Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Зимин Ю.В. 1 Соловьева А.Г. 1

---

1 ФГБУ «ННИИТО» Минздравсоцразвития России, Нижний Новгород

Цель исследования – изучение активности и кинетических свойств лактатдегидрогеназы и альдегиддегидрогеназы эритроцитов при термической травме. Отмечено, что при ожоге активность лактатдегидрогеназы статистически значимо увеличивается в 2 раза по сравнению со здоровыми людьми, активность альдегиддегидрогеназы снижается. Выявлено статистически значимое повышение максимальной скорости и каталитической эффективности лактатдегидрогеназы при термической травме. Каталитическая эффективность альдегиддегидрогеназы при ожоге существенно падает. Таким образом, исследуемые оксидоредуктазы взаимодействуют не только с мембраной эритроцитов, но и функционально связаны друг с другом единым для обеих реакций коферментом. Причем характер данного взаимодействия зависит от физико-химического состояния мембраны эритроцитов. Если целостность мембраны сохранена, то альдегиддегидрогеназа оказывает ингибирующее влияние на активность лактатдегидрогеназы. Если же мембрана эритроцитов повреждена, что имеет место в условиях окислительного стресса при термической травме, тогда лактатдегидрогеназа оказывает ингибирующее воздействие на альдегиддегидрогеназу.

Статья в формате PDF

262 KB

лактатдегидрогеназа

альдегиддегидрогеназа

мембранная регуляция

эритроциты

термическая травма

1. Азолов В.В., Жегалов В.А., Пономарева Н.А. Проблемы специализированной помощи обожженным в России и пути их решения // Международный медицинский журнал. – 2003. – Т. 9, № 2. – С. 102–107.

2. Зимин Ю.В. Системный кинетический анализ мультиэнзимных комплексов клетки // Рук. деп. в ВИНИТИ. – 1993. – № 1541, В 93. – 6 с.

3. Зимин Ю.В., Соловьева А.Г. Топохимия мембранной формы альдегиддегидрогеназы эритроцитов крови человека // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5. – С. 412–414.

4. Кершенгольц Б.М., Ильина Л.П. Биологические аспекты алкогольных патологий и наркоманий. – Якутск: Изд-во ЯГУ, 1998. – 150 с.

5. Кочетов Г.А. Практическое руководство по энзимологии. – М.: ВШ, 1980. – 272 с.

6. Макаренко Е.В. АТФазная активность эритроцитов при хронических заболеваниях печени и желудка // Лабораторное дело. – 1987. – № 2. – С. 14–17.

7. Campanella M.E., Chu H., Wandersee N.J., Peters L.L., Mohandas N., Gilligan D.M., Low P.S. Characterization of glycolytic enzyme interactions with murine erythrocyte membranes in wild-type and membrane protein knockout mice //

BLOOD. – 2008. – Vol. 112, № 9. – P. 3900–3906.

8. Campanella M.E., Chu H., Low P.S. Assembly and regulation of a glycolytic enzyme complex on the human erythrocyte membrane // PNAS. – 2005. Vol. 102, № 7. – P. 2402–2407.

9. Franco T., Low P.S. Erythrocyte adducin: A structural regulator of the red blood cell Membrane // Transfus Clin Biol. – 2010. – Vol. 17, № 3. – P. 87–94.

10. Hansell N.K., Pang D., Heath A.C., Martin N.G., Whitfield J.B. Erythrocyte aldehyde dehydrogenase activity: lack of association with alcohol use and dependence or alcohol reactions in Australian twins // Alcohol Alcohol. – 2005. – Vol. 40, № 5. – P. 343–348.

11. Olszewska M., Wiatrow J., Bober J., Stachowska E.F, Goіembiewska E., Jakubowska K., Staсczyk-Dunaj M., Pietrzak-Nowacka M. Oxidative stress modulates the organization of erythrocyte membrane cytoskeleton // Postepy Hig Med Dosw. – 2012. – № 66. –P. 534–542.

12. Yong Keun Park, Catherine A.B., Thorsten A., Nir S.G., Safran S.A., Popescu G., Suresh S., Feld M.S. Metabolic remodeling of the human red blood cell membrane // PNAS. – 2010. – Vol. 107, № 4. – P. 1289–1294.

Развитие медицинской энзимологии в XXI веке касается разработки нового направления супрамолекулярной регуляции свойств ферментов, связанных с мембранными структурами клеток [9, 12]. Данные исследования открывают широкие перспективы для создания новых эффективных надмолекулярных маркеров ранней диагностики различных патологических состояний человека. Характерно, что до сих пор, в силу экстремальных условий жизни человека в современном техногенном мире, актуальной остается проблема термических поражений [1]. Несомненно, что именно ранняя диагностика тяжести повреждения организма при ожоговой болезни позволит назначить своевременное лечение и провести эффективную профилактику возможных осложнений. Поэтому фундаментальные исследования в области медицинской энзимологии всецело направлены на выявление новых энзиматических маркеров диагностики тяжести патологического процесса при ожоговой болезни у человека.

Среди всего разнообразия различных ферментов, в частности эритроцитов, обращают на себя внимание два: лактатдегидрогеназа (ЛДГ), как один из основных ферментов гликолиза, и альдегиддегидрогеназа (АлДГ) - фермент биотрансформации ксенобиотиков альдегидной природы. Оба фермента взаимодействуют с мембраной эритроцитов, что позволяет рассматривать возможность их мембранной регуляции при различных состояниях организма, в частности при термическом поражении [7, 8].

Целью настоящего исследования явилось изучение активности и кинетических свойств ЛДГ и АлДГ мембран эритроцитов при термической травме у человека.

Материал и методы исследования

Исследования проводили на практически здоровых людях (n = 15) и пациентах с термической травмой (n = 15; площадь поражения - 20 % поверхности тела, тяжесть - III А, Б степень). Кровь брали из локтевой вены, стабилизировали ее 4 %-м раствором цитрата натрия (в соотношении 9:1) с соблюдением всех необходимых правил в условиях медицинского стационара. Активность ЛДГ (с использованием в качестве субстрата молочной кислоты) и АлДГ (с использованием в качестве субстрата ацетальдегида) определяли в «тенях» эритроцитов [4, 5]. Для получения «теней» эритроциты осаждали (800 g; 10 мин), промывали 5-кратным объемом 0,15 М NaCl с 10 мМ трис-HCl (pH 7,4), гемолизировали, через 30 мин центрифугировали (16000g; 10 мин) [6]. Также определялись следующие кинетические показатели ферментов: Kt, Vmax и Ka [2], где Kt - интегративный показатель сродства фермента к субстратам реакции (мин); Vmax - максимальная скорость реакции фермента (мкмоль/мин); Ka (Vmax/Kt) - коэффициент каталитической эффективности ферментативной реакции (мкмоль/мин2). Статистический анализ результатов исследований выполнен с использованием программы Statistica 6.

Проведенные исследования показали, что у здоровых людей в мембранах эритроцитов активность альдегиддегидрогеназы преобладает по сравнению с активностью лактатдегидрогеназы в 1,5 раза. Однако при термической травме имеет место противоположная картина, когда активность ЛДГ в «тенях» эритроцитов превышает активность альдегиддегидрогеназы в 2,7 раз (табл. 1). Отмечено, что при ожоге активность лактатдегидрогеназы статистически значимо увеличивается в 2 раза по сравнению со здоровыми людьми, активность альдегиддегидрогеназы снижается в 2 раза.

Таблица 1

Активность ферментов (нмоль НАДН/минЧбелка) в «тенях» эритроцитов при термической травме

Примечание: * - различия статистически значимы по сравнению со здоровыми людьми.

Для того чтобы представить возможный молекулярный механизм данных перестроек в активности ферментов, были изучены их кинетические характеристики. При рассмотрении кинетических показателей обращает на себя внимание то, что при термической травме сродство ЛДГ к субстратам реакции практически не изменяется, статистически значимо увеличивается только максимальная скорость реакции в 1,8 раза. Каталитическая эффективность фермента повышается (табл. 2).

Кинетические свойства ферментов в «тенях» эритроцитов при термической травме

Примечание: * - различия статистически значимы по сравнению со здоровыми людьми.

Для АлДГ при термической травме характерно, с одной стороны, увеличение сродства к субстратам реакции по сравнению со здоровыми людьми (Kt, статистически значимо снижается в 2,5 раза). С другой стороны, Vmax ферментативной реакции альдегиддегидрогеназы существенно падает в 4,4 раза. Закономерно, что каталитическая эффективность данного фермента при термической травме уменьшается в 1,5 раза по сравнению со здоровыми людьми (табл. 2).

Основываясь на данных литературы и ранее проведенных исследованиях, на первый план выходит объяснение полученных результатов с позиции регуляторного влияния мембраны на свойства ферментов эритроцитов [3, 10].

Предполагается, что АлДГ и ЛДГ оказывают влияние друг на друга при взаимодействии с мембраной эритроцита, которое можно выявить при рассмотрении кинетического взаимодействия ферментов. Видимо, в эритроцитах здоровых людей альдегиддегидрогеназа выступает в роли ингибитора ЛДГ по бесконкурентному кинетическому механизму. При этом мембрана эритроцитов играет роль основного регулятора функционального взаимодействия ферментов друг с другом. При термической травме картина изменяется. В данном случае ЛДГ оказывает псевдоингибирующее воздействие на АлДГ эритроцитарной мембраны.

Таким образом, на основании проведенных кинетических исследований можно заключить, что ЛДГ и АлДГ эритроцитов взаимодействуют не только с мембраной эритроцитов, но и функционально связаны друг с другом единым для обеих реакций коферментом никотинамидадениндинуклеотидом (НАД). Причем характер данного взаимодействия зависит от физико-химического состояния мембраны эритроцитов. Если целостность мембраны сохранена, то АлДГ оказывает ингибирующее влияние на активность лактатдегидрогеназы. Если же мембрана эритроцитов повреждена, что имеет место в условиях окислительного стресса при термической травме, изменяются ее физико-химические свойства [11]. В результате такой перестройки мембраны характер функционального взаимодействия ферментов друг с другом нарушается. В итоге ЛДГ оказывает ингибирующее воздействие на АлДГ в поврежденных мембранах эритроцитов. Несомненно, что это только одно из множества возможных объяснений полученных результатов. Дальнейшие исследования прольют свет на особенности мембранной регуляции ферментов клеток не только в условиях физиологической нормы, но и при патологии, в частности термической травме.

Рецензенты:

Корягин А.С., д.б.н., профессор кафедры физиологии и биохимии человека и животных ГОУ ВПО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского», г. Нижний Новгород;

Веселов А.П., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой биохимии и физиологии растений, декан биологического факультета ГОУ ВПО «ННГУ им. Н.И.Лобачевского», г. Нижний Новгород.

Работа поступила в редакцию 09.11.2012.

Библиографическая ссылка