7.2.3. Лактатдегидрогеназа

Лактатдегидрогеназа (L‑лактат:НАД‑оксидоредуктаза, ЛДГ, КФ 1.1.1.27) является гликолитическим ферментом и катализирует следующую реакцию:

Лактат + НАД Пируват + НАДН

Молекула ЛДГ представляет собой тетрамер, состоящий из одного или двух типов субъединиц, обозначаемых как M (англ: muscle) и H (англ: heart). В сыворотке крови фермент существует в пяти молекулярных формах, различающихся по первичной структуре, кинетическим свойствам, электрофоретической подвижности (ЛДГ‑1 быстрее движется к аноду по сравнению с ЛДГ‑5, то есть более электрофоретичеки подвижна). Каждая форма имеет характерный полипептидный состав: ЛДГ‑1 состоит из 4 H‑субъединиц, ЛДГ‑2 — из 3 H‑субъединиц и 1 M‑субъединицы, ЛДГ‑3 представляет собой тетрамер из 2 H‑субъединиц и 2 M‑субъединиц, ЛДГ‑4 содержит 1 H‑субъединицу и 3 M‑субъединицы, ЛДГ‑5 состоит только из M‑субъединиц.

По степени убывания общей каталитической активности энзима все органы и ткани располагаются в следующем порядке: почки, сердце, скелетные мышцы, поджелудочная железа, селезенка, печень, легкие, сыворотка крови.

От того, какой изофермент наиболее представлен, зависит преимущественный способ окисления глюкозы в ткани: аэробный (до CO₂ и H₂O) или анаэробный (до молочной кислоты). Подобное различие обусловлено разной степенью сродства изоферментов к пировиноградной кислоте. Изоферменты, содержащие в основном H‑субъединицы (ЛДГ‑1 и ЛДГ‑2), обладают низким сродством к пирувату и поэтому неспособны эффективно конкурировать за субстрат с пируватдегидрогеназным комплексом. В результате пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и в виде ацетил‑КоA вступает в цикл Кребса. Напротив, изоферменты, обладающие главным образом M‑субъединицами (ЛДГ‑4 и ЛДГ‑5), имеют более высокое сродство к пирувату и, как следствие, превращают его в молочную кислоту. Для каждой ткани установлены наиболее типичные изоферменты. Для миокарда и мозговой ткани основным изоэнзимом является ЛДГ‑1, для эритроцитов, тромбоцитов, почечной ткани — ЛДГ‑1 и ЛДГ‑2. В легких, селезенке, щитовидной и поджелудочной железах, надпочечниках, лимфоцитах преобладает ЛДГ‑3. ЛДГ‑4 находится во всех тканях с ЛДГ‑3, а также в гранулоцитах и мужских половых клетках, в последних дополнительно обнаруживается ЛДГ‑5. В скелетных мышцах изоферментная активность располагается в порядке убывания в ряду: ЛДГ‑5, ЛДГ‑4, ЛДГ‑3. Для печени наиболее характерен изофермент ЛДГ‑5, выявляется также ЛДГ‑4.

В норме основным источником активности ЛДГ в плазме крови являются разрушающиеся клетки крови. В сыворотке активность изоферментов распределяется следующим образом: ЛДГ‑2 > ЛДГ‑1 > ЛДГ‑3 > ЛДГ‑4 > ЛДГ‑5. При электрофорезе между фракциями ЛДГ‑3 и ЛДГ‑4 иногда обнаруживается дополнительная полоса изофермента ЛДГ‑X, данный изофермент локализован в тех же органах, что и ЛДГ‑5.

7.2.2. Креатинфосфокиназа

Креатинфосфокиназа (КФК) (АТФ:креатин‑фосфотрансфераза, КФ 2.7.3.2.), магнийзависимый фермент, содержится исключительно в цитоплазме и митохондриях миокарда, скелетной мускулатуры и ткани мозга, где катализирует реакцию:

Креатин + АТФ АДФ + Креатинфосфат

Равновесие реакции при щелочных значениях pH сдвинуто в сторону образования АТФ.

Высокая активность фермента обнаружена в мышечной и нервной ткани, в которых значительная часть энергии переносится между клеточными компартментами в виде креатинфосфата. Среди различных типов мышечной ткани активность КФК распределяется следующим образом: поперечно‑полосатые мышцы > сердечные мышцы > мышцы беременной матки > мышцы матки > гладкие мышцы.

Фермент является гетерогенным белком, состоящим из 2‑х типов субъединиц — В (англ: brain) и М (англ: muscle). В связи с этим выделяют три изофермента: ММ (содержится в скелетной мускулатуре и миокарде), ВВ (преимущественно в мозге и гладких мышцах) и МВ (в сердечной мышце). Изоферменты различаются по физико‑химическим и иммунологическим свойствам.

1. Определение активности фермента можно проводить как по прямой, так и по обратной реакции, определяя содержание креатина или креатинфосфата:

• в обратной реакции образовавшийся креатин определяют колориметрически с использованием диацетила и α‑нафтола.

• в прямой реакции содержание креатинфосфата определяют после его кислотного гидролиза по уровню образующегося неорганического фосфата.

Спектрофотометрический способ определения с использованием непрямого оптического теста Варбурга, осуществляется по прямой и обратной реакции:

Прямая реакция:

Креатин + АТФ Креатинфосфат + АДФ

АДФ + Пируватфосфат АТФ + Пируват

Пируват + НАДН Лактат + НАД

Обратная реакция:

Креатинфосфат + АДФ Креатин + АТФ

АТФ + глюкоза АДФ + глюкозо‑6‑фосфат

Глюкозо‑6‑фосфат + НАДФ 6‑Фосфоглюконат + НАДФН

Изоферменты креатинфосфокиназы определяют при помощи электрофореза (на агаре, в полиакриламидном геле) и колоночной хроматографии.

Унифицированными методами являются колориметрический метод с использованием креатина в качестве субстрата (определение уровня образующегося креатинфосфата по содержанию неорганического фосфора) и оптический тест с использованием креатинфосфата в качестве субстрата (длина волны 334, 340, 365 нм).

Влияющие факторы

in vitro: завышает результаты исследования наличие фосфора в посуде, гемолиз (из‑за наличия в эритроцитах аденилаткиназы). Разведение сыворотки может дать неадекватные результаты.

in vivo: повторные мышечные инъекции, тяжелые мышечные нагрузки, хирургические операции, этанол, длительная анестезия ведут к увеличению активности фермента в сыворотке.

Клинико‑диагностическое значение

Наиболее широкое применение исследование активности КФК нашло при диагностике инфаркта миокарда: активность фермента возрастает уже через 2‑3 часа после поражения миокарда и через 14‑30 часов достигает максимума, нормализация показателей наступает обычно на вторые-третьи сутки после приступа, длительное удерживание гиперэнзимемии наблюдается у больных с выраженным нарушением коронарного кровообращения. Кроме инфаркта, увеличение активности фермента в сыворотке стимулируют миокардиты, сердечная недостаточнсть, сердечные аритмии, при этом отмечается 20‑30‑кратное превышение нормальных показателей. Увеличение идет в основном за счет MB‑фракции КФК.

Значительно более высокая активность КФК обнаруживается при заболеваниях мышечной системы, прежде всего миогенного происхождения (полиомиелит, мышечная дистрофия, дерматомиозит). При прогрессирующей мышечной дистрофии (миопатии) увеличение активности КФК отмечается уже в первые стадии болезни. В конечной стадии, вследствие замещения мышечной ткани на соединительную и жировую, активность фермента приходит в норму.

Подъем активности может наблюдаться при травматическом повреждении ткани мозга, инфаркте мозга, менингите, гипотиреозе, отравлениях снотворными, кровоизлияниях в мозг.

Снижение активности не имеет практического значение, отражая либо малую мышечную массу, либо сидячий образ жизни.

7.2.1. Аминотрансферазы

Аминотрансферазы (трансаминазы) — ферменты, катализирующие межмолекулярный перенос аминогруппы от соответствующих аминокислот на a‑кетокислоты (2‑оксокислоты) с образованием новых кето- и аминокислот без образования свободного аммиака, в качестве кофермента используется витамин В₆ (пиридоксин). Эти ферменты играют центральную роль в обмене белков, осуществляя окислительное дезаминирование аминокислот опосредованно через глутаминовую кислоту. Образующаяся глутаминовая кислота дезаминируется глутаматдегидрогеназой с освобождением свободного аммиака и 2‑оксоглутаровой кислоты.

В организме человека наибольшее значение имеют две аминотрансферазы: аспартатаминотрансфераза (АСТ или АсАТ) (L‑аспартат:2‑оксоглутарат-амино­трансфераза, КФ 2.6.1.1.) и аланинаминотрансфераза (АЛТ или АлАТ), (L‑аланин:2‑оксоглутарат-аминотрансфераза, КФ 2.6.1.2.). В клинической практике чаще всего определяют именно активность этих двух ферментов. Существует также другое название указанных ферментов: для АСТ — глутамат­оксалоацетат­амино­трансфераза (ГОАТ), для АЛТ — глутамат­пируват­амино­трансфераза (ГПАТ). Ниже приведены реакции, катализируемые этими ферментами:

2-Оксоглутарат + Аспартат ↔ Глутамат + Оксалоацетат

2-Оксоглутарат + Аланин ↔ Глутамат + Пируват

Наибольшая активность АСТ обнаружена в миокарде, затем в порядке убывания в печени, скелетных мышцах, головном мозге, почках. Активность фермента в миокарде в 10000 раз выше, чем в сыворотке крови. Фермент является димером, имеет изоферменты: положительно заряженный митохондриальный с ММ=93 кД и отрицательно заряженный цитозольный с ММ=92 кД. Активность АЛТ максимальна в печени, среди других органов убывает в последовательности: поджелудочная железа, сердце, скелетные мышцы, селезенка, легкие. Фермент также имеет цитозольный и митохондриальный изоферменты, однако последний содержится в минимальном количестве и нестабилен. Избирательная тканевая локализация позволяет считать трансаминазы маркерными ферментами: АСТ для миокарда, АЛТ для печени. Соотношение активности аминотрансфераз позволяет судить о глубине повреждения клеток: АЛТ преимущественно локализована в цитоплазме, АСТ — в цитоплазме и в митохондриях.

Существующие методы определения активности трансаминаз в сыворотке крови можно разделить на две основные группы: колориметрические и спектрофотометрические:

1. В основе спектрофотометрических методов лежит использование оптического теста Варбурга (см выше). Эти методы являются наиболее специфичными и точными для исследования активности трансаминаз сыворотки крови, основаны на различии поглощения окисленной и восстановленной форм НАД при 340 нм и требуют постановки индикаторных реакций, в которые вовлекаются продукты основной реакции:

Оксалоацетат + НАДH ↔ Малат + НАД

Пируват + НАДH ↔ Лактат + НАД

2. Группа колориметрических методов:

• основанные на образовании окрашенного динитрофенилгидразона пировиноградной кислоты. Наибольшее применение нашел метод Райтмана‑Френкеля, являющийся технически простым и дающим воспроизводимые результаты.

• азометоды, основанные на образовании цветного соединения между щавелевоуксусной кислотой и 6‑бензамидо-4‑метокситолуидин­диазо­ниевым хлоридом. Эти методы используются для определения активности АСТ, просты в исполнении, но требуют редких реактивов.