d'ATP i NAD ⁺, respectivament.

Característiques i estructura

Hi ha múltiples formes moleculars de lactat deshidrogenasa en la naturalesa. Solament en els animals s'ha determinat que hi ha cinc activitats lactat deshidrogenasa, totes tetraméricas i compostes essencialment per dos tipus de cadenes polipeptídiques conegudes com les subunitats H i M (podent ser homo- o heterotetraméricas).

La forma H es troba típicament en teixit cardíac, mentre que la forma M ha estat detectada en el múscul esquelètic. Les dues cadenes difereixen entre si pel que fa a abundància, composició aminoacídica, propietats cinètiques i propietats estructurals.

Les formes H i M són el producte traduccional de gens diferents, possiblement situats en cromosomes diferents, i que també estan sota el control o la regulació de gens diferents. La forma H és predominant en teixits amb metabolisme aeròbic i la forma M a teixits anaeròbics.

Un altre tipus de nomenclatura empra les lletres A, B i C per als diferents tipus d'enzims tant en mamífers com en aus. Així, la lactat deshidrogenasa muscular es coneix com A ₄, l'cardíaca com a B ₄ i una tercera es denomina C ₄, que és específica dels testicles.

L'expressió d'aquestes isoenzims està regulada tant en forma estadi de desenvolupament-depenent com teixit-depenent.

L'enzim ha estat aïllada de diferents fonts animals i s'ha determinat que la seva estructura tetramèrica té un pes molecular mitjana d'uns 140 kDa i que el lloc d'unió per al NADH o en NAD ⁺ consta d'una làmina β-plegada composta per sis cadenes i 4 hèlixs alfa.

determinació

per espectrofotometria

L'activitat lactat deshidrogenasa d'origen animal és determinada espectrofotomètricament in vitro mitjançant mesuraments de canvi de coloració gràcies a el procés de oxidoreducció que té lloc durant la reacció de conversió de piruvat a lactat.

Els mesuraments es realitzen a 340nm amb un espectrofotòmetre i es determina la taxa de disminució de densitat òptica deguda a l'oxidació o "desaparició" de l'NADH, que és convertit a NAD ⁺.

És a dir, la reacció determinada és com segueix:

Piruvat + NADH + H ⁺ → Lactat + NAD ⁺

El mesurament enzimàtica s'ha de fer en òptimes condicions de pH i concentració de substrats per a l'enzim, de manera que no es corri el risc de subestimar la quantitat present en les mostres per dèficit de substrats o per condicions extremes d'acidesa o basicitat.

per immunohistoquímica

Un altre mètode, potser una mica més modern, per a la determinació de la presència de lactat deshidrogenasa té a veure amb l'ús d'eines immunològiques, és a dir, amb l'ús d'anticossos.

Aquests mètodes aprofiten l'afinitat entre la unió d'un antigen amb un anticòs generat específicament contra aquest i són molt útils per a la determinació ràpida de la presència o absència d'enzims com la LDH en un teixit particular.

Depenent de la finalitat, els anticossos emprats hauran de ser específics per a la detecció d'alguna de les isoenzims o per a qualsevol proteïna amb activitat lactat deshidrogenasa.

Per a què determinar lactat deshidrogenasa?

La determinació d'aquest enzim es realitza amb diferents propòsits, però principalment per al diagnòstic clínic d'algunes condicions entre les quals destaquen l'infart de miocardi i el càncer.

A nivell cel·lular, l'alliberament de la lactat deshidrogenasa ha estat considerada com un dels paràmetres per determinar l'ocurrència de processos necròtics o apoptòtics, ja que la membrana plasmàtica es fa permeable.

Els productes de la reacció que catalitza també poden ser determinats en un teixit en nom de determinar si en el mateix predomina un metabolisme anaeròbic per algun motiu en especial.

reacció

Com es comento inicialment, l'enzim lactat deshidrogenasa, el nom sistemàtic és (S) -lactato: NAD ⁺ deshidrogenasa, catalitza la conversió de lactat en piruvat de forma NAD ⁺ dependent, o viceversa, el que es dóna gràcies a la transferència d'un ió hidrur (H ^-) des del piruvat a l'lactat o des del NADH cap al piruvat oxidat.

Esquema i mecanisme de reacció de la Lactat deshidrogenasa (Font: Jazzlw via Wikimedia Commons)

El NAD ⁺ posseeix una unitat d'ADP i un altre grup nucleotídic derivat de l'àcid nicotínic, anomenat també niacina o vitamina B _3, i aquesta coenzim participa en múltiples reaccions de gran importància biològica.

És important ressaltar que l'equilibri en aquesta reacció està desplaçat cap al costat corresponent a l'lactat i s'ha demostrat que l'enzim també és capaç d'oxidar altres àcids (S) -2-hidroximonocarboxílicos i emprar, encara que menys eficientment, NADP ⁺ com a substrat.

Depenent de la regió corporal que es consideri i, a el mateix temps, de les seves característiques metabòliques en relació amb la presència o l'absència d'oxigen, els teixits produeixen quantitats diferents de lactat, el producte de la reacció catalitzada per la LDH.

Si es considera, per exemple, un glòbul vermell (eritròcit) que no té mitocondris que puguin metabolitzar el piruvat produït durant la glucòlisi a CO ₂ i aigua, llavors podria dir-se que aquestes són les principals cèl·lules productores de lactat en el cos humà, ja que tot el piruvat és convertit a lactat per acció de la lactat deshidrogenasa.

En canvi, si es consideren les cèl·lules de fetge i les cèl·lules de l'múscul esquelètic, aquestes són responsables de la producció d'una mínima quantitat de lactat, en vista que aquest és metabolitzat ràpidament.

valors normals

La concentració de lactat deshidrogenasa en el sèrum sanguini és producte de l'expressió de diverses isoenzims en el fetge, el cor, el múscul esquelètic, els eritròcits, i tumors, entre d'altres.

En el sèrum sanguini els rangs normals d'activitat de la lactat deshidrogenasa estan entre les 260 i les 850 U / ml (unitats per mil·lilitre), amb un valor mitjà de 470 ± 130 U / ml. Mentrestant, els hemolizados sanguinis tenen una activitat LDH que varia entre 16.000 i 67.000 U / ml, el que equival a una mitjana de 34.000 ± 12.000 U / ml.

Què significa tenir un LDH alt?

La quantificació de la concentració de lactat deshidrogenasa en el sèrum sanguini té un important valor en el diagnòstic d'algunes malalties cardíaques, hepàtiques, sanguínies i fins i tot càncers.

Elevades xifres d'activitat LDH s'han trobat en pacients amb infarts a l'miocardi (tant experimentals com clínics), així com en pacients cancerosos, concretament en dones amb càncer endometrial, d'ovaris, de si i d'úter.

Depenent de l'isoenzim particular que es trobi en "excés" o en una alta concentració, la quantificació de les isoenzims de la lactat deshidrogenasa és emprada per molts metges tractants per a la determinació de lesions en els teixits (greus o cròniques).

referències

1. Bergmeyer, H., Bernt, E., & Hess, B. (1961). Lactic Dehydrogenase. Methods of Enzymatic Analysis. Verlag Chemie, GmbH.
2. Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., & Li, S. (1985). Genomic organització of human Lactate dehydrogenase-A gene. Biochemical Journal, 231, 537-541.
3. De Becker, D. (2003). Lactic acidosi. Intensive Care MEd, 29, 699-702.
4. Everse, J., & Kaplan, N. (1973). Lactate Dehydrogenases: Structure and Function. In Advances in Enzymology and Related Àrees of Molecular Biology (pp. 61-133).
5. Fox, SI (2006). Human Physiology (9th ed.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
6. Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., & Bossuyt, PMM (1997). The Clinical Value of Lactate Dehydrogenase in Serum: A Quantitative Review. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569-579.
7. Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Retrieved from www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
8. Rawn, JD (1998). Bioquímica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
9. Usategui-Gomez, M., Wicks, RW, & Warshaw, M. (1979). Immunochemical Determination of the Heart Isoenzyme of Lactate Dehydrogenase (LDH1) in Human Serum. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
10. Wroblewski, F., & LADUE, JS (1955). Lactic Degydrogenase Activity in Blood. Experimental Biology and Medicine, 90, 210-215.