Metalloproteinaser egenskaper, funksjoner og typer



den metalloproteinaser eller metalloproteaser er enzymer som nedbryter proteiner og krever nærvær av et metallatom for å ha aktivitet. Den utførende armen av alle aktivitetene som utføres av en celle, er enzymer.

Selv om mange proteiner spiller en strukturell rolle, viser et annet stort antall, om ikke de fleste, noen katalytisk aktivitet. En gruppe av disse enzymer er ansvarlig for nedbrytning av andre proteiner.

Samlet kalles disse enzymer proteinaser eller proteaser. Gruppen av proteaser som krever at et metallatom skal være aktivt kalles metalloproteinaser.

index

  • 1 Funksjoner
  • 2 Generelle egenskaper ved metalloproteinaser
  • 3 Klassifisering
    • 3.1 -Metalloproteinaser exopeptidaser
    • 3,2-metalloproteinaser endopeptidaser
  • 4 Andre funksjoner og endringer
    • 4.1 Modifikasjon av proteiner
    • 4.2 Virkninger på helse
  • 5 tilknyttede patologier
  • 6 Terapeutisk bruk
  • 7 referanser

funksjoner

Proteasene, generelt, oppfyller en viktig og en rekke gruppe oppgaver i en celle. Den mest globale oppgaven av alle er å tillate utskifting av proteiner som er tilstede i en celle.

Det vil si, eliminere gamle proteiner, og tillate erstatning av nye proteiner. Nye proteiner syntetiseres de novo på ribosomer under oversettelsesprosessen.

Den viktigste rollen som metalloproteinaser, spesielt, er å regulere oppførselen til cellen. Dette oppnås ved denne spesielle gruppe proteaser som styrer tilstedeværelsen og tiden for tilstedeværelse av transkripsjonsregulatorer, responsmediatorer, reseptorer, membranstrukturproteiner og interne organeller, etc..

Avhengig av deres nedbrytningsform, klassifiseres proteaser, inkludert metalloproteinaser, i endoproteaser (metalloendoproteaser) eller eksoproteaser (metalloproteinaser)..

Den tidligere nedbryter proteiner fra den ene enden av proteinet (dvs. amino eller karboksyl). Endoproteaser, derimot, gjør kutt i proteinet med en spesifikk spesifisitet.

Generelle egenskaper av metalloproteinaser

Metalloproteinaser er kanskje den mest varierte gruppen av proteaser av de seks som eksisterer. Proteaser klassifiseres i henhold til deres katalytiske mekanisme. Disse gruppene er proteaser av cystein, serin, treonin, asparaginsyre, glutaminsyre og metalloproteinaser.

Alle metalloproteinaser krever et metallatom for å kunne utføre deres katalytiske kutt. Metaller som er tilstede i metalloproteinaser inneholder hovedsakelig sink, men andre metalloproteinaser bruker kobolt.

For å utføre sin funksjon må metallatomet koordineres på en koordinert måte med proteinet. Dette gjøres gjennom fire kontaktpunkter.

Tre av dem bruker noen av aminosyrene lastet histidin, lysin, arginin, glutamat eller aspartat. Det fjerde koordineringspunktet er laget av et vannmolekyl.

klassifisering

Den internasjonale union for biokjemi og molekylærbiologi har etablert et klassifikasjonssystem for enzymer. I dette systemet identifiseres enzymer med bokstavene EC og et kodet system med fire tall.

Det første nummeret identifiserer enzymer i henhold til deres virkemekanisme, og deler dem i seks store klasser. Det andre tallet skiller dem i henhold til substratet som de oppfører seg på. De to andre tallene gjør divisjonene enda mer spesifikke.

Fordi metalloproteinaser katalyserer hydrolysereaksjoner, identifiseres de med EC4-nummeret i henhold til dette klassifikasjonssystemet. I tillegg tilhører de underklasse 4, som huser alle hydrolaser som virker på peptidbindinger.

Metalloproteinaser, som resten av proteinaser, kan klassifiseres i henhold til stedet for polypeptidkjeden som angriper.

-Eksopeptidase metalloproteinaser

De virker på peptidbindingene i de terminale aminosyrene i polypeptidkjeden. Her inngår alle metalloproteinaser som har to katalytiske metallioner og noen med en enkelt metallion.

-Endopeptidase metalloproteinaser

De virker på en hvilken som helst peptidbinding i polypeptidkjeden som resulterer i to molekyler med lavere molekylvekt polypeptider.

Mange av metalloproteinaser med en enkelt katalytisk metallion fungerer på denne måten. Her er matrise-metalloproteinaser og ADAM-proteiner

Matrise metalloproteinaser (MMP)

De er enzymer som er i stand til å virke katalytisk på noen komponenter i den ekstracellulære matriksen. Den ekstracellulære matrisen er settet av alle stoffer og materialer som er en del av et vev og som ligger på utsiden av celler.

De er en rekke grupper av enzymer tilstede i fysiologiske prosesser, og de deltar i morfologiske og funksjonelle endringer i mange vev.

I skjelettmuskler, for eksempel, spiller de en svært viktig rolle i dannelsen, remodeling og regenerering av muskelvev. De opptrer også på de forskjellige typer kollagener som er tilstede i den ekstracellulære matriksen.

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

Hydrolytiske enzymer som virker på type I, II og III kollagen funnet mellom celler. Produkt av katabolismen av disse stoffene denaturert kollagen eller gelatin er oppnådd.

Hos vertebrater produseres dette enzymet av forskjellige celler, slik som fibroblaster og makrofager, så vel som av epitelceller. De kan også virke på andre molekyler i den ekstracellulære matriksen.

Gelatinaser (MMP-2, MMP-9)

De bidrar til katabolismeprosessen av type I, II og III kollagener. De virker også på denaturert kollagen eller gelatin oppnådd etter virkningen av kollagenaser.

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

De virker på type IV kollagener og på andre molekyler av den ekstracellulære matrisen assosiert med kollagen. Dens aktivitet på gelatin er begrenset.

Matrilysiner (MMP-7, MMP-26).

De er metalloproteinasas strukturelt enklere enn resten. De er relatert til tumorepitelceller.

Membranassosierte metalloproteaser (MT-MMP)

Disse er en del av basale membraner. De deltar i de proteolytiske aktivitetene til andre matrise metalloproteinaser.

neprilysin

Neprilysin er en matrise metalloproteinase som har sink som en katalysatorion. Det er ansvarlig for hydrolysering av peptidene i den aminoterminale hydrofobe rest.

Dette enzymet finnes i mange organer, inkludert nyre, hjerne, lunge, vaskulær glatt muskel, samt endotel-, hjerte-, blod-, fettcellene og fibroblaster..

Neprilysin er avgjørende for metabolisk nedbrytning av vasoaktive peptider. Noen av disse peptidene virker som vasodilatatorer, men andre har vasokonstrictor-effekter.

Inhiberingen av neprisilin, sammen med inhiberingen av angiotensinreseptoren, er blitt en svært lovende alternativ terapi ved behandling av pasienter med hjertesvikt..

Andre matrise metalloproteinaser

Det er noen metalloproteinaser som ikke faller inn i noen av de foregående kategoriene. Eksempel på dem har vi MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 og MMP-28.

-ADAM proteiner

ADAM (en disintegrin og metalloprotease, med engelsk navn) er en gruppe metalloproteinaser, kjent som metalloproteaser - disintegrins.

Disse inkluderer enzymer som kutter eller eliminerer deler av proteiner som er ekskludert fra cellen ved membranen i denne cellen..

Noen ADAM, spesielt hos mennesker, mangler et funksjonelt protease domene. Blant hovedfunksjonene virker det på spermatogenese og sperm-ovumfusjon. De er en viktig del av giftet til mange slanger.

Andre funksjoner og endringer

Protein modifikasjon

Metalloproteinaser kan delta i modifikasjonen (modning) av noen proteiner i posttranslatoriske prosesser.

Dette kan forekomme i forbindelse med eller etterfølgende syntesen av målproteinet eller på det endelige stedet der den ligger til å utføre sin funksjon. Dette oppnås vanligvis ved spaltningen av et begrenset antall aminosyrerester av målmolekylet.

I mer omfattende spaltningsreaksjoner kan hvite proteiner bli fullstendig forringet.

Virkninger på helse

Enhver endring i funksjonen av metalloproteinaser kan ha uønskede effekter på menneskets helse. I tillegg involverer noen andre patologiske prosesser på en eller annen måte deltakelsen av denne viktige gruppen av enzymer.

Matrix metalloproteinase 2 spiller for eksempel en viktig rolle i invasjonen av kreft, dens progresjon og metastase, inkludert endometriecancer. I andre tilfeller har endringen av homeostasen til MME vært relatert til leddgikt, betennelse og enkelte typer kreft.

Til slutt oppfyller metalloproteinaser andre funksjoner i naturen som ikke er direkte relatert til fysiologien til individet som produserer dem. For noen dyr er for eksempel produksjon av giftstoffer viktig i overlevelsesmodus.

Faktisk inneholder giftet til mange slanger en kompleks blanding av bioaktive forbindelser. Blant dem er flere metalloproteinaser som forårsaker blødning, vevskader, ødemer, nekrose, blant annet effekter i offeret.

Tilknyttede patologier

Det har blitt bestemt at enzymer fra MMP-familien deltar i utviklingen av ulike sykdommer; hudsykdommer, vaskulære dysfunksjoner, cirrhosis, lungemfysem, cerebral iskemi, leddgikt, periodontitt og kreftmetastase, blant andre.

Det antas at det store mangfoldet av former som kan forekomme i matrise metalloproteinaser kan favorisere endringen av flere mekanismer for genetisk regulering, som på denne måten fører til en forandring i den genetiske profilen.

For å hemme utviklingen av patologier assosiert med MMP, har forskjellige inhibitorer av metallopreinaser, både naturlige og kunstige, vært brukt..

Naturlige hemmere er blitt isolert fra mange marine organismer, inkludert fisk, bløtdyr, alger og bakterier. Syntetiske hemmere inneholder derimot generelt en chelaterende gruppe som binder og inaktiverer den katalytiske metallion. Resultatene som er oppnådd med disse terapiene, har imidlertid ikke vært avgjørende.

Terapeutisk bruk

Matrise-metalloproteinaser har flere terapeutiske anvendelser. De brukes til å behandle brannsår, så vel som ulike typer sår. De har også blitt brukt til å eliminere arrvæv og for å forenkle regenereringsprosessen i organtransplantasjoner.

referanser

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molekylærbiologi av cellen, 6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Storbritannia.
  2. Caley, M. P., Martins, L. V. C., O'Toole, E.A. (2015) metalloproteinaser og sårheling. Fremskritt i sårpleie, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matrise metalloproteinaseres biologiske rolle: En kritisk balanse. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalinska, M., Janska, H. (2018) AAA-proteaser: mitokondriefunksjon og voktere av homeostase. Celler, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S. M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers i Midt-Østen: en rik kilde av bioaktive molekyler. molekyler.