LDH: FONCTIONS, DÉTERMINATION, RÉACTION, VALEURS NORMALES - LA BIOLOGIE - 2025

La lactate déshydrogénase, l'acide lactique déshydrogénase, la lactate déshydrogénase NAD-dépendante ou simplement la LDH est une enzyme appartenant au groupe des oxydoréductases est pratiquement présente dans tous les tissus animaux, végétaux et de nombreux micro-organismes tels que les bactéries, les levures et les archées.

Les enzymes de ce type sont désignées par le numéro EC 1.1.1.27 du Comité de nomenclature des enzymes et sont en charge de la réaction de conversion du lactate en pyruvate (par oxydation) et inversement (par réduction), oxydant ou réducteur de nicotinamide adénine dinucléotides (NAD + et NADH) dans le processus connu sous le nom de fermentation lactique.

Structure cristalline de la lactate déshydrogénase B (Source: Bcndoye via Wikimedia Commons)

Contrairement à la fermentation alcoolique, qui ne se produit que dans certains micro-organismes tels que la levure et utilise du pyruvate glycolytique pour la production d'éthanol, la fermentation lactique a lieu dans de nombreux organismes et tissus corporels de différents êtres vivants.

Cette enzyme importante pour le métabolisme cellulaire a été cristallisée à partir du muscle squelettique du rat dans les années 1940 et, à ce jour, les mieux caractérisées sont le muscle squelettique et le tissu cardiaque des mammifères.

Chez les animaux «supérieurs», l'enzyme utilise l'isomère L du lactate (L-lactate) pour la production de pyruvate, mais certains animaux et bactéries «inférieurs» produisent du D-lactate à partir du pyruvate obtenu par glycolyse.

La lactate déshydrogénase est généralement exprimée principalement dans les tissus ou les cellules dans des conditions anaérobies (avec un faible apport sanguin) qui, chez l'homme, par exemple, peuvent caractériser des conditions pathologiques telles que le cancer, le foie ou les maladies cardiaques.

Cependant, la conversion du pyruvate en lactate est typique des muscles à l'effort et de la cornée de l'œil, qui est mal oxygénée.

Caractéristiques

La lactate déshydrogénase remplit de multiples fonctions dans de nombreuses voies métaboliques. C'est le centre de l'équilibre délicat entre les voies cataboliques et anaboliques des glucides.

Pendant la glycolyse aérobie, le pyruvate (le dernier produit de la voie en soi) peut être utilisé comme substrat du complexe enzymatique pyruvate déshydrogénase, par lequel il est décarboxylé, libérant des molécules d'acétyl-CoA qui sont utilisées en aval, métaboliquement parlant, dans le Cycle de Krebs.

Dans la glycolyse anaérobie, au contraire, la dernière étape de la glycolyse produit du pyruvate, mais celui-ci est utilisé par la lactate déshydrogénase pour produire du lactate et du NAD ⁺, qui restaure le NAD ⁺ qui a été utilisé pendant la réaction catalysée par le glycéraldéhyde 3- phosphate déshydrogénase.

Comme lors de l'anaérobiose la principale source de production d'énergie sous forme d'ATP est la glycolyse, la lactate déshydrogénase joue un rôle fondamental dans la réoxydation du NADH produit dans les étapes précédentes de la voie glycolytique, essentielle au fonctionnement d'autres enzymes apparentées.

La lactate déshydrogénase est également impliquée dans la glycogenèse qui a lieu dans les tissus qui transforment le lactate en glycogène et, dans certains tissus aérobies tels que le cœur, le lactate est un carburant qui est réoxydé pour produire de l'énergie et une puissance réductrice sous forme d'ATP et NAD ⁺, respectivement.

Caractéristiques et structure

Il existe plusieurs formes moléculaires de lactate déshydrogénase dans la nature. Ce n'est que chez l'animal qu'il a été déterminé qu'il existe cinq activités lactate déshydrogénase, toutes tétramères et essentiellement composées de deux types de chaînes polypeptidiques appelées sous-unités H et M (qui peuvent être homo- ou hétérotétramères).

La forme H se trouve généralement dans le tissu cardiaque, tandis que la forme M a été détectée dans le muscle squelettique. Les deux chaînes diffèrent l'une de l'autre en termes d'abondance, de composition en acides aminés, de propriétés cinétiques et de propriétés structurelles.

Les formes H et M sont le produit traductionnel de différents gènes, éventuellement localisés sur différents chromosomes, et qui sont également sous le contrôle ou la régulation de différents gènes. La forme H est prédominante dans les tissus à métabolisme aérobie et la forme M dans les tissus anaérobies.

Un autre type de nomenclature utilise les lettres A, B et C pour les différents types d'enzymes chez les mammifères et les oiseaux. Ainsi, la lactate déshydrogénase musculaire est connue sous le nom de A ₄, cardiaque sous le nom de B ₄ et un troisième est appelé C ₄, qui est spécifique des testicules.

L'expression de ces isoenzymes est régulée à la fois dépendante du développement et dépendante des tissus.

L'enzyme a été isolée à partir de différentes sources animales et il a été déterminé que sa structure tétramère a un poids moléculaire moyen d'environ 140 kDa et que le site de liaison pour NADH ou NAD ⁺ consiste en une feuille pliée en β composée de six chaînes et 4 hélices alpha.

Détermination

Par spectrophotométrie

L'activité lactate déshydrogénase d'origine animale est déterminée par spectrophotométrie in vitro par des mesures de changement de couleur grâce au processus d'oxydoréduction qui a lieu lors de la réaction de conversion du pyruvate en lactate.

Les mesures sont effectuées à 340 nm avec un spectrophotomètre et la vitesse de diminution de la densité optique due à l'oxydation ou à la «disparition» du NADH, qui est converti en NAD ^{+, est déterminée}.

Autrement dit, la réaction déterminée est la suivante:

Pyruvate + NADH + H ⁺ → Lactate + NAD ⁺

La mesure enzymatique doit être réalisée dans des conditions optimales de pH et de concentration de substrats pour l'enzyme, afin qu'il n'y ait pas de risque de sous-estimation de la quantité présente dans les échantillons en raison d'un déficit de substrats ou en raison de conditions extrêmes d'acidité ou de basicité.

Par immunohistochimie

Une autre méthode, peut-être un peu plus moderne, pour déterminer la présence de lactate déshydrogénase a à voir avec l'utilisation d'outils immunologiques, c'est-à-dire avec l'utilisation d'anticorps.

Ces méthodes tirent parti de l'affinité entre la liaison d'un antigène avec un anticorps spécifiquement généré contre lui et sont très utiles pour la détermination rapide de la présence ou de l'absence d'enzymes telles que la LDH dans un tissu particulier.

Selon le but, les anticorps utilisés doivent être spécifiques pour la détection de l'une des isoenzymes ou de toute protéine à activité lactate déshydrogénase.

Pourquoi déterminer la lactate déshydrogénase?

La détermination de cette enzyme est effectuée à des fins différentes, mais principalement pour le diagnostic clinique de certaines conditions, y compris l'infarctus du myocarde et le cancer.

Au niveau cellulaire, la libération de lactate déshydrogénase a été considérée comme l'un des paramètres pour déterminer la survenue de processus nécrotiques ou apoptotiques, puisque la membrane plasmique devient perméable.

Les produits de la réaction qu'il catalyse peuvent également être déterminés dans un tissu afin de déterminer si un métabolisme anaérobie prédomine pour une raison particulière.

Réaction

Comme mentionné initialement, l'enzyme lactate déshydrogénase, dont le nom systématique est (S) -lactate: NAD ⁺ déshydrogénase, catalyse la conversion du lactate en pyruvate de manière dépendante du NAD ⁺, ou vice versa, qui se produit grâce au transfert d'un ion hydrure (H ^-) du pyruvate au lactate ou du NADH au pyruvate oxydé.

Schéma et mécanisme de réaction de la lactate déshydrogénase (Source: Jazzlw via Wikimedia Commons)

NAD ⁺ possède une unité ADP et un autre groupe nucléotidique dérivé de l'acide nicotinique, également appelé niacine ou vitamine B _3, et cette coenzyme participe à de multiples réactions de grande importance biologique.

Il est important de souligner que l'équilibre dans ladite réaction est déplacé vers le côté lactate et il a été montré que l'enzyme est également capable d'oxyder d'autres acides (S) -2-hydroxymonocarboxyliques et d'utiliser, bien que moins efficacement, le NADP ⁺ comme substrat.

En fonction de la région du corps considérée et, en même temps, de ses caractéristiques métaboliques en relation avec la présence ou l'absence d'oxygène, les tissus produisent différentes quantités de lactate, produit de la réaction catalysée par la LDH.

Si vous considérez, par exemple, un globule rouge (érythrocyte) dépourvu de mitochondries qui peut métaboliser le pyruvate produit lors de la glycolyse en CO ₂ et en eau, alors on pourrait dire que ce sont les principales cellules productrices de lactate dans le corps humain, car que tout le pyruvate est converti en lactate par la lactate déshydrogénase.

En revanche, si l'on considère les cellules hépatiques et les cellules musculaires squelettiques, elles sont responsables de la production d'une quantité minimale de lactate, car il est rapidement métabolisé.

Valeurs normales

La concentration de lactate déshydrogénase dans le sérum sanguin est le produit de l'expression de plusieurs isoenzymes dans le foie, le cœur, les muscles squelettiques, les érythrocytes et les tumeurs, entre autres.

Dans le sérum sanguin, les plages normales d'activité de la lactate déshydrogénase sont comprises entre 260 et 850 U / ml (unités par millilitre), avec une valeur moyenne de 470 ± 130 U / ml. Pendant ce temps, les hémolysats sanguins ont une activité LDH qui varie entre 16 000 et 67 000 U / ml, ce qui équivaut à une moyenne de 34 000 ± 12 000 U / ml.

Que signifie avoir un LDH élevé?

La quantification de la concentration de lactate déshydrogénase dans le sérum sanguin a une valeur importante dans le diagnostic de certaines maladies cardiaques, hépatiques, sanguines et même cancers.

Des niveaux élevés d'activité LDH ont été observés chez des patients souffrant d'infarctus du myocarde (à la fois expérimental et clinique), ainsi que chez des patients cancéreux, en particulier chez les femmes atteintes d'un cancer de l'endomètre, de l'ovaire, du sein et de l'utérus.

En fonction de l'isoenzyme particulière trouvée en "excès" ou en concentration élevée, la quantification des isoenzymes de lactate déshydrogénase est utilisée par de nombreux médecins traitants pour la détermination des lésions tissulaires (sévères ou chroniques).

Références

1. Bergmeyer, H., Bernt, E. et Hess, B. (1961). Déshydrogénase lactique. Méthodes d'analyse enzymatique. Verlag Chemie, GmbH.
2. Chung, F., Tsujubo, H., Bhattacharyya, U., Sharief, F., et Li, S. (1985). Organisation génomique du gène de la lactate déshydrogénase-A humaine. Biochemical Journal, 231, 537-541.
3. De Becker, D. (2003). Acidose lactique. Soins intensifs MEd, 29, 699–702.
4. Everse, J. et Kaplan, N. (1973). Lactate déshydrogénases: structure et fonction. In Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology (pp. 61–133).
5. Fox, SI (2006). Physiologie humaine (9e éd.). New York, États-Unis: McGraw-Hill Press.
6. Huijgen, H., Sanders, GTB, Koster, RW, Vreeken, J., et Bossuyt, PMM (1997). La valeur clinique de la lactate déshydrogénase dans le sérum: un examen quantitatif. Eur J Clin Chem Clin Biochem, 35 (8), 569-579.
7. Comité de nomenclature de l'Union internationale de biochimie et de biologie moléculaire (NC-IUBMB). (2019). Extrait de www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
8. Rawn, JD (1998). Biochimie. Burlington, Massachusetts: Éditeurs Neil Patterson.
9. Usategui-Gomez, M., Wicks, RW et Warshaw, M. (1979). Détermination immunochimique de l'isoenzyme cardiaque de la lactate déshydrogénase (LDH1) dans le sérum humain. Clin Chem, 25 (5), 729-734.
10. Wróblewski, F., et Ladue, JS (1955). Activité de la dégydrogénase lactique dans le sang. Biologie expérimentale et médecine, 90, 210–215.