**Malat dehidrogenase** ( EC 1.1.1.37 ) ( **MDH** ) ialah enzim yang memangkinkan tindak balas berbalik pengoksidaan malat kepada oksaloasetat menggunakan penurunan NAD+ kepada NADH. Tindak balas ini adalah sebahagian daripada banyak laluan metabolik, termasuk kitaran asid sitrik. Dehidrogenase malat lain yang mempunyai nombor EC lain dan memangkinkan tindak balas lain yang mengoksidakan malat, mempunyai nama yang layak seperti malat dehidrogenase (NADP+).

Isozim
------

Beberapa isozim malat dehidrogenase wujud. Terdapat dua isoform utama dalam sel eukariotik.  Satu ditemui dalam matriks mitokondria, mengambil bahagian sebagai enzim utama dalam kitaran asid sitrik yang memangkinkan pengoksidaan malat. Satu jenis lain ditemui dalam sitoplasma, dan membantu dalam pengulang-alik malat-aspartat dengan menukar molekul setara penurunan supaya malat boleh melalui membran mitokondria untuk diubah menjadi oksaloasetat bagi proses sel selanjutnya.

Manusia dan kebanyakan mamalia lain mengekspresikan dua malat dehidrogenase berikut:

Keluarga protein
----------------

 Struktur kristal 3-D bagi kawasan gelung mudah alih dalam malat dehidrogenase dalam konformasi tertutup dan terbuka. Konformasi tertutup MDH ditunjukkan dalam warna merah jambu (ditunjukkan oleh anak panah merah jambu), manakala konformasi terbuka ditunjukkan dalam sian (ditunjukkan oleh anak panah sian).
Keluarga dehidrogenase malat mengandungi L-laktat dehidrogenase dan L-2-hidroksiisokaproat dehidrogenase. L-laktat dehidrogenase memangkinkan penukaran L-laktat kepada piruvat, langkah terakhir dalam glikolisis anaerob. Terminal N ialah lipatan pengikat Rossmann NAD dan terminal C ialah lipatan alfa+beta yang luar biasa.

Evolusi dan struktur
--------------------

Dalam kebanyakan organisma, malat dehidrogenase wujud sebagai molekul homodimer, dan berkait rapat dengan laktat dehidrogenase (LDH) berdasarkan struktur. Ia merupakan molekul protein yang besar dengan subunit dengan berat antara 30 dan 35 kDa. Berdasarkan jujukan asid amino, nampaknya MDH telah mencapah kepada dua kumpulan filogenetik utama yang hampir menyerupai sama ada isozim mitokondria atau isozim sitoplasma/kloroplas. Oleh kerana identiti jujukan dehidrogenase malat dalam mitokondria lebih berkait rapat dengan nenek moyang prokariotnya berbanding dengan isozim sitoplasma, teori bahawa mitokondria dan kloroplas telah dibangunkan melalui endosimbiosis adalah munasabah. Urutan asid amino MDH arkea lebih serupa dengan LDH berbanding MDH organisma lain. Ini menunjukkan bahawa terdapat kemungkinan hubungan evolusi antara laktat dan malat dehidrogenase.

Setiap subunit dimer malat dehidrogenase mempunyai dua domain berbeza yang berbeza dalam struktur dan fungsi. Struktur helaian β selari membentuk domain pengikatan NAD+, manakala empat helaian β dan satu heliks α terdiri daripada tapak pengikatan NAD+ pusat. Subunit disatukan melalui ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik yang meluas.

Malat dehidrogenase juga telah ditunjukkan mempunyai kawasan gelung mudah alih yang memainkan peranan penting dalam aktiviti pemangkin enzim. Kajian telah menunjukkan bahawa perubahan konformasi rantau gelung ini daripada konformasi terbuka kepada konformasi tertutup selepas pengikatan substrat meningkatkan pemangkinan MDH melalui perisai substrat dan asid amino pemangkin daripada pelarut. Kajian juga telah menunjukkan bahawa kawasan gelung ini sangat terpelihara dalam malat dehidrogenase.

Mekanisme
---------

 Tapak aktif dehidrogenase malat
Tapak aktif malat dehidrogenase ialah rongga hidrofobik dalam kompleks protein yang mempunyai tapak pengikatan khusus untuk substrat dan koenzimnya, NAD+. Dalam keadaan aktifnya, MDH mengalami perubahan konformasi yang menutup substrat untuk meminimumkan pendedahan pelarut, dan meletakkan sisa-sisa utama dalam jarak yang lebih dekat dengan substrat. Tiga sisa khususnya yang terdiri daripada triad pemangkin ialah histidina (His-195), aspartat (Asp-168), kedua-duanya berfungsi bersama sebagai sistem pemindahan proton, dan arginina (Arg-102, Arg-109, Arg-171) yang melindungi substrat. 

Secara mekanikal, malat dehidrogenase memangkinkan pengoksidaan kumpulan hidroksil malat menggunakan NAD+ sebagai penerima elektron. Langkah pengoksidaan ini menghasilkan penyingkiran proton dan ion hidrida daripada substrat. NAD+ menerima ion hidrida (khususnya, ion hidrida dipindahkan ke gelang nikotinamida NAD+) dan diturunkan kepada NADH, dan secara serentak, sisa His-195 pada enzim menerima proton. Sisa His-195 bercas positif, yang terlibat dalam pemangkinan bes substrat, distabilkan oleh residu Asp-168 bercas negatif bersebelahan. Penstabilan elektrostatik ini membantu memudahkan pemindahan proton. Arg-102, Arg-109 dan Arg-171 (yang terproton lalu bercas positif) mengambil bahagian dalam pemangkinan elektrostatik, dan membantu mengikat karboksilat bercas negatif pada substrat. Selain itu, residu arginina di enzim memberikan kekhususan substrat tambahan dan mengikat melalui ikatan hidrogen antara rantai sisi guanidinium residu asid amino arginina dan karboksilat substrat.

Kajian juga telah mengenal pasti gelung mudah alih dalam malat dehidrogenase yang mengambil bahagian dalam aktiviti pemangkin enzim. Gelung mengalami perubahan konformasi untuk melindungi substrat dan asid amino pemangkin daripada pelarut sebagai tindak balas kepada pengikatan kompleks dehidrogenase malat: koenzim kepada substrat. Pembalikan gelung ke kedudukan atas untuk menutup tapak aktif juga menggalakkan penguatan interaksi sisa-sisa amino pemangkinan penting terhadap substrat. Selain itu, pergerakan gelung telah ditunjukkan berkait dengan langkah penentu kadar enzim.

Fungsi
------

### Reaksi

 Tindak balas am menunjukkan pengoksidaan malat dehidrogenase bermangkin melalui penurunan NAD+.
Dehidrogenase malat memangkinkan pertukaran malat kepada oksaloasetat. Dalam kitaran asid sitrik, malat dehidrogenase bertanggungjawab untuk memangkinkan penjanaan semula oksaloasetat. Tindak balas ini berlaku melalui pengoksidaan kumpulan hidroksil pada malat dan pengurangan NAD+. Mekanisme pemindahan ion hidrida kepada NAD+ dijalankan dalam mekanisme yang serupa yang dilihat dalam laktat dehidrogenase dan alkohol dehidrogenase. ΔG'° malat dehidrogenase ialah +29.7 kJ/mol dan ΔG (dalam sel) ialah 0 kJ/mol.

### Laluan lain

Malat dehidrogenase juga terlibat dalam glukoneogenesis, sintesis glukosa daripada molekul yang lebih kecil. Piruvat dalam mitokondria bertindak oleh piruvat karboksilase untuk membentuk oksaloasetat, perantaraan kitaran asid sitrik. Untuk mengeluarkan oksaloasetat daripada mitokondria, dehidrogenase malat mengurangkannya menjadi malat, dan kemudian melintasi membran mitokondria dalam. Sekali dalam sitosol, malat dioksidakan kembali kepada oksaloasetat oleh dehidrogenase malat sitosolik. Akhirnya, fosfoenolpiruvat karboksikinase (PEPCK) menukarkan oksaloasetat kepada fosfoenolpiruvate (PEP).

### Kinetik

Kajian kinetik menunjukkan bahawa aktiviti enzimatik dehidrogenase malat adalah teratur. Kofaktor NAD+/NADH terikat terhadap enzim sebelum substrat. Nilai Km untuk malat, iaitu, kepekatan di mana aktiviti enzim separuh maksimum, ialah 2 mM. Nilai Kcat ialah 259.2 s−1.

Kesan pH
--------

Di samping itu, tahap pH mengawal kekhususan pengikatan substrat oleh malat dehidrogenase akibat pemindahan proton dalam mekanisme pemangkin. Bahagian histidina dengan nilai pK 7.5 telah dicadangkan memainkan peranan dalam kebergantungan pH enzim. Kajian telah menunjukkan bahawa pengikatan enol membentuk oksaloasetat dengan malat dehidrogenase: kompleks NADH terbentuk dengan lebih cepat dalam pH yang lebih tinggi. Selain itu, pengikatan L-malat kepada malat dehidrogenase digalakkan dalam keadaan beralkali. Akibatnya, bentuk malat dehidrogenase yang tidak terproton lebih cenderung mengikat kepada L-malat dan bentuk enol oksaloasetat. Sebaliknya, D-malat, hidroksimalonat, dan bentuk keto oksaloasetat telah didapati mengikat secara eksklusif kepada bentuk enzim terproton. Khususnya, apabila histidina terproton, sisa His boleh membentuk ikatan hidrogen dengan oksigen karbonil substrat, mengalihkan ketumpatan elektron daripada oksigen, menjadikannya lebih mudah terdedah kepada serangan nukleofilik oleh hidrida. Ini menggalakkan pengikatan malat dehidrogenase kepada substrat ini. Akibatnya, dalam nilai pH yang lebih rendah, malat dehidrogenase lebih cenderung mengikat kepada D-malat, hidroksimalonat dan keto-oksaloasetat.

Kawal atur alosterik
--------------------

Oleh kerana dehidrogenase malat berkait rapat dengan kitaran asid sitrik, cadangan kajian dan eksperimen telah menunjukkan bahawa sitrat ialah kawal atur alosterik malat dehidrogenase, bergantung kepada kepekatan L-malat dan NAD+. Ini mungkin disebabkan oleh pesongan yang diperhatikan dalam kelakuan kinetik malat dehidrogenase dalam kepekatan oksaloasetat dan L-malat yang tinggi. Eksperimen telah menunjukkan bahawa sitrat boleh mengaktifkan dan menghalang aktiviti enzim dehidrogenase. Sitrat telah ditunjukkan untuk menghalang pengoksidaan L-malat apabila L-malat dan NAD+ berada dalam tahap rendah. Walau bagaimanapun, dengan kehadiran tahap malat dan NAD + yang tinggi, sitrat boleh merangsang pengeluaran oksaloasetat. Walaupun malat dehidrogenase biasanya dianggap sebagai enzim berbalik, dipercayai bahawa terdapat tapak kawal atur alosterik pada enzim di mana sitrat boleh mengikat dan memacu keseimbangan tindak balas dalam kedua-dua arah.

Glutamat juga telah diperhatikan menghalang aktiviti dehidrogenase malat. Tambahan pula, telah ditunjukkan bahawa alfa-ketoglutarat dehidrogenase boleh berinteraksi dengan mitokondria aspartat aminotransferase untuk membentuk kompleks yang kemudiannya boleh mengikat kepada malat dehidrogenase, membentuk kompleks ternari yang membalikkan tindakan perencatan pada aktiviti enzim malat dehidrogenase oleh glutamat. Selain itu, pembentukan kompleks ini membolehkan glutamat bertindak balas dengan aminotransferase tanpa mengganggu aktiviti malat dehidrogenase. Pembentukan kompleks ternari ini juga memudahkan pembebasan oksaloasetat daripada malat dehidrogenase kepada aminotransferase. Secara kinetik, pengikatan malat dehidrogenase kepada kompleks duaan alfa-ketoglutarat dehidrogenase dan aminotransferase telah ditunjukkan meningkatkan kadar tindak balas malat dehidrogenase kerana Km malat dehidrogenase berkurangan apabila ia terikat sebagai sebahagian daripada kompleks ini.

Rujukan
-------

1. 1 2  "Malate dehydrogenases--structure and function". *General Physiology and Biophysics*. **21** (3): 257–65. September 2002. PMID 12537350.
2. ↑  "Malate dehydrogenase: distribution, function and properties". *General Physiology and Biophysics*. **17** (3): 193–210. September 1998. PMID 9834842.
3. ↑  "Structural basis of substrate specificity in malate dehydrogenases: crystal structure of a ternary complex of porcine cytoplasmic malate dehydrogenase, alpha-ketomalonate and tetrahydoNAD". *Journal of Molecular Biology*. **285** (2): 703–12. January 1999. doi:10.1006/jmbi.1998.2357. PMID 10075524.
4. ↑  "Molecular evolution within the L-malate and L-lactate dehydrogenase super-family". *Journal of Molecular Evolution*. **54** (6): 825–40. June 2002. Bibcode:2002JMolE..54..825M. doi:10.1007/s00239-001-0088-8. PMID 12029364.
5. ↑  Banaszak LJ, Bradshaw RA (1975). "Malate dehydrogenase". Dalam Boyer PD (penyunting). *The Enzymes*. **11** (ed. 3rd). New York: Academic Press. m/s. 369–396.
6. 1 2 3  "Malate dehydrogenase: a model for structure, evolution, and catalysis". *Protein Science*. **3** (10): 1883–8. October 1994. doi:10.1002/pro.5560031027. PMC 2142602. PMID 7849603.
7. ↑  "Evolutionary relationships among the malate dehydrogenases". *Trends in Biochemical Sciences*. **13** (5): 178–81. May 1988. doi:10.1016/0968-0004(88)90146-6. PMID 3076279.
8. ↑  "Cloning, sequencing, and expression in Escherichia coli of the gene coding for malate dehydrogenase of the extremely halophilic archaebacterium Haloarcula marismortui". *Biochemistry*. **32** (16): 4308–13. April 1993. doi:10.1021/bi00067a020. PMID 8476859.
9. ↑  "Crystal structure of Escherichia coli malate dehydrogenase. A complex of the apoenzyme and citrate at 1.87 A resolution". *Journal of Molecular Biology*. **226** (3): 867–82. August 1992. doi:10.1016/0022-2836(92)90637-Y. PMID 1507230.
10. ↑  "Dehydrogenation through the looking-glass". *Nature Structural Biology*. **1** (5): 281–2. May 1994. doi:10.1038/nsb0594-281. PMID 7664032.
11. 1 2  Voet D, Voet JG, Pratt CW (2015). *Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level* (ed. 4th). Hoboken, NJ: Wiley. m/s. 574–5. ISBN 978-0-470-54784-7.
12. 1 2  "Studies on the mechanism of the malate dehydrogenase reaction" (PDF). *The Journal of Biological Chemistry*. **253** (24): 8702–7. December 1978. doi:10.1016/S0021-9258(17)34234-5. PMID 31361.
13. ↑  "The use of genetically engineered tryptophan to identify the movement of a domain of B. stearothermophilus lactate dehydrogenase with the process which limits the steady-state turnover of the enzyme". *Biochemical and Biophysical Research Communications*. **150** (2): 752–9. January 1988. doi:10.1016/0006-291X(88)90455-X. PMID 3422557.
14. ↑  "Degradation of the gluconeogenic enzymes fructose-1,6-bisphosphatase and malate dehydrogenase is mediated by distinct proteolytic pathways and signaling events". *The Journal of Biological Chemistry*. **279** (47): 49138–50. November 2004. doi:10.1074/jbc.M404544200. PMID 15358789.
15. ↑  "Mitochondrial malate dehydrogenase and malic enzyme: Mendelian inherited electrophoretic variants in the mouse". *Biochemical Genetics*. **4** (6): 707–18. December 1970. doi:10.1007/BF00486384. PMID 5496232.
16. ↑  "Subunit interactions in mitochondrial malate dehydrogenase. Kinetics and mechanism of reassociation". *The Journal of Biological Chemistry*. **256** (5): 2377–82. March 1981. doi:10.1016/S0021-9258(19)69790-5. PMID 7462244.
17. ↑  "Determination of the catalytic mechanism for mitochondrial malate dehydrogenase". *Biophysical Journal*. **108** (2): 408–19. January 2015. doi:10.1016/j.bpj.2014.11.3467. PMC 4302198. PMID 25606688.
18. ↑  "Malate dehydrogenase of the cytosol. A kinetic investigation of the reaction mechanism and a comparison with lactate dehydrogenase". *The Biochemical Journal*. **175** (3): 987–98. December 1978. doi:10.1042/bj1750987. PMC 1186162. PMID 217361.
19. ↑  "Kinetic studies of the regulation of mitochondrial malate dehydrogenase by citrate". *The Biochemical Journal*. 283 ( Pt 1) (Pt 1): 289–97. April 1992. doi:10.1042/bj2830289. PMC 1131027. PMID 1567375.
20. ↑  "Regulation of malate dehydrogenase activity by glutamate, citrate, alpha-ketoglutarate, and multienzyme interaction" (PDF). *The Journal of Biological Chemistry*. **263** (22): 10687–97. August 1988. doi:10.1016/S0021-9258(18)38026-8. PMID 2899080.

Pautan luar
-----------

* Malate+dehydrogenase dalam Tajuk Subjek Perubatan (MeSH) di Perpustakaan Perubatan Negara AS

| * l
* b
* s
Oksidoreduktase: oksidoreduktase alkohol (EC 1.1) |
| --- |
| 1.1.1: NAD/NADP sebagai penerima | 
* 3-hidroksiasil-CoA dehidrogenase
* 3-hidroksibutiril-CoA dehidrogenase
* Alkohol dehidrogenase
* Aldo-keto reduktase
	+ 1A1
	+ 1B1
	+ 1B10
	+ 1C1
	+ 1C3
	+ 1C4
	+ 7A2
* Aldosa reduktase
* Beta-Ketoasil ACP reduktase
* Dehidrogenase karbohidrat
* Karnitina dehidrogenase
* D-malat dehidrogenase (penyahkarboksilan)
* DXP reduktoisomerase
* Glukosa-6-fosfat dehidrogenase
* Gliserol-3-fosfat dehidrogenase
* HMG-CoA reduktase
* IMP dehidrogenase
* Isositrat dehidrogenase
* Laktat dehidrogenase
* L-treonina dehidrogenase
* L-xilulosa reduktase
* Malat dehidrogenase
* Malat dehidrogenase (penyahkarboksilan)
* Malat dehidrogenase (NADP+)
* Malat dehidrogenase (penyahkarboksilan oksaloasetat)
* Malat dehidrogenase (penyahkarboksilan oksaloasetat) (NADP+)
* Fosfoglukonat dehidrogenase
* Sorbitol dehidrogenase

* *Hidroksisteroid dehidrogenase:* 3β
	+ 3β-HSD
	+ NSDHL
* 11β
	+ 11β-HSD1
	+ 11β-HSD2
* 17β

 |
| 1.1.2: sitokrom sebagai penerima | 
* D-laktat dehidrogenase (sitokrom)
* D-laktat dehidrogenase (sitokrom c-553)
* Manitol dehidrogenase (sitokrom)

 |
| 1.1.3: oksigen sebagai penerima | 
* Glukosa oksidase
* L-gulonolalton oksidase
* Xantina oksidase
* Alkohol oksidase

 |
| 1.1.4: disulfida sebagai penerima | 
* Vitamin K epoksida reduktase
* Vitamin-K-epoksida reduktase (tidak sensitif warfarin)

 |
| 1.1.5: kuinon/penerima serupa | 
* Malat dehidrogenase (kuinon)
* Kuinoprotein glukose dehidrogenase

 |
| 1.1.99: penerima lain | 
* Kolina dehidrogenase
* L2HGDH

 |

| * l
* b
* s
Metabolisme: enzim kitaran Krebs |
| --- |
| Kitaran | 
* Sitrat sintase
* Akonitase
* Isositrat dehidrogenase
* Oksoglutarat dehidrogenase
* Suksinil KoA sintetase

* Suksinat dehidrogenase (SDHA)
* Fumarase
* Malat dehidrogenase dan ETC

 |
| Anaplerotik | 

|  |  |
| --- | --- |
| menjadi asetil-KoA | 
* Kompleks piruvat dehidrogenase (E1, E2, E3)

* (dikawal atur oleh Piruvat dehidrogenase kinase dan Piruvat dehidrogenase fosfatase)

 |
| menjadi asid α-ketoglutarik | 
* Glutamat dehidrogenase

 |
| menjadi suksinil-KoA | 
* Metilmalonil-KoA mutase

 |
| menjadi asid oksaloasetik | 
* Piruvat karboksilase
* Aspartat transaminase

 |

 |
| Mitokondriarantaian pengangkutan elektron/pemfosforilan oksidatif | 

|  |  |
| --- | --- |
| Utama | 
* Kompleks I/NADH dehidrogenase
* Kompleks II/Suksinat dehidrogenase
* Koenzim Q10 (CoQ10)
* Kompleks III/Koenzim Q - sitokrom c reduktase
* Sitokrom c
* Kompleks IV/Sitokrom c oksidase

* Sintesis **koenzim Q10**: COQ2
* COQ3
* COQ4
* COQ5
* COQ6
* COQ7
* COQ9
* COQ10A
* COQ10B
* PDSS1
* PDSS2

 |
| Lain-lain | 
* Oksidase alternatif
* Dehidrogenase flavoprotein penghantar elektron

 |

 |

| * l
* b
* s
Protein mitokondrion |
| --- |
| Membran luar | 

|  |  |
| --- | --- |
| *penguraian asid lemak* | 
* Karnitina palmitoiltransferase I
* Ligase asid lemak rantai panjang-KoA

 |
| *metabolisme triptofan* | 
* Kinureninase

 |
| *metabolismeneurotransmiter monoamine* | 
* Monoamina oksidase

 |

 |
| Ruang antara membran | 
* Adenilat kinase
* Kreatina kinase

 |
| Membran dalam | 

|  |  |
| --- | --- |
| *pemfosforilan oksidaan* | 
* Koenzim Q-sitokrom c reduktase
* Sitokrom c
* NADH dehidrogenase
* Suksinat dehidrogenase

 |
| *metabolisme pirimidina* | 
* Dihidroorotat dehidrogenase

 |
| *pengulangalikan mitokondrion* | 
* Pengulang-alik malat-aspartat
* Pengulang-alik gliserol fosfat

 |
| *steroidogenesis* | 
* Enzim pemutus rantai sisi kolesterol
* Steroid 11-beta-hidroksilase
* Aldosteron sintase

 |
| *lain-lain* | 
* Pengangkut glutamat aspartat
* Gliserol-3-fosfat dehidrogenase
* ATP sintase
* Karnitina palmitoiltransferase II
* Protein penyahganding

 |

 |
| Matriks | 

|  |  |
| --- | --- |
| *kitaran asid sitrik* | 
* Sitrat sintase
* Akonitase
* Isositrat dehidrogenase
* Kompleks oksoglutarat dehidrogenase
* Suksinil koenzim A sintetase
* Fumarase
* Malat dehidrogenase

 |
| *tindak balas anaplerotik* | 
* Aspartat transaminase
* Glutamat dehidrogenase
* Kompleks piruvat dehidrogenase

 |
| *kitaran urea* | 
* Karbamoil fosfat sintetase I
* Ornitina transkarbamilase
* N-Asetylglutamat sintase

 |
| *metabolisme alkohol* | 
* ALDH2

 |
| 
* PMPCB

 |

 |
| Lain-lain/akan dikelaskan | 

|  |
| --- |
| 
* Frataksin
* Protein pengangkut membran mitokondrion
	+ Liang peralihan ketelapan mitokondrion
	+ Pembawa mitokondrion
* Protein translokasi

 |

 |
| DNA mitokondrion | 

|  |  |
| --- | --- |
| Kompleks I | 
* MT-ND1
* MT-ND2
* MT-ND3
* MT-ND4
* MT-ND4L
* MT-ND5
* MT-ND6

 |
| Kompleks III | 
* MT-CYB

 |
| Kompleks IV | 
* MT-CO1
* MT-CO2
* MT-CO3

 |
| ATP sintase | 
* MT-ATP6
* MT-ATP8

 |
| tRNA | 
* MT-TA
* MT-TC
* MT-TD
* MT-TE
* MT-TF
* MT-TG
* MT-TH
* MT-TI
* MT-TK
* MT-TL1
* MT-TL2
* MT-TM
* MT-TN
* MT-TP
* MT-TQ
* MT-TR
* MT-TS1
* MT-TS2
* MT-TT
* MT-TV
* MT-TW
* MT-TY

 |

 |
| *lihat juga Penyakit mitokondrion* |