Представьте, что пациент сдает биохимический анализ крови, а врач обнаруживает повышенную активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ).
О чем это говорит? Возможно, повреждены клетки печени, сердечной мышцы или даже эритроциты. Проблема в том, что ЛДГ присутствует практически во всех тканях организма. Поэтому по одному только повышению фермента определить источник повреждения довольно сложно.
Но у лактатдегидрогеназы есть одна интересная особенность: она существует сразу в нескольких формах, которые называются изоферментами. Именно это свойство позволяет получить дополнительную информацию о состоянии различных органов.
Одна реакция, но разные ферменты
Начнем с самой лактатдегидрогеназы.
Этот фермент катализирует обратимую реакцию превращения пирувата в лактат с участием кофермента НАДН.
Пируват + НАДН + H⁺ ⇄ Лактат + НАД⁺
Реакция особенно важна для клеток, активно использующих гликолиз. При восстановлении пирувата до лактата происходит регенерация НАД⁺, необходимого для продолжения гликолитических реакций.
А теперь представьте, что один и тот же фермент в разных тканях немного отличается по своему строению.
При этом он продолжает катализировать ту же самую реакцию!
Такие молекулярные формы фермента, которые отличаются структурой и некоторыми свойствами, но выполняют одну и ту же каталитическую функцию, называются изоферментами.
Лактатдегидрогеназа является классическим примером такого явления.
Почему у ЛДГ целых пять изоферментов?
Молекула лактатдегидрогеназы состоит из четырех субъединиц. Причем субъединицы могут быть двух типов: H (heart) и M (muscle).
Различные комбинации этих субъединиц образуют пять основных изоферментов ЛДГ.
Например, ЛДГ-1 состоит из четырех H-субъединиц, а ЛДГ-5 из четырех M-субъединиц. Остальные формы содержат разные сочетания H и M.
Но зачем организму понадобилось такое разнообразие?
Дело в том, что разные ткани работают в неодинаковых метаболических условиях. Сердечная мышца преимущественно использует аэробный обмен, тогда как скелетные мышцы способны активно получать энергию за счет анаэробного гликолиза.
Различия в свойствах изоферментов помогают приспосабливать одну и ту же реакцию к метаболическим потребностям тканей.
Кроме того, разные изоферменты распределены по органам неравномерно.
ЛДГ-1 особенно характерна для миокарда и эритроцитов, ЛДГ-2 широко представлена в клетках крови, ЛДГ-3 встречается в относительно большом количестве в легких. ЛДГ-4 характерна для ряда тканей, включая почки и поджелудочную железу, а ЛДГ-5 особенно много в печени и скелетных мышцах.
И вот здесь начинается самое интересное.
Как по изоферментам можно обнаружить повреждение органов?
В норме лактатдегидрогеназа находится преимущественно внутри клеток. В крови тоже присутствует некоторое количество этого фермента, но при повреждении клеток его активность в сыворотке может значительно увеличиваться.
Допустим, у пациента повреждены клетки печени.
Часть внутриклеточных ферментов выходит в кровь, в том числе ЛДГ. Причем среди высвобождающихся форм будет относительно много ЛДГ-5, характерной для печеночной ткани.
А если повреждены кардиомиоциты?
В таком случае может увеличиваться активность ЛДГ-1.
Исследуя не только общую активность фермента, но и соотношение его изоферментов, можно получить дополнительные сведения о предполагаемом источнике повреждения.
Однако здесь есть важное ограничение. Ни один изофермент ЛДГ не является абсолютно специфичным для отдельного органа. Например, ЛДГ-1 содержится не только в сердце, но и в эритроцитах.
Поэтому повышение конкретного изофермента само по себе еще не позволяет поставить диагноз.
ЛДГ и инфаркт миокарда
Исторически одним из наиболее известных применений изоферментов ЛДГ была диагностика инфаркта миокарда.
В нормальной сыворотке крови активность ЛДГ-2 обычно превышает активность ЛДГ-1.
Однако при повреждении сердечной мышцы в кровь высвобождается дополнительное количество ЛДГ-1. В результате соотношение может измениться: активность ЛДГ-1 становится выше активности ЛДГ-2.
Такое явление получило название «переворот ЛДГ» (LDH flip).
Долгое время его использовали как один из лабораторных признаков инфаркта миокарда, особенно при позднем обращении пациента.
Но сегодня ситуация изменилась.
Для диагностики инфаркта применяют гораздо более чувствительные и специфичные маркеры повреждения миокарда, прежде всего сердечные тропонины.
Поэтому определение изоферментов ЛДГ практически утратило прежнее значение в диагностике инфаркта. Тем не менее этот пример до сих пор хорошо демонстрирует, как особенности строения ферментов могут использоваться в лабораторной медицине.
Где ЛДГ используется сегодня?
Несмотря на появление новых диагностических маркеров, лактатдегидрогеназа продолжает применяться в клинической практике.
Например, повышение общей активности ЛДГ может наблюдаться при гемолизе, когда происходит разрушение эритроцитов и высвобождение содержащихся в них ферментов.
В онкологии ЛДГ также используется как один из прогностических показателей при некоторых злокачественных заболеваниях, в частности лимфомах.
При этом повышенная активность ЛДГ не означает, что у пациента обязательно имеется опухоль или другое конкретное заболевание. Результат всегда оценивают совместно с клинической картиной и другими лабораторными показателями.
Кстати, есть и небольшая лабораторная ловушка: если эритроциты разрушились непосредственно при взятии или обработке крови, активность ЛДГ в образце может оказаться искусственно повышенной.
Получается, что даже неправильное обращение с пробиркой способно повлиять на результаты исследования!
Что в итоге?
Лактатдегидрогеназа прекрасно показывает, что ферменты могут отличаться не только своими функциями, но и особенностями молекулярного строения.
Пять изоферментов ЛДГ катализируют одну и ту же реакцию, однако отличаются составом субъединиц, свойствами и распределением по тканям организма.
Именно благодаря этим различиям изучение изоферментов стало одним из важных этапов развития лабораторной диагностики.
Хотите разобраться в изоферментах подробнее?
Лактатдегидрогеназа лишь один пример того, насколько разнообразными могут быть ферменты и механизмы их работы.
В курсе «Энзимология» проекта «Ядро человека» мы разбираем строение ферментов, особенности их функционирования, кинетику ферментативных реакций и способы регуляции активности.
Без бессмысленного заучивания определений и формул. Главное, понять, как все это действительно работает.