METALOPROTEINAZY: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE I RODZAJE - BIOLOGIA - 2026

W metaloproteinazy lub metaloproteazy to enzymy, które rozkładają białka i wymaga obecności atomu metalu mają aktywność. Ramieniem wykonawczym wszystkich czynności wykonywanych przez komórkę są enzymy.

Chociaż wiele białek odgrywa rolę strukturalną, duża liczba, jeśli nie większość, wykazuje pewną aktywność katalityczną. Grupa tych enzymów jest odpowiedzialna za degradację innych białek.

Struktura metaloproteiny MMP2. Zrobione i zredagowane z Emw, z Wikimedia Commons.

Zbiorczo te enzymy nazywane są proteinazami lub proteazami. Grupa proteaz, które wymagają, aby atom metalu był aktywny, nazywa się metaloproteinazami.

cechy

Generalnie proteazy spełniają ważną i liczną grupę zadań w komórce. Najbardziej globalnym zadaniem jest umożliwienie wymiany białek obecnych w komórce.

Oznacza to, że wyeliminuj stare białka i pozwól na ich zastąpienie przez nowe białka. Nowe białka są syntetyzowane de novo na rybosomach podczas procesu translacji.

W szczególności najważniejszą rolą metaloproteinaz jest regulacja zachowania komórki. Osiąga się to dzięki tej szczególnej grupie proteaz poprzez kontrolowanie obecności i czasu obecności regulatorów transkrypcji, mediatorów odpowiedzi, receptorów, strukturalnych białek błonowych i organelli wewnętrznych itp.

W zależności od sposobu degradacji proteazy, w tym metaloproteinazy, dzieli się na endoproteazy (metaloendoproteazy) lub egzoproteazy (metaloeksoproteazy).

Te pierwsze degradują białka z jednego końca białka (tj. Aminowego lub karboksylowego). Z drugiej strony endoproteazy wcinają się w białko z pewną specyficznością.

Ogólna charakterystyka metaloproteinaz

Metaloproteinazy są prawdopodobnie najbardziej zróżnicowaną grupą spośród sześciu istniejących proteaz. Proteazy są klasyfikowane zgodnie z ich mechanizmem katalitycznym. Te grupy to proteazy cysteiny, seryny, treoniny, kwasu asparaginowego, kwasu glutaminowego i metaloproteinaz.

Wszystkie metaloproteinazy wymagają atomu metalu do przeprowadzenia katalitycznego cięcia. Metale obecne w metaloproteinazach obejmują głównie cynk, ale inne metaloproteinazy wykorzystują kobalt.

Aby atom metalu spełniał swoją funkcję, musi być koordynowany w kompleksie z białkiem. Odbywa się to za pośrednictwem czterech punktów kontaktowych.

Trzy z nich używają jednego z naładowanych aminokwasów histydyny, lizyny, argininy, glutaminianu lub asparaginianu. Czwarty punkt koordynacyjny tworzy cząsteczka wody.

Klasyfikacja

Międzynarodowa Unia Biochemii i Biologii Molekularnej ustanowiła system klasyfikacji enzymów. W tym systemie enzymy są identyfikowane za pomocą liter EC i systemu kodowania czterech cyfr.

Pierwsza liczba identyfikuje enzymy zgodnie z ich mechanizmem działania i dzieli je na sześć dużych klas. Druga liczba oddziela je według podłoża, na którym działają. Pozostałe dwie liczby wykonują jeszcze bardziej szczegółowe podziały.

Ponieważ metaloproteinazy katalizują reakcje hydrolizy, zgodnie z tym systemem klasyfikacji są one identyfikowane numerem EC4. Dodatkowo należą do podklasy 4, w której znajdują się wszystkie hydrolazy działające na wiązania peptydowe.

Metaloproteinazy, podobnie jak pozostałe proteinazy, można sklasyfikować według miejsca atakowanego łańcucha polipeptydowego.

-Ezopeptydazy metaloproteinaz

Działają na wiązania peptydowe końcowych aminokwasów łańcucha polipeptydowego. Uwzględniono tu wszystkie metaloproteinazy, które mają dwa katalityczne jony metali, a niektóre z jednym jonem metalu.

-Endopeptydazy metaloproteinaz

Działają na dowolne wiązanie peptydowe w łańcuchu polipeptydowym, w wyniku czego powstają dwie cząsteczki polipeptydu o mniejszej masie cząsteczkowej.

W ten sposób działa wiele metaloproteinaz z jednym katalitycznym jonem metalu. Obejmuje to metaloproteinazy macierzy i białka ADAM.

Metaloproteinazy macierzy (MMP)

Są to enzymy zdolne do katalitycznego działania na niektóre składniki macierzy zewnątrzkomórkowej. Macierz zewnątrzkomórkowa to zestaw wszystkich substancji i materiałów, które są częścią tkanki i znajdują się na zewnątrz komórek.

Stanowią dużą grupę enzymów obecnych w procesach fizjologicznych i uczestniczą w zmianach morfologicznych i funkcjonalnych wielu tkanek.

Na przykład w mięśniach szkieletowych odgrywają bardzo ważną rolę w tworzeniu, przebudowie i regeneracji tkanki mięśniowej. Działają również na różne typy kolagenów obecnych w macierzy zewnątrzkomórkowej.

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

Enzymy hydrolityczne działające na kolagen typu I, II i III znajdujący się między komórkami. Produkt katabolizmu tych substancji uzyskuje się zdenaturowany kolagen lub żelatynę.

U kręgowców enzym ten jest wytwarzany przez różne komórki, takie jak fibroblasty i makrofagi, a także przez komórki nabłonka. Mogą również oddziaływać na inne cząsteczki macierzy zewnątrzkomórkowej.

Żelatynazy (MMP-2, MMP-9)

Pomagają w procesie katabolizmu kolagenów typu I, II i III. Działają również na zdenaturowany kolagen lub żelatynę otrzymaną po działaniu kolagenaz.

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

Działają na kolageny typu IV i inne cząsteczki macierzy zewnątrzkomórkowej związanej z kolagenem. Jego działanie na żelatynę jest ograniczone.

Stromalisin Struktura metaloproteinazy macierzy MMP3. Zrobione i zredagowane z Emw, z Wikimedia Commons.

Matylizyny (MMP-7, MMP-26)

Są częścią membran fundamentowych. Biorą udział w proteolitycznej aktywności innych metaloproteinaz w macierzy.

Neprilysin

Neprylizyna jest metaloproteinazą macierzy zawierającą cynk jako jon katalityczny. Odpowiada za hydrolizę peptydów na końcu aminowym reszty hydrofobowej.

Enzym ten znajduje się w wielu narządach, w tym w nerkach, mózgu, płucach, mięśniach gładkich naczyń krwionośnych, a także w komórkach śródbłonka, serca, krwi, komórkach tłuszczowych i fibroblastach.

Neprylizyna jest niezbędna do metabolicznej degradacji peptydów wazoaktywnych. Niektóre z tych peptydów działają jako środki rozszerzające naczynia, ale inne mają działanie zwężające naczynia.

Hamowanie neprysiliny w połączeniu z hamowaniem receptora angiotensyny stało się bardzo obiecującą alternatywną terapią w leczeniu pacjentów z niewydolnością serca.

Inne metaloproteinazy macierzy

Istnieje kilka metaloproteinaz, które nie należą do żadnej z powyższych kategorii. Przykład z nich mamy MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 i MMP-28.

-ADAM Proteins

ADAMs (A Disintegrin and Metalloprotease, bo tak nazywa się w języku angielskim) to grupa metaloproteinaz, zwanych metaloproteinazami - dezintegrynami.

Należą do nich enzymy, które tną lub usuwają części białek, które są wykluczone z komórki przez błonę komórkową.

Niektóre ADAM, zwłaszcza u ludzi, nie posiadają funkcjonalnej domeny proteazy. Jego główne funkcje obejmują spermatogenezę i fuzję plemników z komórkami jajowymi. Są ważnym składnikiem jadu wielu węży.

Inne funkcje i zmiany

Modyfikacja białka

Metaloproteinazy mogą uczestniczyć w modyfikacji (dojrzewaniu) niektórych białek w procesach potranslacyjnych.

Może to nastąpić jednocześnie lub po syntezie białka docelowego lub w końcowym miejscu, w którym znajduje się ono w celu wykonywania swojej funkcji. Osiąga się to na ogół przez odcięcie ograniczonej liczby reszt aminokwasowych z cząsteczki docelowej.

W bardziej rozległych reakcjach rozszczepienia docelowe białka mogą ulec całkowitej degradacji.

Efekty zdrowotne

Każda zmiana w funkcjonowaniu metaloproteinaz może mieć niepożądany wpływ na zdrowie człowieka. Ponadto niektóre inne procesy patologiczne obejmują w pewien sposób udział tej ważnej grupy enzymów.

Na przykład metaloproteinaza macierzy 2 odgrywa ważną rolę w inwazji, progresji i przerzutach raka, w tym raka endometrium. W innych przypadkach zmiana homeostazy MME była powiązana z zapaleniem stawów, zapaleniem i niektórymi typami raka.

Wreszcie metaloproteinazy pełnią w przyrodzie inne funkcje, które nie są bezpośrednio związane z fizjologią człowieka, który je wytwarza. Na przykład dla niektórych zwierząt produkcja trucizn jest ważna ze względu na sposób ich przetrwania.

W rzeczywistości jad wielu węży zawiera złożoną mieszankę związków bioaktywnych. Wśród nich jest kilka metaloproteinaz, które powodują między innymi krwawienie, uszkodzenie tkanek, obrzęk, martwicę i inne skutki u ofiary.

Powiązane patologie

Możliwe było ustalenie, że enzymy z rodziny MMP uczestniczą w rozwoju różnych chorób; choroby skóry, dysfunkcje naczyniowe, marskość wątroby, rozedma płuc, niedokrwienie mózgu, zapalenie stawów, zapalenie przyzębia i przerzuty nowotworowe.

Uważa się, że różnorodność form, które mogą występować w metaloproteinazach macierzy, może sprzyjać zmianie różnych mechanizmów regulacji genetycznej, prowadząc w ten sposób do zmiany profilu genetycznego.

Aby zahamować rozwój patologii związanych z MMP, stosowano różne inhibitory metalopreinaz, zarówno naturalne, jak i sztuczne.

Naturalne inhibitory zostały wyizolowane z wielu organizmów morskich, w tym ryb, mięczaków, alg i bakterii. Z kolei syntetyczne inhibitory zawierają na ogół grupę chelatującą, która wiąże i dezaktywuje katalityczny jon metalu. Jednak wyniki uzyskane dzięki tym terapiom nie są rozstrzygające.

Zastosowania terapeutyczne

Metaloproteinazy macierzy mają kilka zastosowań terapeutycznych. Są stosowane w leczeniu oparzeń, a także różnego rodzaju owrzodzeń. Były również stosowane do usuwania tkanki bliznowatej i ułatwiania procesu regeneracji przy przeszczepach narządów.

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, ^6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Wielka Brytania.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metaloproteinazy i gojenie się ran. Postępy w leczeniu ran, 4: 225–234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologiczna rola metaloproteinaz macierzy: krytyczna równowaga. European Respiratory Journal, 38: 191–208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) Proteazy AAA: strażnicy funkcji mitochondrialnej i homeostazy. Cells, 7: 163. doi: 10.3390 / cell7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: bogate źródło bioaktywnych cząsteczek. Cząsteczki.