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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 CO2
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.
Molecola
del Mese - Indice completo
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