La lactato deshidrogenasa ( LDH o LD ) es una enzima que se encuentra en casi todas las células vivas. La LDH cataliza la conversión de piruvato en lactato y viceversa, ya que convierte NAD + en NADH y viceversa. Una deshidrogenasa es una enzima que transfiere un hidruro de una molécula a otra.
La LDH existe en cuatro clases de enzimas distintas. Este artículo trata específicamente de la L -lactato deshidrogenasa dependiente de NAD(P) . Otras LDH actúan sobre el D -lactato y/o dependen del citocromo c : la D-lactato deshidrogenasa (citocromo) y la L-lactato deshidrogenasa (citocromo) .
La LDH se expresa ampliamente en los tejidos corporales, como las células sanguíneas y el músculo cardíaco. Debido a que se libera durante el daño tisular, es un marcador de lesiones y enfermedades comunes, como la insuficiencia cardíaca.
La lactato deshidrogenasa cataliza la interconversión de piruvato y lactato con interconversión concomitante de NADH y NAD + . Convierte el piruvato, el producto final de la glucólisis , en lactato cuando el oxígeno está ausente o escasea, y realiza la reacción inversa durante el ciclo de Cori en el hígado . A altas concentraciones de lactato, la enzima exhibe inhibición por retroalimentación y la tasa de conversión de piruvato en lactato disminuye. También cataliza la deshidrogenación de 2-hidroxibutirato , pero este es un sustrato mucho más pobre que el lactato.
La LDH en humanos utiliza His (193) como aceptor de protones y trabaja al unísono con los residuos de unión de la coenzima ( Arg 99 y Asn 138) y el sustrato (Arg106; Arg169; Thr 248). [1] [2] El sitio activo His(193), no solo se encuentra en la forma humana de LDH, sino que se encuentra en muchos animales diferentes, lo que muestra la evolución convergente de LDH. Las dos subunidades diferentes de LDH (LDHA, también conocida como la subunidad M de LDH, y LDHB, también conocida como la subunidad H de LDH) conservan el mismo sitio activo y los mismos aminoácidos que participan en la reacción. La diferencia notable entre las dos subunidades que componen la estructura terciaria de LDH es el reemplazo de alanina (en la cadena M) con una glutamina (en la cadena H). Se cree que este pequeño pero notable cambio es la razón por la que la subunidad H puede unirse al NAD más rápido, y la actividad catalítica de la subunidad M no se reduce en presencia de acetilpiridina adenina dinucleótido, mientras que la actividad de la subunidad H se reduce cinco veces. [3]
La lactato deshidrogenasa, activa enzimáticamente, consta de cuatro subunidades (tetrámeros). Las dos subunidades más comunes son los péptidos LDH-M y LDH-H, llamados así por su descubrimiento en el tejido muscular y cardíaco, y codificados por los genes LDHA y LDHB , respectivamente. Estas dos subunidades pueden formar cinco posibles tetrámeros (isoenzimas): LDH-1 (4H), LDH-5 (4M) y los tres tetrámeros mixtos (LDH-2/3H1M, LDH-3/2H2M, LDH-4/1H3M). Estas cinco isoformas son enzimáticamente similares, pero muestran una distribución tisular diferente.
La LDH-2 suele ser la forma predominante en el suero . Un nivel de LDH-1 superior al de LDH-2 (un "patrón invertido") sugiere un infarto de miocardio (el daño a los tejidos del corazón libera LDH cardíaca, que es rica en LDH-1, en el torrente sanguíneo). El uso de este fenómeno para diagnosticar el infarto ha sido reemplazado en gran medida por el uso de la medición de troponina I o T. [ cita requerida ]
Hay dos subunidades más de LDH de mamíferos que pueden incluirse en los tetrámeros de LDH: LDHC y LDHBx. LDHC es una proteína LDH específica de los testículos, que está codificada por el gen LDHC. LDHBx es una proteína LDH específica del peroxisoma . LDHBx es la forma de lectura continua de LDHB. LDHBx se genera por la traducción del ARNm de LDHB , pero el codón de terminación se interpreta como un codón de codificación de aminoácidos . En consecuencia, la traducción continúa hasta el siguiente codón de terminación. Esto conduce a la adición de siete residuos de aminoácidos a la proteína LDH-H normal. La extensión contiene una señal de orientación peroxisomal , de modo que LDHBx se importa al peroxisoma. [6]
La familia también contiene L-lactato deshidrogenasas que catalizan la conversión de piruvato a L-lactato , el último paso en la glucólisis anaeróbica. Malato deshidrogenasas que catalizan la interconversión de malato a oxaloacetato y participan en el ciclo del ácido cítrico, y L-2-hidroxiisocaproato deshidrogenasas también son miembros de la familia. El extremo N es un pliegue de unión de NAD de Rossmann y el extremo C es un pliegue alfa+beta inusual. [7] [8]
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Esta proteína puede utilizar el modelo de morfeína de regulación alostérica . [9]
El etanol se deshidrogena a acetaldehído por acción de la alcohol deshidrogenasa y, posteriormente, a acetil CoA por acción de la acetaldehído deshidrogenasa . Durante esta reacción se producen 2 NADH. Si hay grandes cantidades de etanol, se producen grandes cantidades de NADH, lo que conduce a un agotamiento de NAD + . Por lo tanto, la conversión de piruvato en lactato aumenta debido a la regeneración asociada de NAD + . Por lo tanto, en caso de intoxicación por etanol puede producirse acidosis metabólica por brecha aniónica ( acidosis láctica ) .
El aumento de la relación NADH/NAD+ también puede causar hipoglucemia en un individuo que (por lo demás) está en ayunas y ha estado bebiendo y depende de la gluconeogénesis para mantener los niveles de glucosa en sangre. La alanina y el lactato son los principales precursores gluconeogénicos que entran en la gluconeogénesis en forma de piruvato. La alta relación NADH/NAD+ desplaza el equilibrio de la lactato deshidrogenasa hacia el lactato, de modo que se puede formar menos piruvato y, por lo tanto, se altera la gluconeogénesis.
La LDH también está regulada por las concentraciones relativas de sus sustratos. La LDH se vuelve más activa en períodos de producción muscular extrema debido a un aumento de los sustratos para la reacción de la LDH. Cuando los músculos esqueléticos se ven obligados a producir altos niveles de potencia, la demanda de ATP en relación con el suministro de ATP aeróbico conduce a una acumulación de ADP, AMP y Pi libres. El flujo glucolítico posterior, específicamente la producción de piruvato, excede la capacidad de la piruvato deshidrogenasa y otras enzimas transportadoras para metabolizar el piruvato. El flujo a través de la LDH aumenta en respuesta al aumento de los niveles de piruvato y NADH para metabolizar el piruvato en lactato. [10]
La LDH sufre una regulación transcripcional por parte de PGC-1α. PGC-1α regula la LDH al disminuir la transcripción del ARNm de LDH A y la actividad enzimática de conversión de piruvato a lactato. [11]
Las subunidades M y H están codificadas por dos genes diferentes :
Se han vinculado mutaciones de la subunidad M a la rara enfermedad llamada mioglobinuria por esfuerzo (véase el artículo de OMIM), y se han descrito mutaciones de la subunidad H pero no parecen provocar la enfermedad.
En casos raros, una mutación en los genes que controlan la producción de lactato deshidrogenasa puede provocar una afección médica conocida como deficiencia de lactato deshidrogenasa. Según el gen que porta la mutación, se producirá uno de dos tipos: deficiencia de lactato deshidrogenasa A (también conocida como enfermedad de almacenamiento de glucógeno XI) o deficiencia de lactato deshidrogenasa B. Ambas afecciones afectan la forma en que el cuerpo descompone los azúcares, principalmente en ciertas células musculares. La deficiencia de lactato deshidrogenasa A es causada por una mutación en el gen LDHA , mientras que la deficiencia de lactato deshidrogenasa B es causada por una mutación en el gen LDHB . [12]
Esta condición se hereda con un patrón autosómico recesivo, lo que significa que ambos padres deben contribuir con un gen mutado para que esta condición se exprese. [13]
Una enzima lactato deshidrogenasa completa consta de cuatro subunidades proteicas . [14] Dado que las dos subunidades más comunes que se encuentran en la lactato deshidrogenasa están codificadas por los genes LDHA y LDHB , cualquier variación de esta enfermedad causa anomalías en muchas de las enzimas lactato deshidrogenasas que se encuentran en el cuerpo. En el caso de la deficiencia de lactato deshidrogenasa-A, las mutaciones en el gen LDHA dan como resultado la producción de una subunidad anormal de lactato deshidrogenasa-A que no puede unirse a las otras subunidades para formar la enzima completa . Esta falta de una subunidad funcional reduce la cantidad de enzima formada, lo que lleva a una disminución general de la actividad. Durante la fase anaeróbica de la glucólisis (el ciclo de Cori ), la enzima mutada no puede convertir el piruvato en lactato para producir la energía adicional que necesitan las células. Dado que esta subunidad tiene la concentración más alta en las enzimas LDH que se encuentran en los músculos esqueléticos (que son los músculos primarios responsables del movimiento), la actividad física de alta intensidad conducirá a una cantidad insuficiente de energía producida durante esta fase anaeróbica. [15] Esto a su vez hará que el tejido muscular se debilite y finalmente se descomponga, una condición conocida como rabdomiólisis . El proceso de rabdomiólisis también libera mioglobina en la sangre, que eventualmente terminará en la orina y hará que se vuelva roja o marrón: otra condición conocida como mioglobinuria . [16] Algunos otros síntomas comunes son la intolerancia al ejercicio, que consiste en fatiga, dolor muscular y calambres durante el ejercicio, y erupciones cutáneas. [17] [18] En casos graves, la mioglobinuria puede dañar los riñones y provocar una insuficiencia renal potencialmente mortal. [19] Para obtener un diagnóstico definitivo, se puede realizar una biopsia muscular para confirmar una actividad baja o ausente de LDH. Actualmente no existe un tratamiento específico para esta afección.
En el caso de la deficiencia de lactato deshidrogenasa-B, las mutaciones del gen LDHB dan como resultado la producción de una subunidad B de lactato deshidrogenasa anormal que no puede unirse a las otras subunidades para formar la enzima completa. Al igual que con la deficiencia de lactato deshidrogenasa-A, esta mutación reduce la eficacia general de la enzima. [20] Sin embargo, existen algunas diferencias importantes entre estos dos casos. La primera es el lugar donde se manifiesta la afección. Con la deficiencia de lactato deshidrogenasa-B, la mayor concentración de subunidades B se puede encontrar dentro del músculo cardíaco o el corazón. Dentro del corazón, la lactato deshidrogenasa cumple la función de convertir el lactato nuevamente en piruvato para que el piruvato pueda usarse nuevamente para crear más energía. [21] Con la enzima mutada, la tasa general de esta conversión disminuye. Sin embargo, a diferencia de la deficiencia de lactato deshidrogenasa-A, esta mutación no parece causar ningún síntoma o problema de salud relacionado con esta afección. [18] [22] En la actualidad, no está claro por qué ocurre esto. Los individuos afectados suelen descubrirse solo cuando los análisis de sangre de rutina indican niveles bajos de LDH en la sangre.
La aparición de acidosis durante períodos de ejercicio intenso se atribuye comúnmente a la acumulación de hidrógenos que se disocian del lactato. Anteriormente, se pensaba que el ácido láctico causaba fatiga. A partir de este razonamiento, se adoptó ampliamente la idea de que la producción de lactato es una causa primaria de la fatiga muscular durante el ejercicio. Un análisis más detallado y mecanicista de la producción de lactato en condiciones "anaeróbicas" muestra que no hay evidencia bioquímica de que la producción de lactato a través de LDH contribuya a la acidosis. Si bien la actividad de LDH está correlacionada con la fatiga muscular, [23] la producción de lactato por medio del complejo LDH funciona como un sistema para retrasar la aparición de la fatiga muscular. George Brooks y sus colegas de la Universidad de California en Berkeley, donde se descubrió el transbordador de lactato, demostraron que el lactato era en realidad un combustible metabólico, no un producto de desecho ni la causa de la fatiga.
La LDH actúa para prevenir el fallo muscular y la fatiga de múltiples maneras. La reacción de formación de lactato genera NAD+ citosólico, que alimenta la reacción de la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa para ayudar a mantener el potencial redox citosólico y promover el flujo de sustrato a través de la segunda fase de la glucólisis para promover la generación de ATP. Esto, en efecto, proporciona más energía a los músculos en contracción bajo cargas de trabajo pesadas. La producción y eliminación de lactato de la célula también expulsa un protón consumido en la reacción de LDH: la eliminación del exceso de protones producidos a raíz de esta reacción de fermentación sirve para actuar como un sistema amortiguador para la acidosis muscular. [ cita requerida ] Una vez que la acumulación de protones excede la tasa de captación en la producción y eliminación de lactato a través del simporte de LDH, [24] se produce la acidosis muscular.
En los análisis de sangre , un nivel elevado de lactato deshidrogenasa generalmente indica daño tisular, que tiene múltiples causas potenciales, lo que refleja su amplia distribución tisular:
Los niveles bajos y normales de LDH no suelen indicar ninguna patología. [28] Los niveles bajos pueden ser causados por una gran ingesta de vitamina C.
La LDH es una proteína que normalmente aparece en todo el cuerpo en pequeñas cantidades .
Muchos tipos de cáncer pueden elevar los niveles de LDH, por lo que la LDH puede utilizarse como marcador tumoral , pero al mismo tiempo, no es útil para identificar un tipo específico de cáncer. Medir los niveles de LDH puede ser útil para controlar el tratamiento del cáncer. Las afecciones no cancerosas que pueden elevar los niveles de LDH incluyen insuficiencia cardíaca, hipotiroidismo, anemia, preeclampsia, meningitis, encefalitis, pancreatitis aguda, VIH y enfermedad pulmonar o hepática. [30]
La degradación tisular libera LDH y, por lo tanto, la LDH se puede medir como un sustituto de la degradación tisular (p. ej., hemólisis ). La LDH se mide mediante la prueba de lactato deshidrogenasa (LDH) (también conocida como prueba de LDH o prueba de deshidrogenasa del ácido láctico). La comparación de los valores de LDH medidos con el rango normal ayuda a orientar el diagnóstico. [31]
En medicina , la LDH se utiliza a menudo como marcador de la degradación tisular, ya que la LDH es abundante en los glóbulos rojos y puede funcionar como marcador de hemólisis . Una muestra de sangre que se ha manipulado de forma incorrecta puede mostrar niveles altos de LDH que dan resultados falsos positivos debido al daño de los eritrocitos .
También se puede utilizar como marcador de infarto de miocardio . Tras un infarto de miocardio, los niveles de LDH alcanzan su pico máximo a los 3-4 días y permanecen elevados hasta 10 días. De esta forma, unos niveles elevados de LDH (donde el nivel de LDH1 es superior al de LDH2, es decir, el LDH Flip, ya que normalmente, en suero, LDH2 es superior a LDH1) pueden ser útiles para determinar si un paciente ha sufrido un infarto de miocardio si acude al médico varios días después de un episodio de dolor torácico.
Otros usos son la evaluación de la degradación tisular en general, lo que es posible cuando no hay otros indicadores de hemólisis . Se utiliza para el seguimiento de pacientes con cáncer (especialmente linfoma ), ya que las células cancerosas tienen una alta tasa de renovación y las células destruidas conducen a una actividad elevada de LDH.
La LDH se mide a menudo en pacientes con VIH como un marcador no específico de neumonía por Pneumocystis jirovecii (PCP). Un nivel elevado de LDH en el contexto de síntomas respiratorios superiores en un paciente con VIH sugiere PCP, pero no es diagnóstico de esta enfermedad. Sin embargo, en pacientes VIH positivos con síntomas respiratorios, un nivel muy alto de LDH (>600 UI/L) indicó histoplasmosis (9,33 veces más probable) en un estudio de 120 pacientes con PCP y 30 pacientes con histoplasmosis. [32]
La medición de LDH en el líquido aspirado de un derrame pleural (o derrame pericárdico ) puede ayudar a distinguir entre exudados (líquido secretado activamente, p. ej., debido a una inflamación ) o trasudados (líquido secretado pasivamente, debido a una alta presión hidrostática o una baja presión oncótica ). El criterio habitual (incluido en los criterios de Light ) es que una relación entre LDH pleural y LDH sérica mayor de 0,6 [33] o 2 ⁄ 3 del límite superior del valor normal de laboratorio para LDH sérica [34] indica un exudado, mientras que una relación menor indica un trasudado. Diferentes laboratorios tienen diferentes valores para el límite superior de LDH sérica, pero los ejemplos incluyen 200 [35] y 300 [35] UI /L. [36] En el empiema , los niveles de LDH, en general, superarán las 1000 UI/L.
Los niveles elevados de lactato deshidrogenasa en el líquido cefalorraquídeo se asocian a menudo con meningitis bacteriana . [37] En el caso de la meningitis viral , la LDH elevada, en general, indica la presencia de encefalitis y un mal pronóstico .
La LDH está involucrada en la iniciación y el metabolismo de los tumores. Las células cancerosas dependen de un aumento de la glucólisis que da como resultado un aumento de la producción de lactato además de la respiración aeróbica en las mitocondrias, incluso en condiciones de suficiente oxígeno (un proceso conocido como el efecto Warburg [38] ). Este estado de glucólisis fermentativa es catalizado por la forma A de la LDH. Este mecanismo permite que las células tumorales conviertan la mayoría de sus reservas de glucosa en lactato independientemente de la disponibilidad de oxígeno, cambiando el uso de los metabolitos de la glucosa de la simple producción de energía a la promoción del crecimiento y la replicación celular acelerados.
La LDH A y la posibilidad de inhibir su actividad se han identificado como un objetivo prometedor en los tratamientos contra el cáncer centrados en prevenir la proliferación de células cancerígenas. La inhibición química de la LDH A ha demostrado cambios marcados en los procesos metabólicos y la supervivencia general de las células de carcinoma. El oxamato es un inhibidor citosólico de la LDH A que disminuye significativamente la producción de ATP en las células tumorales, así como también aumenta la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Estas ROS impulsan la proliferación de células cancerosas al activar quinasas que impulsan los factores de crecimiento de la progresión del ciclo celular en concentraciones bajas, [39] pero pueden dañar el ADN a través del estrés oxidativo en concentraciones más altas. Los productos secundarios de oxidación de lípidos también pueden inactivar la LDH e impactar su capacidad para regenerar NADH, [40] alterando directamente la capacidad de las enzimas para convertir el lactato en piruvato.
Si bien estudios recientes han demostrado que la actividad de LDH no es necesariamente un indicador de riesgo metastásico, [41] la expresión de LDH puede actuar como un marcador general en el pronóstico de los cánceres. Se ha descubierto que la expresión de LDH5 y VEGF en tumores y el estroma es un factor pronóstico importante para los cánceres gástricos de tipo difuso o mixto. [42]
En la lactato deshidrogenasa procariota se encuentra un dominio de unión a la membrana que consiste en una gran lámina beta antiparalela de siete cadenas flanqueada a ambos lados por hélices alfa . Permite la asociación a la membrana . [43]
Medios relacionados con la lactato deshidrogenasa en Wikimedia Commons