1.3. Множественные формы ферментов.

Некоторые ферменты существуют в различных формах, катализирующих одну и ту же реакцию с принципиально одинаковым механизмом, но отличаются друг от друга кинетическими параметрами, условиями активации, особенностями связи апофермента и кофермента. Индивидуальные формы ферментов часто являются характеристикой опре­деленной ткани и, имея сходную каталитическую активность, часто отличаются по первичной структуре белковой молекулы, и, соответственно, по физико-химическим свойствам, которые можно измерить (напри­мер, по термостабильности, чувствительности к ингибиторам или разности в заряде белковых молекул изоферментов). На различиях в физико-химических свойствах основаны методы определения изоферментов (электрофорез, хроматография).

Впервые номенклатура множественных форм ферментов предложена Международным биохимическим союзом в 1964 году. Используемые в настоящее время рекомендации по номенклатуре, охватывающие все множественные формы ферментов, были приняты в 1971 году. В соответствии с рекомендациями Международного биохимического союза термин «множественные формы ферментов» необходимо применять как широкий термин для обозначения всех белков, катализирующих одну и ту же реакцию. Термин «изоферменты» (isoenzyme" или "isozyme") следует применять только к тем множественным формам ферментов, которые имеют генетически обусловленные различия в первичной структуре и не являются модификацией данной первичной структуры. Классы множественных форм ферментов представлены в табл.5.

Таблица 5

Множественные формы ферментов

(Рекомендации UPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature

CBN, 1976 )

Причины множественности	Примеры
Генетически независимые белки *	Малатдегидрогеназа в митохондриях и цитозоле
Гетерополимеры (гибриды)	Гибридные формы лактатдегидрогеназы
Генетические варианты (аллоферменты) *	Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы
Коньюгированные или вырезанные белки А. белки коньюгированные с другими группами Б. белки, полученные из одной полипептидной цепи	Фосфорилаза b, гликогенсинтаза a Семейство химотрипсинов полученных их гипотрипсиногена
Полимеры единственной субъединицы	Глутаматдегидрогеназа с ММ 1000000000 или 250000
Конформационно различные формы	Все аллостерические модификации ферментов

Примечание: * - Данный класс входит в категорию изоферментов.

В отечественной литературе к изоферментам помимо генетически независимых белков и аллоферментов относят гетерополимеры (гибриды), а также мутантные формы ферментов, образующиеся в результате мутации гена.

Лактатдегидрогеназа

Фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) катализирует обратимую реакцию окисления лактата (молочной кислоты) до пирувата (пировиноградной кислоты). Лактатдегидрогеназа представляет собой олигомерный белок с молекулярной массой 134 000 Д, состоящий из 4 субъединиц двух типов: М (от англ., muscle - мышца) и Н (от англ., heart – сердце). Комбинация этих субъединиц лежит в основе формирования 5 изоферментов лактатдегидрогеназы:

Изофермент	ЛДГ1	ЛДГ2	ЛДГ3	ЛДГ4	ЛДГ5
Субъединицы	НННН	НННМ	ННММ	НМММ	ММММ

Несмотря на то, что по общему количеству ЛДГ разные органы и ткани мало отличают­ся друг от друга, изоферментный состав ЛДГ в разных тканях будет различаться довольно значительно (Рис.6). В тканях с преимущественно аэробным обменом веществ (сердце, мозг, почки) наибольшей активностью обладают ЛДГ₁ и ЛДГ₂. В тканях с выраженным анаэробным обменом (печень, скелетные мышцы) преобладают ЛДГ₄ и ЛДГ₅. Однако существуют и исключения – в эритроцитах, тромбоцитах и клетках хрусталика, несмотря на выраженный анаэробный обмен, наибольшую активность имеют фракции ЛДГ₁ и ЛДГ₂.

Таблица 6

Относительная активность изоферментов лактатдегидрогеназы

в различных тканях (Сарири Р., Гафури Х., 2008)

Тип ткани	Изоферментная активность (%)
	ЛДГ1	ЛДГ2	ЛДГ3	ЛДГ4	ЛДГ5
Сердце	60	30	5	3	2
Почки	28	34	21	11	6
Мозг	28	32	19	16	5
Печень	0,2	0,8	1	4	94
Скелетные мышцы	3	4	8	9	76
Лёгкие	10	18	28	23	21
Селезёнка	5	15	31	18	18

Следовательно, при наличии каких-либо патологических изменений, например, при повреждениях некротического характера, в крови будет увеличиваться та мо­лекулярная форма, которая характерна для данного органа. Так, например, при инфаркте миокарда в крови повышается активность ЛДГ₁ и ЛДГ₂, а при остром гепатите - ЛДГ₄ и ЛДГ₅. Изоформы ЛДГ отличаются электрофоретической подвижностью, что позволяет устанавливать тканевую принадлежность изоферментов ЛДГ. Повышение общей активности фермента наблюдают при острых поражениях сердца, печени, почек, а также при мегалобластных и гемолитических анемиях. Однако это указывает на повреждение лишь одной из перечисленных тканей. Для постановки диагноза необходимо исследование изоформ ЛДГ в плазме крови методом электрофореза.