Malate et lactate déshydrogénases
La malate déshydrogénase catalyse l'interconversion (réaction équilibrée) du malate et de l'oxaloacéate liée à l'oxydoréductiin du couple NAD/NADH. La lactate déshydrogénase réalise la même réaction mais avec le couple pyruvate/lactate.
La MDH est multimérique (di ou tetra mère), sans coopérativité entre les sous-unités. Chez les eucaryotes il en existe deux formes: cytoplasmique et mitochondriale et/ou chloroplastique. Les MDH ne sont pas soumises à des régulations, sauf la forme mitochondriale qui possède un site de fixation pour le citrate.
Il existe peu d'identité entre toutes les MDH, avec des divergences encore plus grandes entre les formes cytoplasmiques et les formes mitochondriales et chloroplastiques. Il en est de même pour les LDH. Quelques rares résidus se retrouvent toutefois à des endroits stratégiques dans toutes les séquences: D34, R81, R87, D150, R153, H177 (avec les numéros de la séquence de la MDH d'E.coli donnée ci-dessous).
----1----------11---------21---------31---------41---------51
--1 MKVAVLGAAG GIGQALALLL KTQLPSGSEL SLYDIAPVTP GVAVDLSHIP TAVKIKGFSG 60
-61 EDATPALEGA DVVLISAGVA RKPGMDRSDL FNVNAGIVKN LVQQVAKTCP KACIGIITNP 120
121 VNTTVAIAAE VLKKAGVYDK NKLFGVTTLD IIRSNTFVAE LKGKQPGEVE VPVIGGHSGV 180
181 TILPLLSQVP GVSFTEQEVA DLTKRIQNAG TEVVEAKAGG GSATLSMGQA AARFGLSLVR 240
241 ALQGEQGVVE CAYVEGDGQY ARFFSQPLLL GKNGVEERKS IGTLSAFEQN ALEGMLDTLK 300
301 KDIALGEEFV NK
Par contre l'analogie de structure de toutes les MDH et LDH est frappante. La partie (1-148) qui fixe le NAD possède l'architecture attendue du type sandwich aba avec un feuillet b parallèle (pli de Rossmann).
L'autre partie (150-312), fixant le substrat a une architecture plus originale.
Pour la MDH, la catalyse met en oeuvre le transfert d'hydrure direct du NADH au carbonyle de l'oxaloacétate, donnant ainsi un intermédiaire où ce carbonyle se polarise en CO-. La charge moins est alors stabilisée par le cycle imidazole protoné de H177 (un transfert de charge apparaît ici aussi, dû à l'interaction de H177 avec D150) et par la charge positive de R87. Par ailleurs les deux groupes carboxyliques du substrat (ou du produit) sont stabilisés par des interactions avec R153 et R81. Enfin les deux OH du ribose lié à l'adénine du NAD intéragissent fortement avec le groupe carboxylique de D34.
Pour la LDH, le mécanisme est identique, sauf sur la complexation du deuxième groupe carboxylique, qui est absent dans le pyruvate et le lactate.
Le mécanisme de cette réaction à 2 substrats est du type ordonné presque total, après les études de cinétique enzymatique classique.
Avec les indices a, b, p et q représentant respectivement NAD+, malate, oxaloacétate et NADH les auteurs (Arch.Bioch.Biophys, (1983) 225, 621-629) trouvent les résultats suivants en mM (qui ne respectent pas strictement les critères théoriques) :
Ka= 17 Kia= 3,7
Kb= 51 Kib= 68
Kp= 770 Kip= 10.700
Kq= 42 Kiq= 500
NAD se fixe en premier, le malate (lactate) en second, tandis que le NADH se libère après l'oxaloacétate (pyruvate) .Il faut bien entendu inverser le sens si la réaction -réversible- se déroule dans l'autre sens). On voit bien que le NADH se fixe avec une meilleure affinité sur l'enzyme libre (Kia= 3,7) que sur le complexe MDH-malate (Ka= 17).
Ceci signifie que la protéine change de conformation après la fixation de NAD, afin d'augmenter l'affinité du malate (lactate) ou de l'oxaloacétate (pyruvate) pour son site de fixation. C'est ce que l'on observe sur les figures suivantes, dans lesquelles une boucle et son environnement changent de conformation entre la forme apo à gauche et la forme holo (en présence de NADH -en CPK- et de substrat - en vert) à droite. La boucle, proéminente dans la forme apo, se referme sur le substrat et l'extrémité nicotinamide du NAD.
Visualisation 
avec Chemscape Chime
Pour en savoir plus :
- C.R.Goward et D.J.Nicholls, (1994) Protein Science 3, 1883-1888.
- A.D.M.Chapman, A.Cortès, T.R.Dafforn, A.R.Clarke et R.L.Brady (1999) J.Mol.Biol. 285, 703-712.
