Significance of NADH-vanadate-oxidoreductase of cardiac and erythrocyte cell membranes

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Abstract
Vanadate(V), which has positive inotropic, natriuretic and vasoconstrictive effects, is taken up by cardiac cells and erythrocytes in large quantities. Most of the intracellular vanadium is shown to exist as protein-bound vanadyl(IV), however. Vanadate (VO3−) is a powerful inhibitor of the (Na++K+)-ATPase and the Ca++-ATPase, whereas it stimulates adenylate cyclase of cardiac tissue. Vnadyl (VO2+) has no or much less effects on these enzymes. Plasma membranes of cardiac tissue (cat, calf, human) as well as erythrocytes contain an enzyme that converts vanadate(V) to vanady(IV) in the presence of NADH but not NADPH. The optimal conditions for this NADH-vanadateoxidoreductase are: pH 6.8, 1 mM NADH, 1.5 mM Na3VO4. Mg++ inhibits the enzyme half-maximally at 3 mM, Ca++ stimulates at low and inhibits at high concentrations (half-maximally at 0.8 mM). The enzyme is supposed to be located at the inner side of the cell membrane. Vanadate has been proposed as an ideal regulator of active cation transport across the cell membrane. The finding of a NADH-vanadate-oxidoreductase converting vanadate into the rather inactive vanadyl further supports this hypothesis. The amount of vanadate at active sites of the target enzymes might be responsible for the known vanadate effects. Das Spurenelement Vanadium hat als Vanadat(V) positiv inotrope, natriuretische und vasokonstriktive Wirkung. Im Serum werden 0,1–8 μM Konzentrationen von Vanadat gemessen, innerhalb von Herzmuskelzellen und Erythrozyten liegt es in höherer Konzentration als proteingebundenes Vanadyl(IV) vor. Während Vanadat (VO 3 − ) die (Na++K+)-ATPase und Ca++-ATPase hemmt und die Adenylatzyklase des Herzens stimuliert, hat Vanadyl (VO2+) keine oder eine deutlich geringere Wirkung auf diese Enzyme. Herzmuskelzell- und Erythrozytenmembranen enthalten ein Enzym, welches unter NADH-Verbrauch Vanadat(V) in Vanadyl(IV) überführt. Die optimalen Bedingungen für diese NADH-Vanadat-Oxidoreduktase sind: pH 6,8, 1 mM NADH 1,5 mM Na3VO4. 3 mM Mg++ hemmen das Enzym halbmaximal, während Ca++ bis 0,1 mM stimulieren und bei höheren Konzentrationen hemmen (halbmaximal bei 0,8 mM). Die Lokalisation der NADH-Vanadatreduktase wird auf der Membraninnenseite angenommen. Vandat soll eine regulative Rolle beim aktiven Kationentransport der Zellmembran zukommen. Die Entdeckung eines Enzyms, welches das extrazelluläre Vanadat reversibel intrazellulär in das weitgehend inaktive Vanadyl überführt, deutet darauf hin, daß die Vanadatkonzentration an den für die Effekte verantwortlichen Enzymen selbst einer Regulation unterliegt, die von der intrazellulären NADH-, Mg++-oder Ca++-Konzentration oder dem pH abhängt.