苹果酸脱氢酶(MDH)属于氧化还原酶类,EC1.1.1.37。它催化苹果酸的氧化脱氢生成草酰乙酸的可逆反应。人体组织中的MDH有两种同工酶:线粒体内的m-MDH和细胞质中的c-MDH。m-MDH在线粒体内主要催化苹果酸脱氢(氧化),是三羧酸循环的重要组成部分,对营养物质的彻底氧化或相互转变起着重要作用;而c-MDH定位于胞液中,主要催化草酰乙酸加氢(还原)。这两种同工酶在心肌、骨骼肌和肾脏中的含量最为丰富。
应用苹果酸脱氢酶存在于所有生物体中,是糖代谢的关键酶之一。它能催化苹果酸与草酰乙酸之间的可逆转换,并在细胞的多种生理活动中发挥重要作用,包括线粒体的能量代谢以及植物的活性氧代谢等。MDH具有较高的理论研究和经济利用价值。
不同类型的同工酶参与不同的细胞代谢途径:胞质MDH(cyMDH)与丙酮酸羧化支路相关,涉及非自养性的二氧化碳固定;线粒体MDH(mitMDH)是三羧酸循环的关键酶,为能量供应;微体MDH与光呼吸或乙醛酸循环有关;叶绿体MDH主要参与光合作用中二氧化碳的固定。
在农业生产中,通过遗传工程改良植物,如在苜蓿中超量表达MDH基因,可以增强其对有机酸的吸收能力,从而提高适应酸性土壤和对抗铝毒的能力。此外,高表达MDH还能增加细胞渗透压,螯合部分离子,进而改善植物对盐分的耐受性。研究还提出利用嗜盐细菌MDH的转基因技术来提高农作物的耐盐性。
临床意义血清中的MDH活性升高通常与以下疾病相关:
肝病:在病毒性肝炎初期,患者血清总MDH和m-MDH水平会显著上升,且升幅与病情严重程度呈正比。当出现肝组织坏死时,c-MDH的升高更为明显,预示着不良的预后。原发性肝癌、肝转移癌及其它中毒性肝损伤也会导致血清MDH活性不同程度地升高。
急性心肌梗死:急性心肌梗死患者的血清MDH活性显著升高,可达到正常参考值上限的3倍以上。其峰值通常在发病后的24至48小时内出现,并在10至14天内恢复正常。因此,MDH与CK、LDH和AST联合检测有助于诊断心肌梗死。
其他疾病:包括肾脏疾病、类风湿性及风湿性疾病、创伤性休克以及血液系统疾病等,也可见血清MDH活性不同程度的升高。