METALLOPROTEINAZE: KARAKTERISTIKE, FUNKCIJE I VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

U metaloproteinaza ili metaloproteaze su enzimi koji razgrađuju proteine i zahtijevaju prisutnost metalnog atoma imati djelovanje. Izvršni dio svih aktivnosti koje stanica provodi su enzimi.

Iako mnogi proteini imaju strukturnu ulogu, velik broj, ako ne i većina, pokazuje katalitičku aktivnost. Skupina tih enzima odgovorna je za razgradnju ostalih proteina.

Struktura metaloproteina MMP2. Preuzeto i uredio Emw, iz Wikimedia Commons.

Skupno se ovi enzimi nazivaju proteinaza ili proteaza. Skupina proteaza za koje je potreban aktivan metalni atom naziva se metaloproteinazama.

Značajke

Proteaze, općenito, ispunjavaju važnu i brojnu grupu zadataka u stanici. Najveća globalna zadaća od svih je omogućiti promet proteina prisutnih u stanici.

Odnosno, eliminirajte stare proteine ​​i omogućite njihovu zamjenu novim proteinima. Novi proteini se sintetiziraju de novo na ribosomima tijekom postupka prevođenja.

Najvažnija uloga metaloproteinaza osobito je reguliranje ponašanja stanica. To se postiže ovom posebnom skupinom proteaza kontrolom prisutnosti i vremena prisutnosti transkripcijskih regulatora, posrednika odgovora, receptora, proteina strukturne membrane i unutarnjih organela, itd.

Ovisno o načinu njihove razgradnje, proteaze, uključujući metaloproteinaze, klasificiraju se u endoproteaze (metaloendoproteaze) ili egzoproteaze (metaloeksoproteaze).

Bivši proteini razgrađuju s jednog kraja proteina (tj. Amino ili karboksil). Endoproteaze, s druge strane, režu unutar proteina s određenom specifičnošću.

Opće karakteristike metaloproteinaza

Metalloproteinaze su možda najraznolikija skupina proteaza od šest postojećih. Proteaze su klasificirane prema katalitičkom mehanizmu. Ove skupine su proteaze cistein, serin, treonin, asparaginska kiselina, glutaminska kiselina i metaloproteinaze.

Sve metaloproteinaze zahtijevaju metalni atom da provede svoj katalitički rez. Metali prisutni u metaloproteinazama uglavnom uključuju cink, ali ostale metaloproteinaze koriste kobalt.

Da bi obavio svoju funkciju, atom metala mora biti koordinirano složen u proteinu. To se postiže kroz četiri kontaktne točke.

Tri od njih koriste jednu od nabijenih aminokiselina histidin, lizin, arginin, glutamat ili aspartat. Četvrta točka koordinacije čini molekula vode.

Klasifikacija

Međunarodna unija za biokemiju i molekularnu biologiju uspostavila je sustav klasifikacije enzima. U ovom sustavu enzimi su identificirani slovima EC i sustavom kodiranja od četiri broja.

Prvi broj identificira enzime prema mehanizmu njihova djelovanja i dijeli ih u šest velikih klasa. Drugi broj razdvaja ih prema supstratu na kojem djeluju. Druga dva broja imaju još određenije podjele.

Budući da metaloproteinaze kataliziraju reakcije hidrolize, prema ovom klasifikacijskom sustavu identificiraju se s brojem EC4. Uz to, pripadaju podrazredu 4, u kojem su smještene sve hidrolaze koje djeluju na peptidne veze.

Metalloproteinaze se, poput ostalih proteinaza, mogu klasificirati prema mjestu polipeptidnog lanca koji napadaju.

-Metaloproteinaze egzopeptidaze

Oni djeluju na peptidne veze terminalnih aminokiselina polipeptidnog lanca. Ovdje su uključene sve metaloproteinaze koje imaju dva katalitička metala i neke s jednim metalnim ionom.

-Metaloproteinaze endopeptidaze

Oni djeluju na bilo koju peptidnu vezu unutar polipeptidnog lanca što rezultira u dvije molekule polipeptida niže molekularne mase.

Mnogo metaloproteinaza s jednim katalitičkim metalnim ionima djeluje na ovaj način. To uključuje matrične metaloproteinaze i ADAM proteine.

Matriks metaloproteinaze (MMP)

Oni su enzimi sposobni djelovati katalitički na neke komponente vanćelijskog matriksa. Izvanstanični matriks je skup svih tvari i materijala koji su dio tkiva i koji se nalaze na vanjskoj strani stanica.

Oni su velika skupina enzima koji su prisutni u fiziološkim procesima i sudjeluju u morfološkim i funkcionalnim promjenama mnogih tkiva.

Na primjer, u skeletnim mišićima igraju vrlo važnu ulogu u formiranju, preuređivanju i regeneraciji mišićnog tkiva. Oni također djeluju na različite vrste kolagena prisutne u izvanćelijskom matriksu.

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

Hidrolitički enzimi koji djeluju na kolagen tipa I, II i III koji se nalaze između stanica. Proizvod katabolizma tih tvari dobiva se denaturirani kolagen ili želatina.

Kod kralježnjaka ovaj enzim proizvode različite stanice, poput fibroblasta i makrofaga, kao i epitelne stanice. Mogu djelovati i na ostale molekule izvanćelijskog matriksa.

Želatinaze (MMP-2, MMP-9)

Pomažu u procesu katabolizma kolagena tipa I, II i III. Također djeluju na denaturirani kolagen ili želatinu dobivenu nakon djelovanja kolagenaza.

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

Oni djeluju na kolagene tipa IV i ostale molekule izvanstanične matrice povezane s kolagenom. Njegova aktivnost na želatini je ograničena.

Stromalisin Struktura MMP3 matriks metaloproteinaze. Preuzeto i uredio Emw, iz Wikimedia Commons.

Matrilisini (MMP-7, MMP-26)

To su dijelovi podrumskih membrana. Sudjeluju u proteolitičkim aktivnostima drugih metaloproteinaza u matrici.

neprilizm

Neprilysin je matrična metaloproteinaza koja sadrži cink kao ion katalizatora. Odgovorna je za hidrolizu peptida u amino-terminalnom hidrofobnom ostatku.

Ovaj enzim nalazi se u brojnim organima, uključujući bubreg, mozak, pluća, vaskularne glatke mišiće, kao i u endotelu, srcu, krvi, masnim stanicama i fibroblastima.

Neprilysin je neophodan za metaboličku razgradnju vazoaktivnih peptida. Neki od ovih peptida djeluju kao vazodilatatora, ali drugi imaju vazokonstriktorne učinke.

Inhibicija neprisilina, zajedno s inhibicijom receptora za angiotenzin, postala je vrlo obećavajuća alternativna terapija u liječenju bolesnika sa zatajenjem srca.

Ostale matriksne metaloproteinaze

Postoje neke metaloproteinaze koje ne spadaju u nijednu gornju kategoriju. Primjer za njih imamo MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 i MMP-28.

-ADAM Proteini

ADAM-ovi (A Disintegrin And Metalloprotease, na engleskom jeziku naziv) su skupina metaloproteinaza, poznate kao metaloproteaze - dezintegrini.

Tu spadaju enzimi koji režu ili uklanjaju dijelove proteina koji su staničnom membranom isključeni iz stanice.

Nekim ADAM-ovima, posebno kod ljudi, nedostaje funkcionalna domena proteaza. Njegove glavne funkcije uključuju djelovanje na spermatogenezu i fuziju spermatozoida. Važna su sastavnica otrova mnogih zmija.

Ostale funkcije i izmjene

Promjena proteina

Metalloproteinaze mogu sudjelovati u modifikaciji (sazrijevanju) nekih proteina u post-translacijskim procesima.

To se može dogoditi istodobno sa ili nakon sinteze ciljnog proteina ili na krajnjem mjestu gdje boravi kako bi vršio svoju funkciju. To se općenito postiže cijepanjem ograničenog broja aminokiselinskih ostataka iz ciljne molekule.

U opsežnijim reakcijama cijepanja, ciljni proteini mogu se potpuno razgraditi.

Učinci na zdravlje

Svaka promjena u funkcioniranju metaloproteinaza može imati neželjene učinke na zdravlje ljudi. Uz to, neki drugi patološki procesi uključuju na neki način sudjelovanje ove važne skupine enzima.

Primjerice, matriks metaloproteinaza 2 igra važnu ulogu u invaziji, progresiji i metastaziranju raka, uključujući rak endometrija. U drugim su slučajevima promjena MME homeostaze povezana s artritisom, upalom i nekim vrstama karcinoma.

Konačno, metaloproteinaze ispunjavaju druge funkcije u prirodi koje nisu izravno povezane s fiziologijom pojedinca koji ih proizvodi. Na primjer, za neke životinje, proizvodnja otrova je važna u njihovom načinu preživljavanja.

Zapravo, otrov mnogih zmija sadrži složenu mješavinu bioaktivnih spojeva. Među njima je nekoliko metaloproteinaza koje uzrokuju krvarenje, oštećenje tkiva, edeme, nekrozu, između ostalih učinaka na žrtvu.

Pridružene patologije

Bilo je moguće utvrditi da enzimi iz MMP obitelji sudjeluju u razvoju različitih bolesti; kožne bolesti, vaskularne disfunkcije, ciroza, plućni emfizem, cerebralna ishemija, artritis, parodontitis i metastaze raka, između ostalih.

Smatra se da velika raznolikost oblika koji se mogu pojaviti u matriks metaloproteinazi može pogodovati izmjeni različitih mehanizama genetske regulacije, što dovodi do promjene u genetskom profilu.

Da bi se inhibirao razvoj patologija povezanih s MMP-om, korišteni su različiti inhibitori metalopreinaze, prirodni i umjetni.

Prirodni inhibitori izolirani su iz brojnih morskih organizama, uključujući ribe, školjke, alge i bakterije. Sintetički inhibitori, sa svoje strane, uglavnom sadrže helatnu skupinu koja veže i inaktivira katalitički metalni ion. Rezultati dobiveni ovim terapijama, međutim, nisu konačni.

Terapijske uporabe

Matriks metaloproteinaze imaju nekoliko terapijskih primjena. Koriste se za liječenje opeklina, kao i raznih vrsta čira. Također su korišteni za uklanjanje ožiljaka i olakšavanje procesa regeneracije kod transplantacije organa.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff M., Roberts, K. Walters, P. (2014), Molecular Biology of the Cell, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Velika Britanija.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinaze i zacjeljivanje rana. Napredak u njezi rana, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biološka uloga matriksnih metaloproteinaza: kritična ravnoteža. Europski respiracijski časopis, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteaze: čuvari mitohondrijske funkcije i homeostaze. Stanice, 7: 163. doi: 10,3390 / ćelije7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: bogat izvor bioaktivnih molekula. Molekula.