젖산탈수소효소

Lactate dehydrogenase
젖산탈수소효소
1i10.jpg
젖산탈수소효소 M테트라머(LDH5), 사람
식별자
EC 번호1.1.1.27
CAS 번호9001-60-9
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젖산탈수소효소(LDH 또는 LD)는 거의 모든 살아있는 세포에서 발견되는 효소이다.LDH는 NAD를 NADH로 변환하고+ 다시 되돌리기 때문에 젖산염의 피루브산염으로의 전환을 촉매한다.탈수소효소는 한 분자에서 다른 분자로 수소화물을 전달하는 효소이다.

LDH는 4개의 다른 효소 클래스로 존재한다.본 논문은 특히 NAD(P)의존성 L-락틴산탈수소효소에 관한 것이다.다른 LDH는 D-락틴산염에 작용하거나 시토크롬c: D-락틴산탈수소효소(시토크롬)L-락틴산탈수소효소(시토크롬)에 의존한다.

LDH는 혈액 세포와 심장 근육과 같은 신체 조직에서 광범위하게 발현된다.조직이 손상되었을 때 분비되기 때문에, 이것은 일반적인 부상과 심부전과 같은 질병의 지표입니다.

반응

젖산탈수소효소에 의해 촉매되는 반응

젖산탈수소효소는 피루브산과 젖산상호변환NADH+ NAD의 부수적 상호변환으로 촉매한다.해당과정의 최종 산물인 피루브산을 산소가 부족하거나 공급이 부족할 때 젖산염으로 전환하고, 에서 코리 사이클 중에 역반응을 일으킨다.고농도의 젖산염에서 효소는 피드백 억제를 나타내며, 피루브산이 젖산염으로 전환되는 속도를 감소시킨다.2-히드록시낙산염의 탈수소화도 촉매하지만 젖산염보다 훨씬 빈약한 기질이다.

활성 사이트

젖산탈수소효소에 의해 촉매되는 반응의 화살 누름 메커니즘

인간의 LDH는 His(193)를 양성자 수용체로 사용하며, 조효소(Arg99Asn138) 및 기질(Arg106; Arg169; Thr248) 결합 [1][2]잔류물과 함께 작용한다.His(193) 활성 부위는 LDH의 인간 형태뿐만 아니라 LDH의 수렴 진화를 보여주는 많은 다른 동물에서 발견된다.LDH의 두 개의 서로 다른 서브유닛(LDHA, LDH의 M 서브유닛이라고도 함)은 모두 동일한 활성 부위와 반응에 참여하는 동일한 아미노산을 유지한다.LDH의 3차 구조를 구성하는 두 소단위 사이의 눈에 띄는 차이는 (M 사슬의) 알라닌을 (H 사슬의) 글루타민으로 치환하는 것이다.이 작지만 주목할 만한 변화는 H 서브유닛이 NAD를 더 빨리 결합할 수 있는 이유이고, M 서브유닛의 촉매 활성은 아세틸피리딘 아데닌 디뉴클레오티드의 존재 하에서 감소하지 않는 반면 H 서브유닛의 활성은 5배 [3]감소합니다.

아이소엔자임

효소활성 젖산탈수소효소는 4개의 서브유닛(테트라머)으로 구성되어 있다.가장 일반적인 2개의 서브유닛은 LDH-M과 LDH-H 펩타이드로, 근육과 심장 조직에서 발견되어 이름이 붙여지고 LDHALDHB 유전자에 의해 각각 암호화된다.이들 2개의 서브유닛은 LDH-1(4H), LDH-5(4M) 및 3개의 혼합테트라머(LDH-2/3H1M, LDH-3/2H2M, LDH-4/1H3M)의 5개의 가능한 테트라머(동질효소)를 형성할 수 있습니다.이들 5가지 동질체는 효소적으로 유사하지만 다른 조직 분포를 보인다.

LDH-2는 보통 혈청에서 지배적인 형태이다.LDH-2 수치보다 LDH-1 수치가 높으면 심근경색(심장 조직에 손상을 입으면 LDH-1이 풍부한 심장 LDH가 혈류로 방출됨)이 나타납니다.이 현상을 사용하여 경색을 진단하는 것은 주로 트로포닌 I 또는 T [citation needed]측정으로 대체되었습니다.

LDH 사량체에는 LDHC와 LDHBx 두 개의 포유류 LDH 서브유닛이 더 있습니다. LDHC는 LDH 유전자에 의해 코드되는 고환 특이 LDH 단백질입니다.LDHBx는 페르옥시좀 특이 LDH 단백질이다.LDHBx는 LDHB의 리드스루 형태이며 LDHBx는 LDHB mRNA의 번역에 의해 생성되지만 정지 코돈아미노산 인코딩 코돈으로 해석됩니다.그 결과, 변환은 다음 정지 코돈까지 계속됩니다.이는 정상적인 LDH-H 단백질에 7개의 아미노산 잔류물을 첨가하는 것으로 이어진다.이 확장은 과산화염색체 표적화 신호를 포함하므로 LDHBx가 [6]과산화염색체로 수입된다.

단백질 패밀리

또한 L-락테이트에서 피루브산으로의 전환을 촉매하는 L-락테이트 탈수소효소를 포함하고 있으며, 이는 혐기성 당분해 과정의 마지막 단계이다.말산의 옥살아세트산으로의 상호전환을 촉매하고 구연산 회로에 참여하는 말산탈수소효소 및 L-2-히드록시이소카프로산탈수소효소도 그 패밀리의 구성원이다.N-말단로스만 NAD 결합 접힘이고, C-말단은 특이한 알파+베타 [7][8]접힘이다.

인터랙티브 패스 맵

아래의 유전자, 단백질 및 대사물을 클릭하여 각각의 기사와 연결하세요.[§ 1]

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alt=용해 및 포도당생성 편집]
당분해 및 글루코네제네시스 편집
  1. ^ 대화형 경로 맵은 WikiPathways에서 편집할 수 있습니다."GlycolysisGluconeogenesis_WP534".

효소조절

이 단백질은 알로스테릭 [9]조절모르핀 모델을 사용할 수 있다.

에탄올유도성 저혈당증

에탄올알코올탈수소효소에 의해 아세트알데히드로 탈수소되고 아세트알데히드탈수소효소에 의해 아세트산으로 탈수소된다.이 반응 동안 2 NADH가 생성된다.많은 양의 에탄올이 존재하면 많은 양의 NADH가 생성되어 NAD가+ 고갈됩니다.따라서 NAD의 관련+ 재생으로 인해 피루브산의 젖산으로의 전환이 증가한다.따라서 음이온갭 대사산증(유산증)은 에탄올 중독에 걸릴 수 있다.

NADH/NAD+ 비율의 증가는 또한 혈당 수치를 유지하기 위해 포도당 합성에 의존하는 (그렇지 않은) 단식 중인 개인에게 저혈당을 일으킬 수 있다.알라닌과 젖산염은 피루브산염으로 포도당 합성에 들어가는 주요 포도당 유발 전구체이다.NADH/NAD+ 비율이 높으면 젖산탈수소효소 평형이 젖산염으로 전환되므로 피루브산이 적게 형성되어 포도당 합성이 저하된다.

기판 규제

LDH는 또한 그 기질의 상대적인 농도에 의해 조절된다.LDH는 LDH 반응을 위한 기질의 증가로 인해 근육 출력이 극단적으로 증가하는 기간 동안 더욱 활성화된다.골격근육이 높은 수준의 힘을 생산하기 위해 밀릴 때, 호기성 ATP 공급에 관한 ATP의 수요는 자유 ADP, AMP, 그리고 파이의 축적을 이끈다.후속 당화 플럭스, 특히 피루브산의 생산은 피루브산 탈수소효소 및 기타 셔틀 효소의 피루브산 대사 용량을 초과한다.LDH를 통한 플럭스는 피루브산과 NADH의 수치가 증가하여 피루브산을 [10]젖산염으로 대사한다.

전사 규제

LDH는 PGC-1α에 의한 전사 조절을 거칩니다. PGC-1α는 LDH A mRNA 전사와 피루브산의 젖산 [11]전환 효소 활성을 감소시켜 LDH를 조절합니다.

유전학

M 서브유닛과 H 서브유닛은 2개의 다른 유전자에 의해 부호화됩니다.

  • M 서브유닛은 11p15.4 염색체에 위치한 LDHA에 의해 부호화된다(OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man): 150000).
  • H 서브유닛은 12p12.2-p12.1 염색체에 위치한 LDHB에 의해 부호화된다(OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man): 150100).
  • 번째 동질체인 LDHC 또는 LDHX는 고환에서만 발현된다(Online Mendelian Inheritance in Man(OMIM): 150150). 그 유전자는 LDHA의 복제 가능성이 높고 11번째 염색체(11p15.5-p15.3)에도 위치한다.
  • 네 번째 이소폼은 페르옥시좀에 국소화되어 있다.1개의 LDHBx 서브유닛을 포함하는 사량체로 LDHB 유전자에 의해 암호화됩니다.LDHBx 단백질은 LDHB 단백질보다 7개의 아미노산이 더 길다.이 아미노산 확장은 기능적 번역 [6]판독에 의해 생성됩니다.

M 서브유닛의 돌연변이는 희귀질환미오글로빈뇨와 관련이 있으며(OMIM 기사 참조), H 서브유닛의 돌연변이는 기술되어 있으나 질병으로 이어지는 것으로 보이지는 않는다.

돌연변이

이것은 보통 골격근에서 발견되는 LDH-5 효소의 돌연변이 버전이다.

드물게 젖산탈수소효소의 생성을 조절하는 유전자의 돌연변이는 젖산탈수소효소 결핍으로 알려진 의학적인 상태를 초래할 것이다.어떤 유전자가 돌연변이를 일으키는지에 따라, 두 가지 유형 중 하나가 발생할 것입니다: 젖산탈수소효소-A 결핍증(글리코겐 저장병 XI로도 알려져 있음) 또는 젖산탈수소효소-B 결핍증.이 두 가지 조건은 주로 특정 근육 세포에서 인체가 당을 분해하는 방법에 영향을 미칩니다.젖산탈수소효소-A 결핍은 LDHA 유전자에 대한 돌연변이에 의한 것이며 젖산탈수소효소-B 결핍은 LDHB [12]유전자에 대한 돌연변이에 의한 것이다.

이 상태는 상염색체 열성 패턴으로 유전되며, 이는 이 상태가 [13]발현되기 위해서는 양쪽 부모가 돌연변이 유전자를 기여해야 한다는 것을 의미한다.

완전한 젖산탈수소효소는 4개의 단백질 서브유닛으로 [14]구성된다.젖산탈수소효소에서 발견되는 가장 흔한 두 개의 서브유닛은 LDHA와 LDHB 유전자에 의해 암호화되기 때문에, 이 질병의 변형은 체내에서 발견되는 많은 젖산탈수소효소 효소에 이상을 일으킨다.젖산탈수소효소-A 결핍의 경우 LDHA 유전자에 대한 돌연변이에 의해 다른 아유닛과 결합할 수 없는 비정상적인 젖산탈수소효소-A 서브유닛이 생성되어 완전한 효소가 형성된다.이러한 기능적 서브유닛의 부족은 형성되는 효소의 양을 감소시켜 전반적인 활성 감소를 이끈다.해당과정의 혐기성 단계(코리 회로) 동안, 돌연변이 효소는 세포가 필요로 하는 추가 에너지를 생산하기 위해 피루브산을 젖산염으로 변환할 수 없다.이 서브유닛은 골격근에서 발견된 LDH 효소에서 가장 높은 농도를 가지고 있기 때문에, 고강도 신체 활동은 이 혐기성 단계에서 [15]충분한 양의 에너지가 생성되지 않도록 할 것입니다.이것은 결국 횡문근융해증이라고 알려진 근육 조직을 약화시키고 결국 분해하게 할 것이다.횡문근융해증의 과정은 또한 미오글로빈을 혈액으로 방출하는데, 이것은 결국 소변으로 끝나게 되고 미오글로빈뇨[16]알려진 또 다른 질환인 붉은색이나 갈색으로 변하게 만들 것입니다.다른 흔한 증상으로는 피로감, 근육통, 운동 중 경련과 피부 [17][18]발진이 있다.심각한 경우, 미오글로빈뇨는 신장을 손상시키고 생명을 위협하는 [19]신부전을 초래할 수 있습니다.최종 진단을 얻기 위해 LDH 활성이 낮거나 없는 것을 확인하기 위해 근육 생검을 실시할 수 있다.현재 이 상태에 대한 특별한 치료법은 없습니다.

젖산탈수소효소-B 결핍의 경우 LDHB 유전자에 대한 돌연변이에 의해 다른 서브유닛과 결합할 수 없는 비정상적인 젖산탈수소효소-B 서브유닛이 생성되어 완전한 효소가 형성된다.젖산탈수소효소 A 결핍과 마찬가지로 이 돌연변이는 [20]효소의 전체적인 효과를 감소시킨다.그러나 이 두 사례 사이에는 몇 가지 큰 차이가 있다.첫 번째는 증상이 나타나는 장소입니다.젖산탈수소효소-B 결핍과 함께, B 서브유닛의 가장 높은 농도는 심장 근육, 즉 심장 내에서 발견될 수 있습니다.심장 내에서 젖산탈수소효소는 젖산을 다시 피루브산으로 변환하는 역할을 하므로 피루브산은 더 많은 에너지를 [21]생성하기 위해 다시 사용될 수 있다.변이된 효소에 의해, 이 변환의 전체적인 속도는 감소한다.그러나 젖산탈수소효소 A 결핍과는 달리, 이 돌연변이는 이 [18][22]상태와 관련된 증상이나 건강상의 문제를 일으키지 않는 것으로 보인다.현시점에서는, 왜 그런지는 불명확하다.영향을 받는 사람들은 보통 정기적인 혈액 검사에서 혈액 내에 LDH 수치가 낮은 것으로 나타날 때만 발견됩니다.

근육 피로의 역할

격렬한 운동 기간 동안 산증의 시작은 일반적으로 젖산으로부터 분리된 수소의 축적에 기인한다.이전에는 젖산이 피로를 유발하는 것으로 생각되었다.이러한 추론을 통해 젖산염 생산이 운동 중 근육 피로의 주요 원인이라는 생각이 널리 채택되었다.혐기성 조건 하에서 젖산 생성에 대한 보다 면밀한 기계적 분석은 LDH를 통한 젖산 생성에 대한 생화학적 증거가 산증의 원인이라는 것을 보여준다.LDH 활동은 근육 피로와 [23]관련이 있지만, LDH 복합체를 통한 젖산염의 생산은 근육 피로 시작을 지연시키는 시스템으로 작용한다.젖산 셔틀이 발견된 UC 버클리 대학의 조지 브룩스와 동료들은 젖산이 실제로는 대사 연료이지 폐기물이나 피로의 원인이 아니라는 것을 보여주었다.

LDH는 여러 가지 방법으로 근육 부전과 피로를 예방합니다.젖산염 생성 반응은 글리세린알데히드 3-인산탈수소효소 반응에 공급되는 세포산 NAD+를 생성하며, 해당과정의 두 번째 단계를 통해 세포산 산화환원 전위를 유지하고 기질 플럭스를 촉진하여 ATP 생성을 촉진한다.이는 사실상 과중한 작업 부하에서 수축하는 근육에 더 많은 에너지를 공급합니다.세포에서 젖산염의 생산과 제거는 LDH 반응에서 소비된 양성자를 배출한다. 이 발효 반응 후에 생성된 과잉 양성자의 제거는 근육 산증의 [citation needed]완충 시스템 역할을 한다.일단 양성자 축적이 LDH 심볼포트를 [24]통해 젖산 생성 및 제거에서 흡수 속도를 초과하면 근육 산증이 발생한다.

혈액 검사

젖산탈수소효소 혈액검사 기준범위
하한 상한 구성 단위 평.
오십[25] 150[25] U/L
0.4[26] 1.7[26] μmol/L
1.8[27] 3.4[27] § 고양이/L 70세[27] 미만

혈액 검사에서 젖산탈수소효소의 수치가 높아지면 일반적으로 광범위한 조직 분포를 반영하여 여러 잠재적 원인이 있는 조직 손상이 나타납니다.

LDH의 낮은 정상 수치는 보통 어떤 병리도 [28]나타내지 않는다.낮은 수치는 비타민 C의 다량 섭취에 의해 야기될 수 있다.

LDH는 보통 소량 몸 전체에 나타나는 단백질이다.

암 검사

정상세포와 암세포의 LDH 활성 비교

많은 암들이 LDH 수치를 높일 수 있기 때문에 LDH는 종양 표지로 사용될 수 있지만, 동시에 특정 종류의 암을 식별하는 데 유용하지 않다.LDH 수치를 측정하는 것은 암 치료를 관찰하는 데 도움이 될 수 있다.LDH 수치를 높일 수 있는 비암적 질환으로는 심부전, 갑상선 기능 저하증, 빈혈, 전뇌수막염, 뇌염, 급성 췌장염, HIV, 폐 또는 간 [30]질환이 있습니다.

조직 파괴는 LDH를 방출하므로, LDH는 조직 파괴의 대용물로 측정될 수 있다(예: 용혈).LDH는 젖산탈수소효소(LDH) 테스트(LDH 테스트 또는 젖산탈수소효소 테스트라고도 함)에 의해 측정됩니다.측정된 LDH 값을 정상 범위와 비교하면 [31]진단에 도움이 됩니다.

용혈

의학에서 LDH는 적혈구에 풍부하고 용혈의 지표로 기능할 수 있기 때문에 종종 조직 파괴의 지표로 사용된다.잘못 처리된 혈액 검체는 적혈구 손상으로 인해 LDH 수치가 거짓 양성일 수 있습니다.

심근경색의 지표로도 사용할 수 있습니다.심근경색 후 LDH 수치는 3~4일에 최고조에 달하며 최대 10일 동안 상승 상태를 유지한다.이와 같이 LDH(LDH1의 수치가 LDH2의 수치보다 높은 경우, 즉 혈청에서 LDH2는 LDH1보다 높은 경우)의 높은 수치는 환자가 흉통 후 며칠 후에 의사에게 왔을 때 심근경색 여부를 판단하는 데 유용할 수 있다.

조직 회전율

다른 용도는 일반적으로 조직 파괴의 평가이다. 이것은 용혈의 다른 징후가 없을 때 가능하다.암세포가 높은 회전율을 가지며 파괴된 세포가 LDH 활성을 증가시키기 때문에 암환자(특히 림프종)를 추적하는 데 사용됩니다.

HIV

LDH는 종종 폐렴에 대한 비특이적 지표로 HIV 환자에서 PCP(Pneumocystis jirovecii)로 측정됩니다.HIV 환자의 상부 호흡기 증상 설정에서 LDH가 증가하면 PCP가 시사되지만 진단되지는 않습니다.그러나 호흡기 증상이 있는 HIV 양성 환자의 경우, 120명의 PCP와 30명의 히스토플라스마증 [32]환자를 대상으로 한 연구에서 매우 높은 LDH 수치(> 600 IU/L)는 히스토플라스마증(9.33배)을 나타냈다.

기타 체액 검사

삼출액 및 삼출액

흉막 삼출액(또는 심막 삼출액)에서 LDH를 측정하면 삼출액(예: 염증으로 인해 능동적으로 분비되는 유체)과 트랜스 삼출액(높은 정수압 또는 낮은 종양압으로 인해 순차적으로 분비되는 유체)을 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다.보통의 기준(빛의 기준에 포함되)은 유체 유산 탈수소 효소와 정상적인 혈청 유산 탈수소 효소 이상의 0.6[33]또는.mw-parser-output의 상한의 비율 .frac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.frac.num,.mw-parser-output.frac .den{:80%;line-height:0;vertical-align:슈퍼 font-size}.mw-parser-output.frac .den{다.Vertical-align:이하의 비율이 transudate을 나타내.sr-onlyᆪ2⁄3[34] exudate을 나타내서브}.mw-parser-output.혈청 LDH의 상한값은 실험실마다 다르지만 200 IU/L,[36] 300[35] IU/L 등이 있다[35].풍진에서는 LDH 수치가 일반적으로 1000 IU/L를 초과합니다.

뇌수막염 및 뇌염

뇌척수액에서 높은 수준의 젖산탈수소효소는 종종 세균성 [37]뇌수막염과 관련이 있다.바이러스성 뇌수막염의 경우 일반적으로 LDH가 높으면 뇌염이 발생하고 예후가 좋지 않음을 나타냅니다.

암 치료에서

LDH는 종양 시작과 대사에 관여한다.암세포는 산소가 충분한 조건에서도 해당과정의 증가에 의존하여 미토콘드리아에서[38] 유산소 호흡과 더불어 젖산 생산을 증가시킨다.이러한 발효 당분해 상태는 LDH의 A 형태에 의해 촉매된다.이 메커니즘은 종양세포가 포도당 저장량의 대부분을 산소 가용성과 관계없이 젖산염으로 전환하도록 하여 포도당 대사물의 사용을 단순한 에너지 생산에서 세포 성장과 복제를 촉진하는 것으로 전환시킨다.

LDH A와 그 활성을 억제할 수 있는 가능성은 발암성 세포의 증식을 막는 데 초점을 맞춘 암 치료에서 유망한 표적으로 확인되었다.LDH A의 화학적 억제는 대사 과정과 암세포의 전반적인 생존에서 현저한 변화를 보여주었다.옥사메이트는 LDH A의 세포질 억제제로서 종양 세포에서 ATP 생성을 현저하게 감소시키고 활성산소종(ROS)의 생산을 증가시킨다.이들 ROS는 [39]저농도에서는 세포주기 진행인자를 유도하는 키나아제를 활성화시켜 암세포 증식을 촉진하지만 고농도에서는 산화스트레스를 통해 DNA를 손상시킬 수 있다.2차 지질 산화 생성물은 LDH를 비활성화하고 NADH를 재생하는 능력에 영향을 미쳐 [40]젖산을 피루브산으로 변환하는 효소 능력을 직접적으로 방해할 수 있다.

최근 연구에서 LDH 활성이 반드시 전이 [41]위험의 지표는 아니지만, LDH 발현은 암의 예후에서 일반적인 지표로 작용할 수 있다.종양과 스트로마에서 LDH5와 VEGF의 발현은 확산형 또는 혼합형 [42]위암의 강력한 예후인자로 밝혀졌다.

원핵생물

Acap-membrane-binding 도메인 원핵 젖산 탈수소 효소에서 발견된다.그닥 큰seven-stranded 역 평행 beta-sheet 양쪽에 alpha-helices에 있던으로 구성되어 있다.그것은 세포막 협회가 가능하다.[43]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

이 기사는 공공 영역 Pfam과 InterPro:IPR015409에서 텍스트를 포함하고 있다.
  1. ^ Holmes RS, Goldberg E (October 2009). "Computational analyses of mammalian lactate dehydrogenases: human, mouse, opossum and platypus LDHs". Computational Biology and Chemistry. 33 (5): 379–85. doi:10.1016/j.compbiolchem.2009.07.006. PMC 2777655. PMID 19679512.
  2. ^ Wilks HM, Holbrook JJ (December 1988). "A Specific, Highly Active Malate Dehydrogenase by Redesign of a Lactate Dehydrogenase Framework". Science. 242 (4885): 1541–44. Bibcode:1988Sci...242.1541W. doi:10.1126/science.3201242. PMID 3201242.
  3. ^ Eventoff W, Rossmann MG, Taylor SS, Torff HJ, Meyer H, Keil W, Kiltz HH (July 1977). "Structural adaptations of lactate dehydrogenase isozymes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (7): 2677–81. Bibcode:1977PNAS...74.2677E. doi:10.1073/pnas.74.7.2677. PMC 431242. PMID 197516.
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