乳酸脫氫酶為含鋅離子的金屬蛋白,分子量為135-140kD,是糖無(wú)氧酵解及糖異生的重要酶系之一,可催化丙酸與L-乳酸之間的還原與氧化反應,也可催化相關(guān)的α-酮酸。LDH廣泛存在于人體組織中,以腎臟含量最高,其次是心肌和骨肌。紅細胞內LDH約為正常血清的100倍。
分類(lèi)介紹
根據結合輔酶的不同,微生物體一般包含兩種乳酸脫氫酶,NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶(NAD-dependent lactate dehydrogenases,nLDHs)和NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶(NAD-independent lactate dehydrogenases,iLDHs)兩大類(lèi)。NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶,也被稱(chēng)作呼吸鏈乳酸脫氫酶,在微生物體內通常被認為是負責乳酸氧化的酶類(lèi)。它們編碼的基因與乳酸利用相關(guān)的乳酸透性酶和調節蛋白編碼的基因較近。相較于NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶,NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶分布范圍更廣泛,在人體、動(dòng)物以及微生物中都普遍存在。在微生物中,NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶存在于其細胞質(zhì)中,體外實(shí)驗證實(shí):NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶能夠以NADH為輔因子催化丙酮酸還原生成乳酸,并且氧化NADH為NAD+,同時(shí)該酶在特定的條件下可以催化逆反應的進(jìn)行,但是活力非常弱,不容易檢測。一般說(shuō)來(lái),與NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶以NADH為輔因子不同的是NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶主要利用黃素。NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶也可以在體內催化乳酸的氧化,但體外實(shí)驗可能需要較高的pH和底物濃度。
按其催化底物的構型不同,NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶可以分為NAD依賴(lài)型-L-乳酸脫氫酶(L-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶)和NAD依賴(lài)型-D-乳酸脫氫酶(D-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶)兩大類(lèi),分別催化丙酮酸合成L-乳酸和D-乳酸。研究表明,雖然L-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶和D-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶均催化丙酮酸合成乳酸,但二者的基因序列不具有相似性或一致性。已知的不同乳桿菌的D-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶之間存在40%~50%的氨基酸同源性,而D-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶和L-NAD-依賴(lài)型乳酸脫氫酶之間則只存在10%左右的同源性,表明兩種脫氫酶分別由兩個(gè)*不相關(guān)的家族進(jìn)化而來(lái)。不僅如此,酶之間的差異也表現在動(dòng)力學(xué)參數差異明顯,比如,兩者催化反應的反應常數kcat和米氏常數Km不同。
根據天然電子受體的不同,可以將NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶分為三類(lèi)。第一類(lèi)為膜蛋白,利用膜醌類(lèi)作為外部的電子受體;第二類(lèi)直接利用O2作為電子受體,根據氧化終產(chǎn)物的不同,又將其細分為乳酸氧化酶(Lactate oxidase,LOX)和乳酸單氧酶(Lactate monooxygenases,LMO),其中前者產(chǎn)生丙酮酸和H2O2,而后者產(chǎn)生乙酸、CO2和H2O;第三類(lèi)是硫胺b2(flavocytochrome b2),存在于真菌中,它天然的電子受體為細胞.色素c。大多數L-NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶屬于α-羥酸氧化黃素蛋白家族,利用還原型黃素單核苷酸(Flavin mononuleotide,FMN),而所有的D-NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶均可利用黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)作為電子受體,而不是FMN,它們具有FAD結合的氧化還原酶/轉移酶4的家族特征。此外,D-NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶還可以利用醌類(lèi)或細胞.色素.c作為電子受體,但是迄今為止,還沒(méi)有D-NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶直接利用O2的相關(guān)報道。Wolin的研究表明,一些鏈球菌LDHs的催化活性絕對依賴(lài)于果糖-1,6-二磷酸(Fructose-1,6-Diphosphate,FDP)。其他鏈球菌、雙歧桿菌屬的所有種、干酪乳桿菌和木糖乳桿菌等都發(fā)現了相似的NAD-非依賴(lài)型乳酸脫氫酶。
主要作用
乳酸脫氫酶是微生物中催化苯丙.酮酸生成苯乳酸(phenyllactic acid,PLA,C9H10O3,也稱(chēng)2-羥基-3-苯基丙酸)的一類(lèi)關(guān)鍵酶。乳酸脫氫酶是生物體內糖酵解途徑中一種至關(guān)重要的氧化還原酶,能可逆地催化乳酸氧化為丙酮酸,該催化反應是無(wú)氧糖酵解的最終產(chǎn)物。乳酸脫氫酶主要存在于心肌、肝、腎、骨骼肌或肺等動(dòng)物組織中。乳酸脫氫酶測定常用于診斷心肌梗死、肝病和某些惡性腫瘤。