1895年,科学家发现来自不同生物物种、器官和组织的一些酶可以作用于相同的底物,催化相同的化学反应。
1959年从心肌细胞中分离纯化出两种乳酸脱氢酶,于是提出了同工酶的概念。
同工酶是指催化同一化学反应,但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫原性不同的一类酶。
在分布上,同工酶可以存在于同一种族或个体的不同组织中,甚至存在于同一细胞的不同细胞器中。
在结构上,同工酶的一级结构不同,但其活性中心的三维空结构相似,因此可以催化相同的化学反应。
到目前为止,已知的同工酶不下几十种,如乳糖激酶、乳酸脱氢酶等。其中,乳酸脱氢酶(LDH)是研究得最清楚的同工酶。
乳酸脱氢酶的组成、类型、分布及应用
乳酸脱氢酶(LDH)是一种聚合酶,在人类和脊椎动物组织中有四个亚单位。
LDH的亚单位有骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。两个亚基以不同的比例形成5种LDH形式,即LDH1(由4个心肌亚基组成)、LDH2(由3个心肌亚基和1个骨骼肌亚基组成)、LDH3(由2个心肌亚基和2个骨骼肌亚基组成)、LDH4(由1个心肌亚基和3个骨骼肌亚基组成)和LDH5(由4个骨骼肌亚基组成)
由于五种LDH中亚基的类型和比例不同,其理化性质也不同。如电泳,可以显示不同的浪涌能力。LDH1对正极的浪涌速度最快,LDH5最慢,其他介于两者之间,其次是LDH2、LDH3、LDH4。
从这张同工酶电泳图谱中,我们不仅可以看到不同类型乳酸脱氢酶的理化性质的差异,还可以看到不同类型乳酸脱氢酶在不同组织中的分布差异。心肌中LDH1和LDH2较多,骨骼肌和肝脏中以LDH5和LDH4为主。
分布的差异与乳酸在不同组织中利用的生理过程不同有关。LDH1和LDH2对乳酸有很大的亲和力,使乳酸脱氢氧化为丙酮酸,有利于心肌从乳酸氧化中获取能量。Lh4和LDH5对丙酮酸有很大的亲和力,有利于丙酮酸还原为乳酸,与骨骼肌在无氧糖酵解过程中获得能量的生理过程相兼容。
利用这种分布差异的特点,可以为临床疾病的诊断提供依据。
下图是人体各组织器官中LDH同工酶活性的比较。心肌中乳酸脱氢酶活性最高,为73。骨骼肌和肝脏的LDH5活性分别为79和56,也比较高。
当组织患病时,组织特异性的LDH同工酶可以释放到血液中,血清中的LDH增加,如心肌梗死患者血清中的LDH1和肝病患者血清中的LDH5。因此,临床上常采用血清同工酶分析来帮助诊断疾病。
从图中可以看出,心肌梗死患者的同工酶谱在LDH1附近有一个峰值,而肝病患者的同工酶谱在LDH5处有一个峰值。
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