乳酸デヒドロゲナーゼ,乳酸脱水素酵素, LDH

7-17-2016 updated

  1. 概要: LDH とは
  2. 構造およびアイソフォーム
  3. 酵素活性の分布
  4. 細胞ダメージの指標

関連項目



概要: LDH とは

乳酸デヒドロゲナーゼ LDH (EC 1.1.1.27) は,ピルビン酸 pyruvate と乳酸 lactate の転換を触媒する酵素である。補酵素 coenzyme として NADH を必要とする。

 

低酸素 hypoxia などの嫌気的条件下でこの反応が活性化する。解糖の結果生じたピルビン酸は,酸素が豊富な条件では TCA 回路へ入ってさらに酸化されるが,低酸素のときはこの反応によって乳酸になる。結果として NAD+ が再生され,TCA 回路が回りやすくなる。

 

 

この反応は典型的な sequential ordered reaction であり,以下の順に結合が起こる(1)。

 

  1. LDH と NADH が結合
  2. その複合体とピルビン酸が結合
  3. ピルビン酸が乳酸へ,NADH が NAD+ へ変わる
  4. 乳酸が複合体から解離
  5. NAD+ が酵素から解離

 

これに対して,順番が適当でよい反応は sequential random reaction といい,クレアチンキナーゼがホスホクレアチンと ADP から ATP を合成する反応などが sequential random reaction にあたる(1)。

 

上記の sequential reactions では,全ての基質が結合してから,反応生成物 P が解離する。これに対して,全ての基質が結合する前に P の解離が起こる反応を double-displacement reaction (or ping-pong reaction) という。

 

この反応では,アミノ基の転移反応のように酵素自身が一時的に modify されるのが特徴である。タンパク質,酵素,酵素反応の基礎について勉強したい人は,以下のリンクも参照のこと。

構造およびアイソフォーム

哺乳類では H type および M type の2種の 35 kDa サブユニット 4 分子から成る(1)。

 

したがって,完成型の LDH には,H4, H3M1, H2M2, H1M3, M4 という 5 通りのパターンがあることになる。

  • その他のアイソザイムは,H と M の比率によって中間型の特徴をもつ。
  • Hは,乳酸からピルビン酸への反応を触媒する。
  • Mは,反対にピルビン酸から乳酸への反応を触媒する。
  H タイプ M タイプ
分布 心臓に多い。 筋肉に多い。
基質親和性 高い 低い
 

Hは高濃度のピルビン酸によるアロステリック阻害を受ける。

 

乳酸 → ピルビン酸の反応を触媒

Mは高濃度のピルビン酸によるアロステリック阻害を受けない。

 

ピルビン酸 → 乳酸の反応を触媒

 

これらの isozyme は,H タイプは好気型,M タイプは嫌気型であると考えることができる。実際に,発生段階では嫌気代謝から好気代謝へ切り替わるので,ラット心臓では発生初期では M タイプが多いが,次第に H タイプへ切り替わることが報告されている(1)。

酵素活性の分布

> LDH と,D-乳酸 D-lactate の脱水素酵素である DDH の活性を比較したデータ(2R)。

: ミトコンドリアを抽出し,dichloroindophenol (DCIP) の還元量を比較している。

: DDH 活性は,酵素溶液にD-乳酸を加え,DCIP 還元物の低下量から算出している。

: 肝臓で約 60 µmol DCIP/min/mg protein と高く,脳 brain と心臓 heart では20程度と低い。

: このため,脳と心臓ではD-乳酸をうまく使えないが,肝臓では有効なエネルギー源にできる。

細胞ダメージの指標

LDH は細胞内タンパク質であるが,細胞が障害を受けると血液中に放出される。このため,血中 LDH 量が細胞障害の指標として用いられることがある。

 

たとえば,心臓に特異的な H4 isozyme が血液中に検出された場合,心臓発作などによって心筋がダメージを受けていることが示唆される(1)。

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References

  1. Berg et al. Biochemistry, Seventh Edition: 使っているのは 6 版ですが 7 版を紹介しています。
  2. Ling et al. 2012a. D-Lactate altered mitochondrial energy production in rat brain and heart but not liver. Nutr Metab 9, 6.