METALLOPROTEINASER: EGENSKAPER, FUNKTIONER OCH TYPER - BIOLOGI - 2025

De metalloproteinaser eller metalloproteaser är enzymer som bryter ner proteiner och kräver närvaro av en metallatom ha aktivitet. Den verkställande armen för alla aktiviteter som utförs av en cell är enzymer.

Även om många proteiner spelar en strukturell roll, uppvisar ett stort antal, om inte de flesta, viss katalytisk aktivitet. En grupp av dessa enzymer ansvarar för nedbrytning av andra proteiner.

Struktur av metalloproteinet MMP2. Hämtad och redigerad från Emw, från Wikimedia Commons.

Sammantaget kallas dessa enzymer proteinaser eller proteaser. Gruppen proteaser som kräver att en metallatom är aktiv kallas metalloproteinaser.

Funktioner

Proteaser uppfyller i allmänhet en viktig och många grupp av uppgifter i en cell. Den mest globala uppgiften av alla är att tillåta omsättningen av proteiner som finns i en cell.

Det vill säga eliminera gamla proteiner och tillåta att de ersätts med nya proteiner. Nya proteiner syntetiseras de novo på ribosomer under översättningsprocessen.

Den viktigaste rollen för metalloproteinaser, i synnerhet, är att reglera cellens beteende. Detta uppnås med denna specifika grupp proteaser genom att kontrollera närvaron och tid för närvaro av transkriptionella regulatorer, svarsförmedlare, receptorer, strukturella membranproteiner och inre organeller, etc.

Beroende på deras nedbrytningssätt klassificeras proteaser, inklusive metalloproteinaser, till endoproteaser (metalloendoproteaser) eller exoproteaser (metalloexoproteaser).

De förra nedbrytar proteiner från den ena änden av proteinet (dvs. amino eller karboxyl). Endoproteaser, å andra sidan, skär in i proteinet med en viss specificitet.

Allmänna egenskaper hos metalloproteinaser

Metalloproteinaser är kanske den mest varierande gruppen av proteaser av de sex som finns. Proteaser klassificeras enligt deras katalytiska mekanism. Dessa grupper är proteaserna av cystein, serin, treonin, asparaginsyra, glutaminsyra och metalloproteinaser.

Alla metalloproteinaser kräver en metallatom för att utföra sitt katalytiska snitt. Metallerna som finns i metalloproteinaser inkluderar huvudsakligen zink, men andra metalloproteinaser använder kobolt.

För att kunna utföra sin funktion måste metallatomen vara koordinerat till proteinet. Detta görs genom fyra kontaktpunkter.

Tre av dem använder en av de laddade aminosyrorna histidin, lysin, arginin, glutamat eller aspartat. Den fjärde koordinationspunkten görs av en vattenmolekyl.

Klassificering

International Union of Biochemistry and Molecular Biology har inrättat ett klassificeringssystem för enzymer. I detta system identifieras enzymer med bokstäverna EC och ett kodningssystem med fyra siffror.

Det första numret identifierar enzymer enligt deras verkningsmekanism och delar upp dem i sex stora klasser. Det andra numret separerar dem beroende på det underlag som de verkar på. De andra två siffrorna utför ännu mer specifika uppdelningar.

Eftersom metalloproteinaser katalyserar hydrolysreaktioner identifieras de med antalet EC4 enligt detta klassificeringssystem. Dessutom tillhör de underklass 4, som innehåller alla hydrolaser som verkar på peptidbindningar.

Metalloproteinaser, liksom resten av proteinaserna, kan klassificeras beroende på platsen för polypeptidkedjan som de attackerar.

-Metaloproteinaser exopeptidaser

De verkar på peptidbindningarna i de terminala aminosyrorna i polypeptidkedjan. Här ingår alla metalloproteinaser som har två katalytiska metalljoner och några med en enda metalljon.

-Metaloproteinaser endopeptidaser

De verkar på vilken peptidbindning som helst inom polypeptidkedjan, vilket resulterar i två polypeptidmolekyler med lägre molekylvikt.

Många av metalloproteinaser med en enda katalytisk metalljon verkar på detta sätt. Detta inkluderar matrismetalloproteinaser och ADAM-proteiner.

Matrismetalloproteinaser (MMP)

De är enzymer som kan verka katalytiskt på vissa komponenter i den extracellulära matrisen. Den extracellulära matrisen är uppsättningen av alla ämnen och material som ingår i en vävnad och som finns på utsidan av celler.

De är en stor grupp enzymer som finns i fysiologiska processer och deltar i morfologiska och funktionella förändringar av många vävnader.

I skelettmusklerna spelar de till exempel en mycket viktig roll vid bildning, ombyggnad och regenerering av muskelvävnad. De verkar också på olika typer av kollagener som finns i den extracellulära matrisen.

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

Hydrolytiska enzymer som verkar på kollagen av typ I, II och III som finns mellan celler. Produkt av katabolismen av dessa ämnen erhålls denaturerad kollagen eller gelatin.

I ryggradsdjur produceras detta enzym av olika celler, såsom fibroblaster och makrofager, såväl som av epitelceller. De kan också verka på andra molekyler i den extracellulära matrisen.

Gelatinaser (MMP-2, MMP-9)

De hjälper till i katabolismprocessen av kollagener av typ I, II och III. De verkar också på denaturerat kollagen eller gelatin erhållet efter verkan av kollagenaser.

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

De verkar på kollagener av typ IV och andra molekyler i den extracellulära matrisen associerad med kollagen. Dess aktivitet på gelatin är begränsad.

Stromalisin Struktur för MMP3-matrismetalloproteinas. Hämtad och redigerad från Emw, från Wikimedia Commons.

Matrilisins (MMP-7, MMP-26)

Dessa är en del av källarmembranen. De deltar i proteolytiska aktiviteter för andra metalloproteinaser i matrisen.

neprilysin

Neprilysin är ett matrismetalloproteinas som har zink som katalysatorjon. Det är ansvarigt för hydrolysering av peptiderna vid den aminoterminala hydrofoba återstoden.

Detta enzym finns i många organ, inklusive njurar, hjärnan, lungorna, vaskulär glatt muskel, såväl som i endotel, hjärt, blod, fettceller och fibroblaster.

Neprilysin är viktigt för metabolisk nedbrytning av vasoaktiva peptider. Vissa av dessa peptider fungerar som vasodilatatorer, men andra har vasokonstriktoreffekter.

Hämning av neprisilin, i samband med hämning av angiotensinreceptorn, har blivit en mycket lovande alternativ terapi vid behandling av patienter med hjärtsvikt.

Andra matrismetalloproteinaser

Det finns några metalloproteinaser som inte faller inom någon av ovanstående kategorier. Ett exempel på dem har vi MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 och MMP-28.

-ADAM-proteiner

ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease) är en grupp metalloproteinaser, känd som metalloproteaser - desintegriner.

Dessa inkluderar enzymer som skär eller tar bort delar av proteiner som utesluts från cellen av cellmembranet.

Vissa ADAM, särskilt hos människor, saknar en funktionell proteasdomän. Dess huvudfunktioner inkluderar att agera på spermatogenes och spermie-äggfusion. De är en viktig komponent i giftet hos många ormar.

Andra funktioner och förändringar

Proteinmodifiering

Metalloproteinaser kan delta i modifiering (mognad) av vissa proteiner i post-translationella processer.

Detta kan ske tillsammans med eller efter syntesen av målproteinet eller på det slutliga stället där det finns för att utöva sin funktion. Detta uppnås generellt genom klyvning av ett begränsat antal aminosyrarester från målmolekylen.

Vid mer omfattande klyvningsreaktioner kan målproteinerna brytas fullständigt ned.

Hälsoeffekter

Varje förändring av metalloproteinaser kan ha oönskade effekter på människors hälsa. Dessutom involverar vissa andra patologiska processer på något sätt deltagande av denna viktiga grupp av enzymer.

Matrismetalloproteinas 2 spelar till exempel en viktig roll vid cancerinvasion, progression och metastaser, inklusive endometrial cancer. I andra fall har förändring av MME-homeostas kopplats till artrit, inflammation och vissa typer av cancer.

Slutligen uppfyller metalloproteinaser andra funktioner i naturen som inte är direkt relaterade till fysiologin hos individen som producerar dem. För vissa djur är till exempel produktion av gifter viktig i deras överlevnadssätt.

I själva verket innehåller giftet för många ormar en komplex blandning av bioaktiva föreningar. Bland dem finns flera metalloproteinaser som orsakar blödning, vävnadsskada, ödem, nekros, bland andra effekter hos offret.

Tillhörande patologier

Det har varit möjligt att bestämma att enzymerna från MMP-familjen deltar i utvecklingen av olika sjukdomar; hudsjukdomar, vaskulära dysfunktioner, cirrhos, lungemfysem, cerebral ischemi, artrit, parodontit och cancermetastas, bland andra.

Det antas att den stora variationen av former som kan förekomma i matrismetalloproteinaser kan gynna förändringen av olika mekanismer för genetisk reglering, vilket således leder till en förändring i den genetiska profilen.

För att hämma utvecklingen av patologier associerade med MMP har olika hämmare av metallopreinaser, både naturliga och artificiella, använts.

Naturliga hämmare har isolerats från många marina organismer, inklusive fisk, blötdjur, alger och bakterier. Syntetiska hämmare, för sin del, innehåller i allmänhet en kelatgrupp som binder och inaktiverar den katalytiska metalljonen. Resultaten som erhållits med dessa terapier har emellertid inte varit avgörande.

Terapeutiska användningar

Matrixmetalloproteinaser har flera terapeutiska användningar. De används för att behandla brännskador, liksom olika typer av sår. De har också använts för att ta bort ärrvävnad och för att underlätta regenereringsprocessen i organtransplantationer.

referenser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, 6: ^e upplagan. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Storbritannien.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinaser och sårläkning. Framsteg inom sårvård, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologisk roll för matrismetalloproteinaser: en kritisk balans. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteaser: skyddare av mitokondriell funktion och homeostas. 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 rik källa till bioaktiva molekyler. Molekyler.