Charakterystyka, funkcje i typy metaloproteinaz



The metaloproteinazy lub metaloproteazy są enzymami, które degradują białka i wymagają obecności atomu metalu, aby mieć aktywność. Ramię wykonawcze wszystkich czynności wykonywanych przez komórkę to enzymy.

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

Łącznie enzymy te nazywane są proteinazami lub proteazami. Grupa proteaz, które wymagają aktywnego atomu metalu, nazywana jest metaloproteinazami.

Indeks

  • 1 Funkcje
  • 2 Ogólna charakterystyka metaloproteinaz
  • 3 Klasyfikacja
    • 3.1-Metoproteinazy exopeptidasas
    • 3.2-Metaloproteinazy endopeptydazy
  • 4 Inne funkcje i zmiany
    • 4.1 Modyfikacja białek
    • 4.2 Wpływ na zdrowie
  • 5 Powiązane patologie
  • 6 Zastosowania terapeutyczne
  • 7 referencji

Funkcje

Proteazy na ogół spełniają ważną i liczną grupę zadań w komórce. Najbardziej globalnym zadaniem wszystkich jest umożliwienie zastąpienia białek obecnych w komórce.

To znaczy, wyeliminuj stare białka i pozwól na ich zastąpienie nowymi białkami. Nowe białka są syntetyzowane de novo na rybosomach podczas procesu tłumaczenia.

Najważniejszą rolą metaloproteinaz, w szczególności, jest regulowanie zachowania komórki. Osiąga to ta szczególna grupa proteaz kontrolujących obecność i czas obecności regulatorów transkrypcji, mediatorów odpowiedzi, receptorów, białek strukturalnych błony i organelli wewnętrznych itp..

W zależności od sposobu ich degradacji, proteazy, w tym metaloproteinazy, są klasyfikowane na endoproteazy (metaloendoproteazy) lub egzoproteazy (metaloproteinazy)..

Te pierwsze degradują białka z jednego końca białka (tj. Aminowego lub karboksylowego). Z drugiej strony endoproteazy powodują cięcia wewnątrz białka ze specyficzną specyficznością.

Ogólna charakterystyka metaloproteinaz

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

Wszystkie metaloproteinazy wymagają atomu metalu, aby móc wykonać cięcie katalityczne. Metale obecne w metaloproteinazach obejmują głównie cynk, ale inne metaloproteinazy wykorzystują kobalt.

Aby wykonać swoją funkcję, atom metalu musi być skoordynowany w skoordynowany sposób z białkiem. Odbywa się to poprzez cztery punkty kontaktowe.

Trzy z nich wykorzystują niektóre aminokwasy załadowane histydyną, lizyną, argininą, glutaminianem lub asparaginianem. Czwarty punkt koordynacji tworzy cząsteczka wody.

Klasyfikacja

Międzynarodowa Unia Biochemii i Biologii Molekularnej ustanowiła system klasyfikacji enzymów. W tym systemie enzymy są identyfikowane literami EC i zakodowanym systemem czterech liczb.

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

Ponieważ metaloproteinazy katalizują reakcje hydrolizy, są one identyfikowane za pomocą numeru EC4, zgodnie z tym systemem klasyfikacji. Ponadto należą do podklasy 4, w której znajdują się wszystkie hydrolazy, które działają na wiązania peptydowe.

Metaloproteinazy, podobnie jak reszta proteinaz, można sklasyfikować według miejsca łańcucha polipeptydowego, który atakuje.

-Metaloproteinazy egzopeptydazy

Działają na wiązania peptydowe końcowych aminokwasów łańcucha polipeptydowego. Tutaj zawarte są wszystkie metaloproteinazy, które mają dwa katalityczne jony metali, a niektóre z pojedynczym jonem metalu.

-Metaloproteinazy endopeptydazy

Działają na dowolne wiązanie peptydowe w łańcuchu polipeptydowym, tworząc dwie cząsteczki polipeptydów o niższej masie cząsteczkowej.

W ten sposób działa wiele metaloproteinaz z pojedynczym katalitycznym jonem metalu. Oto metaloproteinazy macierzy i białka ADAM

Metaloproteinazy macierzy (MMP)

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

Są liczną grupą enzymów obecnych w procesach fizjologicznych i uczestniczą w zmianach morfologicznych i funkcjonalnych wielu tkanek.

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

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

Enzymy hydrolityczne, które działają na kolagen typu I, II i III występujący między komórkami. Otrzymuje się produkt katabolizmu tych substancji denaturowanego kolagenu lub żelatyny.

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

Żelatynazy (MMP-2, MMP-9)

Przyczyniają się do procesu katabolizmu kolagenu typu I, II i III. Działają także na zdenaturowany kolagen lub żelatynę otrzymaną po działaniu kolagenaz.

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

Działają na kolageny typu IV i na inne cząsteczki macierzy zewnątrzkomórkowej związane z kolagenem. Jego aktywność na żelatynie jest ograniczona.

Matrilysins (MMP-7, MMP-26).

Są one metaloproteinami strukturalnie prostszymi niż pozostałe. Są one związane z komórkami nabłonkowymi guza.

Metaloproteazy związane z błoną (MT-MMP)

Są one częścią błon podstawowych. Uczestniczą w aktywności proteolitycznej innych metaloproteinaz macierzy.

Neprilysin

Neprylizyna jest metaloproteinazą macierzy, która ma cynk jako jon katalizatora. Odpowiada za hydrolizę peptydów w amino-końcowej reszcie hydrofobowej.

Enzym ten występuje w wielu narządach, w tym w nerkach, mózgu, płucach, mięśniach gładkich naczyń, a także w komórkach śródbłonka, serca, krwi, tłuszczu i fibroblastach..

Neprylizyna jest niezbędna do metabolicznego rozkładu peptydów naczyniowo-czynnych. Niektóre z tych peptydów działają jak środki rozszerzające naczynia, ale inne mają działanie zwężające naczynia.

Hamowanie neprisiliny, wraz z hamowaniem receptora angiotensyny, stało się bardzo obiecującą alternatywną terapią w leczeniu pacjentów z niewydolnością serca..

Inne metaloproteinazy macierzy

Istnieją pewne metaloproteinazy, które nie należą do żadnej z poprzednich kategorii. Na przykład mamy MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 i MMP-28.

-Białka ADAM

ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease, po angielskiej nazwie) to grupa metaloproteinaz, znanych jako metaloproteazy - dezintegratory.

Obejmują one enzymy, które wycinają lub eliminują części białek, które są wykluczone z komórki przez błonę tej komórki..

Niektórym ADAM, zwłaszcza u ludzi, brakuje funkcjonalnej domeny proteazy. Wśród jego głównych funkcji działają spermatogeneza i fuzja 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 posttranslacyjnych.

Może to nastąpić równocześnie z syntezą docelowego białka lub w miejscu końcowym, w którym się on znajduje, aby spełnić swoją funkcję. Osiąga się to zwykle przez rozszczepienie ograniczonej liczby reszt aminokwasowych cząsteczki docelowej.

W bardziej rozległych reakcjach rozszczepiania białe białka mogą być całkowicie zdegradowane.

Wpływ na zdrowie

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

Na przykład metaloproteinaza macierzowa 2 odgrywa ważną rolę w inwazji raka, jego progresji i przerzutów, w tym raka endometrium. W innych przypadkach zmiana homeostazy MME była związana z zapaleniem stawów, zapaleniem i niektórymi rodzajami raka.

Wreszcie, metaloproteinazy pełnią inne funkcje z natury niezwiązane bezpośrednio z fizjologią osobnika, który je wytwarza. Dla niektórych zwierząt, na przykład, produkcja trucizn jest ważna w ich trybie przeżycia.

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

Powiązane patologie

Ustalono, że enzymy z rodziny MMP uczestniczą w rozwoju różnych chorób; choroby skóry, dysfunkcje naczyń, marskość wątroby, rozedma płuc, niedokrwienie mózgu, zapalenie stawów, zapalenie przyzębia i przerzuty raka, między innymi.

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

Aby zahamować rozwój patologii związanych z MMP, zastosowano różne inhibitory metalopreinaz, zarówno naturalnych, jak i sztucznych..

Naturalne inhibitory zostały wyizolowane z licznych organizmów morskich, w tym ryb, mięczaków, alg i bakterii. Z drugiej strony syntetyczne inhibitory na ogół zawierają grupę chelatującą, która wiąże i inaktywuje katalityczny jon metalu. Wyniki uzyskane w tych terapiach nie były jednak rozstrzygające.

Zastosowania terapeutyczne

Metaloproteinazy macierzy mają kilka zastosowań terapeutycznych. Są one stosowane do leczenia oparzeń, a także różnego rodzaju wrzodów. Zostały one również wykorzystane do wyeliminowania blizn i ułatwienia procesu regeneracji przeszczepów narządów.

Referencje

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molecular biology of the cell, 6th Edycja. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon on Thames, Wielka Brytania.
  2. Caley, M. P., Martins, V.L.C., O'Toole, E.A. (2015) Metaloproteinazy i gojenie ran. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologiczna rola metaloproteinaz macierzy: równowaga krytyczna. 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 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: bogate źródło cząsteczek bioaktywnych. Cząsteczki.