Введение

Гексамерный фермент

Глютаматдегидрогеназа (GLDH, GDH) – это фермент, обнаруженный как у прокариот, так и в митохондриях эукариот. В указанной реакции также образуется аммиак, который у эукариот обычно перерабатывается в качестве субстрата в цикле мочевины. Как правило, реакция превращения α-кетоглутарата в глутамат не происходит у млекопитающих, поскольку равновесие глутаматдегидрогеназы смещено в сторону образования аммиака и α-кетоглутарата. Глютаматдегидрогеназа также обладает очень низким сродством к аммиаку (высокая константа Михаэлиса, около 1 мМ), поэтому для протекания обратной реакции (то есть превращения α-кетоглутарата и аммиака в глутамат и NAD(P)+) в организме должны присутствовать токсичные уровни аммиака. Однако в головном мозге соотношение NAD+/NADH в митохондриях способствует окислительному деаминированию (то есть превращению глутамата в α-кетоглутарат и аммиак). У бактерий аммиак ассимилируется в аминокислоты через глутамат и аминотрансферазы. У растений фермент может работать в обоих направлениях в зависимости от условий окружающей среды и стресса. Они обладают большей питательной ценностью. Этот фермент представляет собой ключевое звено между катаболическими и анаболическими путями и, следовательно, широко распространен у эукариот. У человека соответствующие гены называются GLUD1 (глютаматдегидрогеназа 1) и GLUD2 (глютаматдегидрогеназа 2), а также в геноме человека присутствует по крайней мере 8 псевдогенов GLDH, что, вероятно, отражает влияние микроорганизмов на эволюцию эукариот.

Клиническое применение

ГЛДГ можно измерить в медицинской лаборатории для оценки функции печени. Повышенные уровни ГЛДГ в сыворотке крови свидетельствуют о повреждении печени, и ГЛДГ играет важную роль в дифференциальной диагностике заболеваний печени, особенно в сочетании с аминотрансферазами. ГЛДГ локализуется в митохондриях, поэтому практически не высвобождается при генерализованных воспалительных заболеваниях печени, таких как вирусные гепатиты. Заболевания печени, при которых преобладающим процессом является некроз гепатоцитов, такие как токсическое поражение печени или гипоксическое заболевание печени, характеризуются высокими уровнями ГЛДГ в сыворотке крови. ГЛДГ важен для дифференциальной диагностики между острыми вирусными гепатитами и острыми токсическими некрозами печени или острыми гипоксическими заболеваниями печени, особенно в случаях повреждения печени с очень высоким уровнем аминотрансфераз. В клинических исследованиях ГЛДГ может использоваться для оценки безопасности лекарственного препарата. Энзимный иммуноанализ (ЭИА) для определения глутаматдегидрогеназы (ГДГ) может применяться в качестве скринингового теста для пациентов с инфекцией Clostridioides difficile. Фермент конститутивно экспрессируется большинством штаммов C. diff, и поэтому его можно легко обнаружить в кале. Диагноз обычно подтверждается последующим ЭИА на токсины C. Diff A и B.

Роль в потоке азота

Включение аммиака у животных и микроорганизмов происходит посредством глутаматдегидрогеназы и глутаминсинтетазы. Глютамат играет центральную роль в азотном обмене у млекопитающих и микроорганизмов, являясь как донором, так и акцептором азота.

Регулирование глутаматодегидрогеназы

У человека активность глутаматдегидрогеназы контролируется посредством ADP-рибозилирования, ковалентной модификации, осуществляемой геном sirt4. Эта регуляция ослабевает в ответ на ограничение калорий и низкий уровень глюкозы в крови. В этих условиях активность глутаматдегидрогеназы повышается для увеличения количества образующегося α-кетоглутарата, который может быть использован для получения энергии, участвуя в цикле лимонной кислоты и приводя к образованию АТФ. У микробов активность контролируется концентрацией аммония и/или иона рубидия сходного размера, который связывается с аллостерическим центром GLDH и изменяет Km (константу Михаэлиса) фермента. Регуляция GLDH посредством ADP-рибозилирования особенно важна в инсулин-продуцирующих β-клетках. Бета-клетки секретируют инсулин в ответ на увеличение соотношения АТФ/АДФ, и, поскольку аминокислоты расщепляются GLDH до α-кетоглутарата, это соотношение повышается, что приводит к увеличению секреции инсулина. SIRT4 необходим для регуляции метаболизма аминокислот как способа контроля секреции инсулина и регуляции уровня глюкозы в крови. Было обнаружено, что глутаматдегидрогеназа печени крупного рогатого скота регулируется нуклеотидами в конце 1950-х – начале 1960-х годов Карлом Фриденом. Помимо описания эффектов нуклеотидов, таких как АДФ, АТФ и ГТФ, он подробно описал различное кинетическое поведение НАДН и НАДФ. Таким образом, это был один из первых ферментов, продемонстрировавших то, что впоследствии было описано как аллостерическое поведение. Активация GDH у млекопитающих L-лейцином и некоторыми другими гидрофобными аминокислотами также давно известна, однако локализация сайта связывания оставалась неясной. Лишь недавно было идентифицировано новое аллостерическое связывающее место для L-лейцина в ферменте млекопитающих. Мутации, изменяющие аллостерический сайт связывания ГТФ, вызывают постоянную активацию глутаматдегидрогеназы и приводят к синдрому гиперинсулинизма и гипераммониемии.