Многие из нас, приходя в клинику, сдавали кровь на различные виды анализа, в том числе биохимический. Изучая результаты «биохимии», поражаешься количеству веществ, содержание или активность которых тщательно изучается врачом. Все эти показатели полезны при постановке диагноза, но в этой заметке кратко раскроется важность только одного из наиболее интересных – ЛДГ, или лактатдегидрогеназы.
Биологическая роль
ЛДГ — особенная молекула
Вещество с таким загадочным названием – белок, а точнее – фермент. Таким образом, это молекулярная машина, биологический катализатор, ускоряющий протекание определенной химической реакции в организме. В случае лактатдегидрогеназы реакцией является окисление молекулы молочной кислоты (точнее, её иона – лактата) в молекулу пировиноградной кислоты (пируват-ион). Отобранные у молочной кислоты атомы водорода забирает радикал под названием NAD (никотинамидадениндинуклеотид, знак «+» означает, что NAD находится в окисленной форме). Он после этого преобразуется в переносчик водорода – NAD・H (H после точки – химическое обозначение атома водорода). Важно сказать, что реакция способна идти в обратную сторону, то есть и пируват может превратиться в лактат[4,5].
Куда ни глянь — везде её найдёшь!
В чем же важность банального фермента, ускоряющего одну из множества реакций внутри нашего организма? ЛДГ находится почти во всех живых клетках человека – она найдена в мышцах, кровяных клетках, почках, легких, селезенке и прочих органах[2,4]. Данный фермент – участник энергетического обмена, в ходе которого получается энергия для жизнедеятельности в виде молекул АТФ. При этом внутри клетки сначала происходит расщепление глюкозы без участия кислорода (гликолиз) до пирувата. На этом этапе образуется немного энергии. Далее молекулы пирувата должны идти в энергетические станции клетки – митохондрии – на доокисление с участием кислорода и выделением большого количества энергии[5].
Однако если в клетку поступает мало кислорода, невозможно использовать митохондрии. Тогда энергия получается независимым от кислорода гликолизом. Но в таком случае с течением времени в клетке накапливается много кислоты (пирувата). Это может навредить обмену веществ. И тут на спасение цитоплазмы от закисления приходит ЛДГ! Она утилизирует пируват в другую кислоту – молочную, которая удаляется из клетки. Такого рода явление происходит в скелетных мышцах при интенсивной работе, когда кислород не успевает поставляться в необходимых количествах. Интересно, что далее молочная кислота уносится кровотоком к печени, где происходит ее превращение в глюкозу! И в этих реакциях тоже участвует ЛДГ, только теперь она окисляет лактат обратно в пируват! Глюкоза вновь попадает в мышцы, и круг энергетических преобразований замыкается[4].
Есть разные формы ЛДГ
Пример работы двух органов – мышцы и печени – дает понимание, что ЛДГ в них работает по-разному. Действительно, в организме есть различающиеся структурно и функционально формы фермента. ЛДГ состоит из 4 белковых цепочек – субъединиц, для которых существуют две разновидности. Это M-субъединица (от англ. «muscle» – «мышца») и H-субъединица (от англ. «heart» – «сердце»). В зависимости от комбинации M- и H-субъединиц между собой выделяют 5 форм ЛДГ[3]:
- ЛДГ-1 (HHHH). Содержится преимущественно в миокарде и нервной ткани.
- ЛДГ-2 (HHHM). Вместе с ЛДГ-1 встречается в форменных элементах крови (эритроцитах и тромбоцитах), а также в почках.
- ЛДГ-3 (HHMM). Отмечен преимущественно в легких, селезенке, щитовидной и поджелудочной железах, лимфоцитах.
- ЛДГ-4 (HMMM). Находится во всех тканях с ЛДГ-3, а также в плаценте и мужских половых клетках, где есть и ЛДГ-5.
- ЛДГ-5 (MMMM). Этой формы ЛДГ много в скелетных мышцах и печени.
Применение в медицине
Диагностика широкого спектра заболеваний
В медицине умело используют знание местонахождения того или иного фермента для облегчения диагностики ряда заболеваний, сопровождающихся повреждением тканей и разрушением клеток. При наличии таких явлений в крови не только повышается общий уровень ЛДГ, но и меняется соотношение концентраций отдельных ее форм. Например, в норме в крови ЛДГ-2 больше, чем ЛДГ-1, но при перенесенном инфаркте миокарда наблюдается противоположная картина. Уровень ЛДГ-1 поднимается в первые два дня после инфаркта и остается высоким около 10 дней. Это позволяет врачу заподозрить состоявшийся инфаркт, даже если пациент пришел через несколько дней после «боли в груди». Схожим образом ЛДГ помогает диагностировать различные виды анемии, менингит и энцефалит, поражения почек и печени, панкреатит и даже переломы костей![1,4] Не менее важно изучение активности фермента при подозрении на онкологические заболевания и их лечении, о чем будет рассказано далее.
Лечение опухолей
Во многих типах опухолей человека потребление глюкозы и гликолиз происходят в несколько раз быстрее, чем в норме. Обуславливается это первоначально неразвитой сетью капилляров вокруг опухоли и недостатком кислорода, который требуется растущему новообразованию для получения энергии. Поэтому анаэробный гликолиз в клетках опухоли идет интенсивнее, компенсируя недостаток АТФ. В этом процессе играет роль и ЛДГ, активность которой растет для своевременной утилизации пирувата. Работа фермента помогает экспансии опухоли – накопление молочной кислоты во внеклеточном пространстве вызывает гибель здоровых клеток. Также это разрушает матрикс (материал, в который погружены клетки). Последнее стимулирует рост капиллярной сети и образование метастазов.
Конечно, гликолиз в опухолевых клетках идет и при наличии кислорода. Большая, чем у здоровых клеток, зависимость от бескислородного способа получения АТФ позволяет атаковать опухолевые клетки веществами, блокирующими или замедляющими работу ЛДГ. Нарушение протекания гликолиза приводит к снижению выработки энергии и окислительному стрессу клеток. Это повышает вероятность их гибели. Таким образом, возможность блокирования работы ЛДГ открывает новые пути в лечении онкологических заболеваний[2, 5].
Биохимия человеческих клеток непроста, и сегодня Вы кратко ознакомились лишь с одним участником бесчисленного множества процессов нашего организма, а также его важной ролью в медицине.
Источники:
- Катарская Е. О., Лапаник П. Д. РОЛЬ ФЕРМЕНТОВ АСТ И ЛДГ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ СЕРДЦА // СОВРЕМЕННАЯ НАУКА И МОЛОДЫЕ УЧЁНЫЕ 3. – 2022. – С. 16.
- Jurisic V., Radenkovic S., Konjevic G. The actual role of LDH as tumor marker, biochemical and clinical aspects // Advances in cancer biomarkers: from biochemistry to clinic for a critical revision. – 2015. – С. 115-124.
- Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) общая. – Хеликс. – https://helix.ru/kb/item/06-025
- Lactate dehydrogenase. – Wikipedia. – https://en.wikipedia.org/wiki/Lactate_dehydrogenase
- Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера : Биоэнергетика и метаболизм. – В 3-х т. Т. 2. – Москва.: Бином, 2014.
Источники рисунков: