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乳酸脱氢酶的结构功能
2023-7-27 阅读(898)
研究表明，L-乳酸脱氢酶（L-LDH）和L-苹果酸脱氢酶属于同一家族，而D-乳酸脱氢酶（D-LDH）属于D-2-羟酸脱氢酶家族。
D-乳酸脱氢酶
大多数D-乳酸脱氢酶催化是可逆反应，极少数不可逆；对于可逆的D-乳酸脱氢酶来说，只有环境中乳酸浓度较高时才催化逆反应，即催化乳酸合成丙酮酸，来参与细菌的代谢。
D-乳酸脱氢酶的一级结构比对表明，不同种属的D-乳酸脱氢酶的氨基酸序列存在较大的差异，但是参与丙酮酸的结合与催化的氨基酸残基却十分保守。Kochhar等的研究显示L.bulgaricus的D-乳酸脱氢酶是一个由相同亚基组成的二聚体，每个亚基由332个氨基酸残基组成，分子量为36.8 ku，经化学修饰发现位于催化中心的三个zu氨酸（His205、His296和His303）和Asp259对底物的催化具有十分重要的作用。Kochhar等还发现，His289也参与了底物结合，但His289不是D-2-羟基酸脱氢酶家族中保守的氨基酸残基。另外，通过对Cys残基的化学修饰发现Cys234可能参与底物结合和催化作用，这在L.helveticus的羟基丙酮酸还原酶中也能得以证实。研究还发现L.helveticus CNRZ32 的D-乳酸脱氢酶氨基酸序列和D-2-羟基酸脱氢酶家族的D-3-磷酸甘油酸脱氢酶、羟基丙酮酸还原酶和D-2-羟基己酸脱氢酶存在很高的同源性，这也暗示了该酶是D-2-羟基酸脱氢酶家族的一个成员。Razeto等对L.bulgaricus的D-乳酸脱氢酶构象进行了研究，结果发现L. bulgaricus的D-乳酸脱氢酶是一个由两个相同的亚基构成的不对称酶，A亚基的酶蛋白是典型的“开放"构象，而B亚基是典型的“闭合"构象。其中NADH的结合位点主要存在于B亚基中，而在A亚基中仅有30%，同时在底物结合口袋中有一个硫酸根离子。另外，该研究还建立了丙酮酸分子在活性位点的模型。在闭合域中，存在一簇疏水的氨基酸残基紧紧围绕着丙酮酸分子的甲基，在这个疏水氨基酸簇中至少有三个氨基酸残基（Tyr52、Phe299和Trp135’）决定底物的专一性。研究表明该底物结合位点有利于闭合域的稳定和酶的激活。
L-乳酸脱氢酶
大多数乳酸菌中不仅存在D-乳酸脱氢酶也存在L-乳酸脱氢酶，L-乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原生成L-乳酸。L-乳酸脱氢酶分为两型：一类可被FDP激活，属于别构酶；另一类不需要FDP激活，不具有别构效应。据Hiroyuki Uchikoba报道，L.pentosus的L-乳酸脱氢酶是一个非异构酶，但是它的氨基酸序列和一些细菌的别构LDH具有很高的相似性。该酶的四聚体由相同亚基组成对称的酶结构。它的活性构象和别构LDH的构象相似。
Kazuhito Arai等的研究表明，Lactobacillus的L-乳酸脱氢酶氨基酸序列中，Glu102、Asp197和Thr246是高度保守的，它们参与了底物的识别；另外，98-110氨基酸残基构成了活性位点环，它们参与催化反应。Arg171的胍基和丙酮酸的羰基形成双氢键，从而使丙酮酸在催化位点中处于正确的结合方向。研究表明，在L-乳酸脱氢酶的氨基酸序列中同样存在一个与辅酶NADH结合的结构域Gly-Xaa-Gly-Xaa-Xaa-Gly-（17Xaa）-Asp，其中该结构域中的Asp决定了L-乳酸脱氢酶的辅酶是NADH，而不是NADPH4]。L.pentosus中L-乳酸脱氢酶的活性位点和其他LDH相似，包括了参与催化与底物结合的保守氨基酸残基，如Aspl68、Argl71和Hisl955。其中，Argl71在底物的结合中起着重要作用；另外，Hisl95主要在催化过程中作为质子供体和受体。值得注意的是，虽然Bacillus 和Lactobacillus的L-乳酸脱氢酶在进化关系上存在很近的亲缘关系，但是活性位点环的氨基酸残基也存在差异，如101位Bacillus是Asn，而Lactobacillus是Pro。这表明L-乳酸脱氢酶是否来自好氧或厌氧的革兰氏阳性菌可以由这个位置的氨基酸残基是Asn101还是Pro101来识别。
