METALLOPROTEINASER: EGENSKABER, FUNKTIONER OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De metalloproteinaser eller metalloproteaser er enzymer der nedbryder proteiner og kræver tilstedeværelse af et metalatom at have aktivitet. Den udøvende arm for alle aktiviteter, der udføres af en celle, er enzymer.

Selvom mange proteiner spiller en strukturel rolle, udviser et stort antal, hvis ikke de fleste, en vis katalytisk aktivitet. En gruppe af disse enzymer er ansvarlige for nedbrydning af andre proteiner.

Struktur af metalloprotein MMP2. Taget og redigeret fra Emw fra Wikimedia Commons.

Samlet kaldes disse enzymer proteinaser eller proteaser. Gruppen af ​​proteaser, der kræver et metalatom for at være aktiv, kaldes metalloproteinaser.

Funktioner

Proteaser opfylder generelt en vigtig og talrige gruppe opgaver i en celle. Den mest globale opgave af alle er at tillade omsætning af proteiner, der er til stede i en celle.

Det vil sige eliminere gamle proteiner og tillade deres erstatning med nye proteiner. Nye proteiner syntetiseres de novo på ribosomer under oversættelsesprocessen.

Den vigtigste rolle af metalloproteinaser er især at regulere cellens opførsel. Dette opnås ved denne særlige gruppe af proteaser ved at kontrollere tilstedeværelsen og tidspunktet for tilstedeværelse af transkriptionelle regulatorer, responsformidlere, receptorer, strukturelle membranproteiner og indre organeller osv.

Afhængig af deres nedbrydningsmåde klassificeres proteaser, inklusive metalloproteinaser, til endoproteaser (metalloendoproteaser) eller exoproteaser (metalloexoproteaser).

De førstnævnte nedbryder proteiner fra den ene ende af proteinet (dvs. amino eller carboxyl). Endoproteaser skæres derimod inde i proteinet med en bestemt specificitet.

Generelle egenskaber ved metalloproteinaser

Metalloproteinaser er måske den mest forskellige gruppe af proteaser af de seks, der findes. Proteaser klassificeres i henhold til deres katalytiske mekanisme. Disse grupper er proteaser af cystein, serin, threonin, asparaginsyre, glutaminsyre og metalloproteinaser.

Alle metalloproteinaser kræver et metalatom for at udføre deres katalytiske snit. De metaller, der findes i metalloproteinaser, inkluderer hovedsageligt zink, men andre metalloproteinaser bruger kobolt.

For at udføre sin funktion skal metalatomet være koordineret til proteinet. Dette gøres gennem fire kontaktpunkter.

Tre af dem bruger en af ​​de ladede aminosyrer histidin, lysin, arginin, glutamat eller aspartat. Det fjerde koordinationspunkt laves af et vandmolekyle.

Klassifikation

International Union of Biochemistry and Molecular Biology har oprettet et klassificeringssystem for enzymer. I dette system identificeres enzymer med bogstaverne EC og et kodesystem med fire numre.

Det første nummer identificerer enzymer i henhold til deres virkningsmekanisme og opdeler dem i seks store klasser. Det andet nummer adskiller dem i henhold til det underlag, hvorpå de virker. De to andre numre udfører endnu mere specifikke opdelinger.

Da metalloproteinaser katalyserer hydrolysereaktioner, identificeres de med antallet EC4 i henhold til dette klassificeringssystem. Derudover hører de til underklasse 4, der huser alle hydrolaser, der virker på peptidbindinger.

Metalloproteinaser, ligesom resten af ​​proteinaserne, kan klassificeres i henhold til stedet for polypeptidkæden, som de angriber.

-Metaloproteinaser exopeptidaser

De virker på peptidbindingerne af de terminale aminosyrer i polypeptidkæden. Alle metalloproteinaser, der har to katalytiske metalioner, og nogle med en enkelt metalion er inkluderet her.

-Metaloproteinaser endopeptidaser

De virker på en hvilken som helst peptidbinding inden i polypeptidkæden, hvilket resulterer i to polypeptidmolekyler med lavere molekylvægt.

Mange af metalloproteinaser med en enkelt katalytisk metalion virker på denne måde. Dette inkluderer matrixmetalloproteinaser og ADAM-proteiner.

Matrixmetalloproteinaser (MMP)

De er enzymer, der er i stand til at virke katalytisk på nogle komponenter i den ekstracellulære matrix. Den ekstracellulære matrix er sættet af alle stoffer og materialer, der er en del af et væv, og som findes på ydersiden af ​​celler.

De er en stor gruppe enzymer til stede i fysiologiske processer og deltager i morfologiske og funktionelle ændringer af mange væv.

I skeletmuskler spiller de for eksempel en meget vigtig rolle i dannelse, ombygning og regenerering af muskelvæv. De virker også på de forskellige typer kollagener, der findes i den ekstracellulære matrix.

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

Hydrolytiske enzymer, der virker på type I, II og III kollagen, der findes mellem celler. Produkt af katabolismen af ​​disse stoffer opnås denatureret kollagen eller gelatine.

I hvirveldyr produceres dette enzym af forskellige celler, såsom fibroblaster og makrofager, såvel som af epitelceller. De kan også virke på andre molekyler i den ekstracellulære matrix.

Gelatinaser (MMP-2, MMP-9)

De hjælper med katabolismeprocessen af ​​type I, II og III collagener. De virker også på denatureret kollagen eller gelatine opnået efter virkningen af ​​kollagenaser.

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

De virker på kollagener af type IV og andre molekyler i den ekstracellulære matrix forbundet med kollagen. Dets aktivitet på gelatine er begrænset.

Stromalisin Struktur af MMP3-matrixmetalloproteinase. Taget og redigeret fra Emw fra Wikimedia Commons.

Matrilisins (MMP-7, MMP-26)

Disse er en del af kældermembranerne. De deltager i proteolytiske aktiviteter af andre metalloproteinaser i matrixen.

neprilysin

Neprilysin er en matrixmetalloproteinase, der har zink som katalysatorion. Det er ansvarligt for hydrolysering af peptiderne ved den aminoterminale hydrofobe rest.

Dette enzym findes i adskillige organer, herunder nyre, hjerne, lunge, vaskulær glat muskel såvel som i endotel, hjerte, blod, fedtceller og fibroblaster.

Neprilysin er essentiel for metabolisk nedbrydning af vasoaktive peptider. Nogle af disse peptider fungerer som vasodilatatorer, men andre har vasokonstriktorvirkninger.

Hæmning af neprisilin i forbindelse med hæmning af angiotensinreceptoren er blevet en meget lovende alternativ terapi i behandlingen af ​​patienter med hjertesvigt.

Andre matrixmetalloproteinaser

Der er nogle metalloproteinaser, der ikke falder inden for nogen af ​​ovennævnte kategorier. Et eksempel på dem har vi MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 og MMP-28.

-ADAM-proteiner

ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease) er en gruppe metalloproteinaser, kendt som metalloproteaser - desintegriner.

Disse inkluderer enzymer, der skærer eller fjerner dele af proteiner, der er udelukket fra cellen af ​​cellemembranen.

Nogle ADAM'er, især hos mennesker, mangler et funktionelt proteasedomæne. Dets vigtigste funktioner inkluderer at fungere på spermatogenese og sæd-ægfusion. De er en vigtig komponent i giftet hos mange slanger.

Andre funktioner og ændringer

Proteinændring

Metalloproteinaser kan deltage i modificering (modning) af nogle proteiner i post-translationelle processer.

Dette kan forekomme sammen med eller efter syntese af målproteinet eller på det endelige sted, hvor det er bosat for at udøve sin funktion. Dette opnås generelt med spaltning af et begrænset antal aminosyrerester fra målmolekylet.

I mere omfattende spaltningsreaktioner kan målproteinerne blive fuldstændigt nedbrudt.

Sundhedseffekter

Enhver ændring i funktionen af ​​metalloproteinaser kan have uønskede virkninger på menneskers sundhed. Derudover involverer nogle andre patologiske processer på en eller anden måde deltagelse af denne vigtige gruppe af enzymer.

Matrixmetalloproteinase 2 spiller for eksempel en vigtig rolle i kræftinvasion, progression og metastase, herunder endometriecancer. I andre tilfælde har ændring af MME-homeostase været forbundet med gigt, betændelse og nogle typer kræft.

Endelig udfører metalloproteinaser andre funktioner i naturen, som ikke er direkte relateret til fysiologien hos det individ, der producerer dem. For nogle dyr er fx produktion af giftstoffer vigtig i deres tilstand af overlevelse.

Faktisk indeholder giftet for mange slanger en kompleks blanding af bioaktive forbindelser. Blandt dem er flere metalloproteinaser, der forårsager blødning, vævsbeskadigelse, ødemer, nekrose, blandt andre effekter hos offeret.

Tilhørende patologier

Det har været muligt at bestemme, at enzymerne fra MMP-familien deltager i udviklingen af ​​forskellige sygdomme; hudsygdomme, vaskulære dysfunktioner, cirrhose, lungeemfysem, cerebral iskæmi, gigt, parodontitis og kræftmetastase, blandt andre.

Det antages, at den store række forskellige former, der kan forekomme i matrixmetalloproteinaser, kan favorisere ændringen af ​​forskellige mekanismer til genetisk regulering og således føre til en ændring i den genetiske profil.

For at hæmme udviklingen af ​​patologier, der er forbundet med MMP, er forskellige hæmmere af metallopreinaser, både naturlige og kunstige, blevet anvendt.

Naturlige hæmmere er blevet isoleret fra adskillige marine organismer, herunder fisk, bløddyr, alger og bakterier. Syntetiske hæmmere på deres side indeholder generelt en chelerende gruppe, der binder og inaktiverer den katalytiske metalion. De opnåede resultater med disse behandlingsformer har imidlertid ikke været afgørende.

Terapeutisk anvendelse

Matrixmetalloproteinaser har adskillige terapeutiske anvendelser. De bruges til behandling af forbrændinger samt forskellige typer mavesår. De er også blevet brugt til at fjerne arvæv og til at lette regenereringsprocessen i organtransplantationer.

Referencer

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, Storbritannien.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinaser og sårheling. Fremskridt inden for sårpleje, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matrixmetalloproteinasers biologiske rolle: en kritisk balance. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteaser: vogtere af mitokondriefunktion og homeostase. Celler, 7: 163. doi: 10.3390 / celler7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: en rig kilde til bioaktive molekyler. Molekyler.