METALLOPROTEINAZE: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE IN VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

V metaloproteinaz ali metaloproteaze so encimi, ki razgradijo proteine in zahtevajo prisotnost kovinskega atoma, da imajo aktivnost. Izvršni del vseh dejavnosti, ki jih izvaja celica, so encimi.

Čeprav imajo številni proteini strukturno vlogo, ima veliko, če ne celo večina, katalitično aktivnost. Skupina teh encimov je odgovorna za razgradnjo drugih beljakovin.

Struktura metaloproteina MMP2. Posneto in urejeno iz Emwa, iz Wikimedia Commons.

Skupno se ti encimi imenujejo proteinaze ali proteaze. Skupino proteaz, za katere je potreben kovinski atom, imenujemo metaloproteinaze.

Lastnosti

Proteaze na splošno izpolnjujejo pomembno in številne skupine nalog v celici. Najbolj globalna naloga vseh je omogočiti promet beljakovin v celici.

To pomeni, da odstranite stare beljakovine in omogočite njihovo nadomestitev z novimi beljakovinami. Med procesom prevajanja se novi proteini sintetizirajo novo na ribosomih.

Najpomembnejša vloga zlasti metaloproteinaz je uravnavanje obnašanja celice. To doseže ta posebna skupina proteaz z nadzorom prisotnosti in časa prisotnosti transkripcijskih regulatorjev, odzivnih mediatorjev, receptorjev, strukturnih membranskih proteinov in notranjih organelov itd.

Proteaze, vključno s metaloproteinazami, se glede na način razgradnje razvrstijo v endoproteaze (metaloendoproteaze) ali eksoproteaze (metaloeksoproteaze).

Prejšnji razgradijo beljakovine z enega konca proteina (tj. Amino ali karboksil). Po drugi strani endoproteaze beljakovine režejo z določeno specifičnostjo.

Splošne značilnosti metaloproteinaz

Metaloproteinaze so morda najbolj raznolika skupina proteaz od šestih, ki obstajajo. Proteaze so razvrščene glede na njihov katalitični mehanizem. Te skupine so proteaze cisteina, serina, treonina, asparaginske kisline, glutaminske kisline in metaloproteinaze.

Vse metaloproteinaze potrebujejo kovinski atom, da opravijo svoj katalitični rez. Kovine, ki so prisotne v metaloproteinazah, vključujejo predvsem cink, druge metaloproteinaze pa uporabljajo kobalt.

Da bi lahko opravljal svojo funkcijo, mora biti kovinski atom usklajen s proteini. To poteka prek štirih kontaktnih točk.

Trije od njih uporabljajo eno od napolnjenih aminokislin histidin, lizin, arginin, glutamat ali aspartat. Četrto koordinacijsko točko naredi molekula vode.

Razvrstitev

Mednarodna zveza za biokemijo in molekularno biologijo je vzpostavila klasifikacijski sistem za encime. V tem sistemu so encimi prepoznani po črkah EC in sistemu kodiranja štirih števil.

Prvo številko identificira encime glede na njihov mehanizem delovanja in jih razdeli na šest velikih razredov. Druga številka jih loči glede na podlago, na kateri delujejo. Drugi dve številki imata še bolj natančne delitve.

Ker metaloproteinaze katalizirajo reakcije hidrolize, jih po tem klasifikacijskem sistemu identificiramo s številko EC4. Poleg tega spadajo v podrazred 4, v katerem so vse hidrolaze, ki delujejo na peptidne vezi.

Metalloproteinaze, tako kot ostale proteinaze, lahko razvrstimo glede na mesto polipeptidne verige, ki jo napadajo.

-Metaloproteinaze eksopeptidaze

Delujejo na peptidne vezi terminalnih aminokislin polipeptidne verige. Sem so vključene vse metaloproteinaze, ki imajo dva katalitična kovinska iona in nekatere z enim kovinskim ionom.

-Metaloproteinaze endopeptidaze

Delujejo na katero koli peptidno vez znotraj polipeptidne verige, kar ima za posledico dve molekulski polipeptidi z nižjo molekulsko maso.

Številne metaloproteinaze z enim katalitičnim kovinskim ionom delujejo na ta način. Sem spadajo matrične metaloproteinaze in ADAM proteini.

Matrične metaloproteinaze (MMP)

So encimi, ki lahko delujejo katalitično na nekatere komponente zunajceličnega matriksa. Zunajcelični matriks je nabor vseh snovi in ​​materialov, ki so del tkiva in se nahajajo na zunanji strani celic.

So velika skupina encimov, ki so prisotni v fizioloških procesih in sodelujejo pri morfoloških in funkcionalnih spremembah mnogih tkiv.

Na primer v skeletnih mišicah igrajo zelo pomembno vlogo pri nastajanju, preoblikovanju in regeneraciji mišičnega tkiva. Delujejo tudi na različne vrste kolagena, ki so prisotni v zunajceličnem matriksu.

Kolagenaze (MMP-1, MMP-8, MMP-13, MMP-18)

Hidrolitični encimi, ki delujejo na kolagen tipa I, II in III, ki ga najdemo med celicami. Proizvod katabolizma teh snovi dobimo denaturiran kolagen ali želatino.

Pri vretenčarjih ta encim proizvajajo različne celice, na primer fibroblasti in makrofagi, pa tudi epitelne celice. Delujejo lahko tudi na druge molekule zunajceličnega matriksa.

Želatinaze (MMP-2, MMP-9)

Pomagajo pri postopku katabolizma kolagena tipa I, II in III. Delujejo tudi na denaturirani kolagen ali želatino, pridobljeno po delovanju kolagenaz.

Stromalizin (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Delujejo na kolagene tipa IV in druge molekule zunajceličnega matriksa, povezane s kolagenom. Njegova aktivnost na želatini je omejena.

Stromalisin Zgradba metaloproteinaze matriksa MMP3. Posneto in urejeno iz Emwa, iz Wikimedia Commons.

Matrilisini (MMP-7, MMP-26)

To so del kletnih membran. Sodelujejo pri proteolitičnih aktivnostih drugih metaloproteinaz v matriksu.

Neprilysin

Neprilysin je matrična metaloproteinaza, ki ima cink kot katalizatorski ion. Odgovoren je za hidrolizo peptidov na amino-terminalnem hidrofobnem ostanku.

Ta encim najdemo v številnih organih, vključno z ledvicami, možgani, pljuči, žilnimi gladkimi mišicami, pa tudi v endotelijskih, srčnih, krvnih, maščobnih celicah in fibroblastih.

Neprilysin je nujen za presnovno razgradnjo vazoaktivnih peptidov. Nekateri od teh peptidov delujejo kot vazodilatatorji, drugi pa imajo vazokonstriktorne učinke.

Inhibicija neprisilina v povezavi z inhibicijo angiotenzinskega receptorja je postala zelo obetavna alternativna terapija pri zdravljenju bolnikov s srčnim popuščanjem.

Druge matrične metaloproteinaze

Obstaja nekaj metaloproteinaz, ki ne sodijo v nobeno od zgornjih kategorij. Primer njih imamo MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 in MMP-28.

-ADAM Beljakovine

ADAM-ji (A Disintegrin in Metalloprotease) so skupina metaloproteinaz, znana kot metaloproteaze - dezintegrini.

Sem spadajo encimi, ki režejo ali odstranijo dele beljakovin, ki jih celična membrana izloči iz celice.

Nekateri ADAM-ji, zlasti pri ljudeh, nimajo funkcionalne domene proteaz. Njegove glavne funkcije vključujejo delovanje na spermatogenezo in zlivanje sperme-jajčne celice. So pomemben sestavni del strupa mnogih kač.

Druge funkcije in spremembe

Spremembe beljakovin

Metaloproteinaze lahko sodelujejo pri spreminjanju (zorenju) nekaterih beljakovin v posttralacijskih postopkih.

To se lahko zgodi sočasno s sintezo ciljne beljakovine ali po njej ali na končnem mestu, kjer prebiva, da bi izvajal svojo funkcijo. To na splošno dosežemo s cepitvijo omejenega števila aminokislinskih ostankov iz ciljne molekule.

V obsežnejših reakcijah cepitve se lahko ciljni proteini popolnoma razgradijo.

Učinki na zdravje

Vsaka sprememba v delovanju metaloproteinaz ima lahko neželene učinke na zdravje ljudi. Poleg tega nekateri drugi patološki procesi na nek način vključujejo udeležbo te pomembne skupine encimov.

Matrična metaloproteinaza 2 ima na primer pomembno vlogo pri invaziji, napredovanju in metastaziranju raka, vključno z rakom endometrija. V drugih primerih so spremembe homeostaze MME povezane z artritisom, vnetjem in nekaterimi vrstami raka.

Končno metaloproteinaze izpolnjujejo druge funkcije v naravi, ki niso neposredno povezane s fiziologijo posameznika, ki jih proizvaja. Za nekatere živali je na primer proizvodnja strupov pomembna zaradi načina preživetja.

Pravzaprav strup mnogih kač vsebuje kompleksno mešanico bioaktivnih spojin. Med njimi je več metaloproteinaz, ki povzročajo krvavitev, poškodbe tkiv, edeme, nekrozo, med drugimi učinki pri žrtvi.

Pridružene patologije

Ugotoviti je bilo mogoče, da encimi družine MMP sodelujejo pri razvoju različnih bolezni; med drugim kožne bolezni, vaskularne disfunkcije, ciroza, pljučni emfizem, možganska ishemija, artritis, parodontitis in metastaze raka.

Verjame se, da lahko najrazličnejše oblike, ki se lahko pojavijo pri matričnih metaloproteinazah, ugodno spreminjajo različne mehanizme genske regulacije, kar vodi v spremembo genetskega profila.

Za zaviranje razvoja patologij, povezanih z MMP, so bili uporabljeni različni zaviralci metallopreinaz, naravnih in umetnih.

Naravni inhibitorji so bili izolirani iz številnih morskih organizmov, vključno z ribami, mehkužci, algami in bakterijami. Sintetični inhibitorji na splošno vsebujejo kelatno skupino, ki veže in inaktivira katalitični kovinski ion. Rezultati, dobljeni s temi terapijami, pa niso prepričljivi.

Terapevtske namene

Matrične metaloproteinaze imajo več terapevtskih uporab. Uporabljajo se za zdravljenje opeklin, pa tudi različnih vrst razjed. Uporabljali so jih tudi za odstranjevanje brazgotin in olajšanje procesa regeneracije pri presaditvah organov.

Reference

1. Alberts, B. Johnson, A., Lewis, J., Raff, M. Roberts, K. Walters, P. (2014) molekularna biologija celice, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Združeno kraljestvo.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinaze in celjenje ran. Napredki v negi ran, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biološka vloga matričnih metaloproteinaz: kritično ravnovesje. European Respiratory Journal, 38: 191–208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteaze: varuhi mitohondrijske funkcije in homeostaze. Celice, 7: 163. doi: 10,3390 / celice7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Viperji Bližnjega vzhoda: bogat vir bioaktivnih molekul. Molekule.