Molecola del Mese
di David S. Goodsell
e di Mauro Tonellato
Lattato Deidrogenasi


Lattato Deidrogenasi

Molecola del Mese - giugno 2008

L'enzima lattato deidrogenasi è una valvola di sicurezza nella nostra linea di produzione di energia. Per la maggior parte del tempo le nostre cellule degradano completamente il glucosio trasformandone gli atomi di carbonio in anidride carbonica, CO2, e gli atomi di idrogeno in acqua, H2O.
Questo processo di ossidazione, però, richiede molto ossigeno, quindi, quando il suo apporto non è sufficiente, la linea di produzione dell'energia deve essere fermata alla fine della glicolisi (Molecola del Mese febbraio 2004). L'enzima lattato deidrogenasi è la via con la quale le cellule risolvono, almeno temporaneamente, questo problema.

Esercizi Aerobici

Quando facciamo un esercizio fisico aerobico il nostro respiro si fa più frequente, il cuore batte più velocemente e alle nostre cellule arriva una grande quantità di ossigeno. Questo viene utilizzato come ossidante per trasformare il glucosio in acqua e CO
2 con una sequenza di reazioni che è chiamata respirazione cellulare che serve a produrre energia sotto forma di ATP.

Quando, però, l'esercizio fisico è molto intenso, come nella corsa veloce, le cellule non hanno abbastanza ossigeno per produrre tutta l'energia che serve. In questo caso usano la glicolisi come fonte primaria di energia. Anche la glicolisi, però, è un processo ossidativo, in uno dei suoi passaggi un idrogeno è trasferito dal glucosio al NAD
+ per formare NADH. Normalmente questi atomi di idrogeno sono poi trasferiti all'ossigeno per formare acqua. Se, però, l'ossigeno non è disponibile, il NADH si accumula e quindi non c'è abbastanza NAD+ per continuare la glicolisi e produrre ATP.
A questo punto entra in azione l'enzima lattato deidrogenasi (LDH) che consente di ossidare il NADH a NAD
+ utilizzando come molecola ossidante, al posto dell'ossigeno, il prodotto stesso della glicolisi, l'acido piruvico, che viene ridotto ad acido lattico secondo la reazione:

Il NAD
+ diventa così ancora disponibile e può essere riutilizzato per continuare a svolgere la glicolisi e produrre l'energia necessaria per la corsa veloce.

Il prezzo da pagare per eseguire questa reazione è la formazione di acido lattico: nel giro di uno o due minuti la sua concentrazione nei muscoli è così alta che ci costringe a fermarci, ansimando, per recuperare. Il respiro affannoso serve per convertire l'acido lattico in acido piruvico e quindi in glucosio, in una serie di reazioni che avvengono nel fegato e richiedono ossigeno. Il glucosio torna poi alle cellule dove viene convertito in energia in modo aerobico.


Mescola e Accoppia

Le nostre cellule sintetizzano due tipi di lattato deidrogenasi: la forma M e la forma H (esiste anche una terza forma che viene prodotta solo nello sperma). Queste forme sono molto simili per dimensioni e struttura, ma hanno diverse proprietà catalitiche. La forma M, che è la più comune nei muscoli scheletrici, è la migliore per convertire il piruvato in lattato. E' sempre pronta ad entrare in funzione se il muscolo deve compiere lavoro anaerobico. La forma H, invece, è la migliore per realizzare la reazione opposta, cioè per convertire lattato in piruvato. E' la forma più comune nel cuore, che ha un costante apporto di ossigeno e quindi può usare l'acido lattico come fonte di energia aerobica. I due tipi hanno una struttura così simile che possono anche formare complessi misti, per esempio con due catene H e due catene M. In questo modo cellule diverse possono costruirsi dei complessi di lattato deidrogenasi su misura a seconda delle loro reali necessità. La molecola mostrata qui, dal file PDB 3ldh, è la forma con quattro catene M identiche.

 



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