Značilnosti, funkcije in vrste metaloproteinaz



The metaloproteinaze ali metaloproteaze so encimi, ki razgrajujejo proteine ​​in zahtevajo prisotnost atoma kovine, da imajo aktivnost. Izvajalna roka vseh dejavnosti, ki jih izvaja celica, so encimi.

Čeprav imajo številne beljakovine strukturno vlogo, ima še veliko število, če ne večina, določeno katalitično aktivnost. Skupina teh encimov je odgovorna za razgradnjo drugih beljakovin.

Skupaj se ti encimi imenujejo proteinaze ali proteaze. Skupina proteaz, ki zahtevajo aktiviranje atoma kovine, se imenuje metaloproteinaze.

Indeks

  • 1 Funkcije
  • 2 Splošne značilnosti metaloproteinaz
  • 3 Razvrstitev
    • 3.1 -Metaloproteinaze exopeptidasas
    • 3.2 -Metaloproteinaze endopeptidasas
  • 4 Druge funkcije in spremembe
    • 4.1 Modifikacija beljakovin
    • 4.2 Vplivi na zdravje
  • 5 Povezane patologije
  • 6 Terapevtske uporabe
  • 7 Reference

Funkcije

Proteaze na splošno izpolnjujejo pomembno in številno skupino nalog v celici. Najbolj globalna naloga vseh je omogočiti zamenjavo beljakovin, prisotnih v celici.

To pomeni, da odstranimo stare beljakovine in omogočimo njihovo nadomestitev z novimi beljakovinami. Sintetizirajo se novi proteini de novo na ribosomih med procesom prevajanja.

Predvsem je pomembno, da metaloproteinaze uravnavajo obnašanje celice. To dosežemo s to posebno skupino proteaz, ki nadzoruje prisotnost in čas prisotnosti transkripcijskih regulatorjev, odzivnih mediatorjev, receptorjev, membranskih strukturnih proteinov in notranjih organelov itd..

Glede na način njihove razgradnje so proteaze, vključno s metaloproteinazami, razvrščene v endoproteaze (metaloendoproteaze) ali eksoproteaze (metaloproteinaze)..

Nekdanji razgradijo proteine ​​z enega konca proteina (tj. Amino ali karboksil). Po drugi strani pa endoproteaze naredijo rezine znotraj proteina s specifično specifičnostjo.

Splošne značilnosti metaloproteinaz

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

Vse metaloproteinaze zahtevajo atom kovine, da lahko izvedejo svoj katalitski rez. Kovine, prisotne v metaloproteinazah, večinoma vključujejo cink, druge kromoproteinaze pa kobalt.

Za izvedbo svoje funkcije mora biti kovinski atom usklajeno usklajen z beljakovino. To poteka preko štirih kontaktnih točk.

Trije od njih uporabljajo nekatere aminokisline, ki so nalagale histidin, lizin, arginin, glutamat ali aspartat. Četrta koordinacijska točka je sestavljena iz vodne molekule.

Razvrstitev

Mednarodna zveza za biokemijo in molekularno biologijo je vzpostavila sistem razvrščanja encimov. V tem sistemu so encimi označeni s črkami EC in kodiranim sistemom štirih številk.

Prva številka identificira encime glede na njihov mehanizem delovanja in jih deli na šest velikih razredov. Druga številka jih ločuje glede na podlago, na kateri delujejo. Drugi dve številki še bolj določata delitve.

Ker metaloproteinaze katalizirajo reakcije hidrolize, so identificirane s številko EC4 v skladu s tem sistemom razvrščanja. Poleg tega spadajo v podrazred 4, v katerem so vse hidrolaze, ki delujejo na peptidne vezi.

Metaloproteinaze, tako kot ostale proteaze, lahko razvrstimo glede na mesto polipeptidne verige, ki napada.

-Exopeptidase metaloproteinases

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

-Endopeptidazne metaloproteinaze

Delujejo na katerokoli peptidno vez v polipeptidni verigi, kar ima za posledico dve molekuli polipeptidov nižje molekulske mase.

Veliko metaloproteinaz z enim katalitičnim kovinskim ionom deluje na ta način. Tu so matriksne metaloproteinaze in proteini ADAM

Matrične metaloproteinaze (MMP)

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

So številna skupina encimov, prisotnih v fizioloških procesih, ki sodelujejo v morfoloških in funkcionalnih spremembah mnogih tkiv..

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

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

Hidrolitski encimi, ki delujejo na kolagen tipa I, II in III med celicami. Dobimo produkt katabolizma teh snovi, denaturiranega kolagena ali želatine.

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

Želatinaze (MMP-2, MMP-9)

Prispevajo k katabolnemu procesu kolagenov tipa I, II in III. Delujejo tudi na denaturirani kolagen ali želatino, pridobljeno po delovanju kolagenaz.

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

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

Matrilizini (MMP-7, MMP-26).

So metaloproteinas, ki so strukturno enostavnejše od ostalih. So povezani s tumorskimi epitelnimi celicami.

Membransko povezane metaloproteaze (MT-MMP)

To so del bazalnih membran. Sodelujejo pri proteolitičnih aktivnostih drugih matriks metaloproteinaz.

Neprilysin

Neprilizin je matriksna metaloproteinaza, ki ima cinkov kot katalizatorski ion. Je odgovoren za hidrolizo peptidov v amino terminalnem hidrofobnem ostanku.

Ta encim najdemo v številnih organih, vključno z ledvicami, možgani, pljuči, gladkimi mišicami žil, pa tudi z endotelijskimi, srčnimi, krvnimi, maščobnimi celicami in fibroblasti..

Neprilizin je bistven za presnovo vazoaktivnih peptidov. Nekateri od teh peptidov delujejo kot vazodilatatorji, drugi pa imajo vazokonstriktorske učinke.

Zaviranje neprisilina je skupaj z zaviranjem receptorja za angiotenzin postalo zelo obetajoča alternativna terapija pri zdravljenju bolnikov s srčnim popuščanjem..

Druge matrične metaloproteinaze

Obstaja nekaj metaloproteinaz, ki ne sodijo v nobeno od prejšnjih kategorij. Njihov primer imamo MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 in MMP-28.

-ADAM proteini

ADAM (disintegrin in metaloproteaza, z angleškim imenom) je skupina metaloproteinaz, znanih kot metaloproteaze - disintegrini.

Med njimi so encimi, ki režejo ali odstranjujejo dele beljakovin, ki so iz celice izključeni z membrano te celice..

Nekateri ADAM, zlasti pri ljudeh, nimajo funkcionalne proteazne domene. Med njegove glavne funkcije spadajo spermatogeneza in spajanje spermijev. So pomembna sestavina strupa mnogih kač.

Druge funkcije in spremembe

Spreminjanje beljakovin

Metaloproteinaze lahko sodelujejo pri spreminjanju (zorenju) nekaterih beljakovin v post-translacijskih procesih.

To se lahko zgodi sočasno s sintezo ciljne beljakovine ali po njej ali na končnem mestu, kjer se nahaja, da lahko opravlja svojo funkcijo. To se običajno doseže s cepitvijo omejenega števila aminokislinskih ostankov ciljne molekule.

V obsežnejših reakcijah cepitve lahko belo beljakovino popolnoma razgradimo.

Vplivi na zdravje

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

Matrična metaloproteinaza 2 ima na primer pomembno vlogo pri invaziji z rakom, njegovim napredovanjem in metastazami, vključno z rakom endometrija. V drugih primerih je bila sprememba homeostaze MME povezana z artritisom, vnetjem in nekaterimi vrstami raka..

In končno, metaloproteinaze izpolnjujejo druge funkcije v naravi, ki niso neposredno povezane s fiziologijo posameznika, ki jih proizvaja. Pri nekaterih živalih je na primer proizvodnja strupov pomembna v načinu preživetja.

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

Povezane patologije

Ugotovili smo, da encimi MMP družine sodelujejo pri razvoju različnih bolezni; bolezni kože, vaskularne disfunkcije, ciroza, pljučni emfizem, cerebralna ishemija, artritis, parodontitis in metastaze raka, \ t.

Domneva se, da lahko velika raznolikost oblik, ki se pojavijo v matriks metaloproteinazah, pripomore k spremembi več mehanizmov genske regulacije, kar vodi do spremembe v genetskem profilu..

Za zaviranje razvoja patologij, povezanih z MMP, so bili uporabljeni različni inhibitorji metalopreinaz, tako naravnih kot umetnih..

Naravni inhibitorji so bili izolirani iz številnih morskih organizmov, vključno z ribami, mehkužci, algami in bakterijami. Po drugi strani sintetični inhibitorji običajno vsebujejo kelatno skupino, ki veže in inaktivira katalitski kovinski ion. Rezultati, dobljeni s temi terapijami, pa niso bili dokončni.

Terapevtske uporabe

Matrične metaloproteinaze imajo več terapevtskih uporab. Uporabljajo se za zdravljenje opeklin, kot tudi za različne vrste razjed. Uporabljeni so bili tudi za odstranjevanje brazgotin in za olajšanje procesa regeneracije pri presaditvah organov.

Reference

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molekularna biologija celice, 6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Združeno kraljestvo.
  2. Caley, M.P., Martins, V.L.C., O'Toole, E.A. (2015) Metaloproteinaze in celjenje ran. Napredek v negi rane, 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 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Viperji z Bližnjega vzhoda: bogat vir bioaktivnih molekul. Molekule.