Характеристики, функции и видове металопротеинази



на металопротеинази или металопротеази са ензими, които разграждат протеините и изискват присъствието на метален атом да има активност. Изпълняващото рамо на всички дейности, извършвани от клетката, са ензимите.

Въпреки че много протеини играят структурна роля, друго голямо число, ако не и повечето, проявяват известна каталитична активност. Група от тези ензими са отговорни за разграждането на други протеини.

Колективно тези ензими се наричат ​​протеинази или протеази. Групата протеази, които изискват активен метален атом, се наричат ​​металопротеинази.

индекс

  • 1 Функции
  • 2 Обща характеристика на металопротеиназите
  • 3 Класификация
    • 3.1 -Металопротеинази екзопептидаза
    • 3.2 -Металопротеинази ендопептидас
  • 4 Други функции и промени
    • 4.1 Модификация на протеини
    • 4.2 Ефекти върху здравето
  • 5 Асоциирани патологии
  • 6 Терапевтични приложения
  • 7 Препратки

функции

По принцип протеазите изпълняват важна и многобройна група задачи в клетката. Най-глобалната задача на всички е да позволи заместването на наличните в клетката протеини.

Това означава, че елиминират старите протеини и позволяват тяхното заместване с нови протеини. Синтезират се нови протеини de novo върху рибозомите по време на процеса на транслация.

Най-важната роля на металопротеиназите, по-специално, е да регулират поведението на клетката. Това се постига чрез тази конкретна група протеази, контролиращи присъствието и времето на присъствие на транскрипционни регулатори, медиатори на реакцията, рецептори, мембранни структурни протеини и вътрешни органели и др..

В зависимост от техния начин на разграждане, протеазите, включително металопротеиназите, се класифицират в ендопротеази (металоендопротеази) или екзопротеази (металопротеинази)..

Първите разграждат протеини от единия край на протеина (т.е. амино или карбоксил). Ендопротеазите, от друга страна, правят срязвания вътре в протеина със специфична специфичност.

Обща характеристика на металопротеиназите

Металопротеиназите са може би най-разнообразната група протеази от шестте съществуващи. Протеазите са класифицирани според техния каталитичен механизъм. Тези групи са протеазите на цистеин, серин, треонин, аспарагинова киселина, глутаминова киселина и металопротеиназите.

Всички металопротеинази изискват метален атом, за да могат да изпълнят тяхното каталитично разрязване. Метали в металопротеиназите включват главно цинк, но други металопротеинази използват кобалт.

За да изпълнява своята функция, металния атом трябва да бъде координиран по координиран начин с протеина. Това се прави чрез четири контактни точки.

Три от тях използват някои от аминокиселините, натоварени с хистидин, лизин, аргинин, глутамат или аспартат. Четвъртата координационна точка се прави от водната молекула.

класификация

Международният съюз по биохимия и молекулярна биология създаде система за класификация на ензимите. В тази система ензимите се идентифицират чрез буквите EC и кодирана система от четири числа.

Първото число идентифицира ензимите според техния механизъм на действие и ги разделя на шест големи класа. Второто число ги разделя според субстрата, върху който те действат. Другите две цифри правят разделения още по-конкретни.

Тъй като металопротеиназите катализират реакциите на хидролиза, те се идентифицират с EC4 номер, съгласно тази класификационна система. Освен това те принадлежат към подклас 4, в който се помещават всички хидролази, които действат върху пептидните връзки.

Металопротеиназите, както и останалите протеинази, могат да бъдат класифицирани според мястото на полипептидната верига, която атакува..

-Екзопептидазни металопротеинази

Те действат върху пептидните връзки на крайните аминокиселини на полипептидната верига. Тук са включени всички металопротеинази, които имат два каталитични метални йона и някои с един метален йон.

-Ендопептидазни металопротеинази

Те действат върху всяка пептидна връзка в полипептидната верига, което води до две молекули от полипептиди с по-ниско молекулно тегло.

Много от металопротеиназите с един каталитичен метален йон действат по този начин. Това са матрични металопротеинази и ADAM протеини

Матрични металопротеинази (MMP)

Те са ензими, способни да действат каталитично върху някои компоненти на извънклетъчната матрица. Извънклетъчният матрикс е набор от всички вещества и материали, които са част от тъкан и които са разположени от външната страна на клетките.

Те са многобройни групи ензими, присъстващи във физиологични процеси, и участват в морфологични и функционални промени на много тъкани.

В скелетните мускули, например, те играят много важна роля в образуването, ремоделирането и регенерацията на мускулната тъкан. Те действат и върху различните видове колагени, присъстващи в извънклетъчната матрица.

Колагенази (ММР-1, ММР-8, ММР-13, ММР-18)

Хидролитични ензими, които действат върху колаген тип I, II и III, открити между клетките. Получава се продукт на катаболизма на тези вещества, денатуриран колаген или желатин.

При гръбначните животни този ензим се произвежда от различни клетки, като фибробласти и макрофаги, както и от епителни клетки. Те могат да действат и върху други молекули на извънклетъчната матрица.

Желатинази (ММР-2, ММР-9)

Те допринасят за катаболизма на колагени тип I, II и III. Те действат и върху денатурирания колаген или желатин, получен след действието на колагеназите.

Естромализини (ММР-3, ММР-10, ММР-11)

Те действат върху тип IV колагени и върху други молекули на извънклетъчния матрикс, свързани с колаген. Неговата активност върху желатина е ограничена.

Матрилизини (ММР-7, ММР-26).

Те са металопротеинази, структурно по-прости от останалите. Те са свързани с туморни епителни клетки.

Металопротеази, свързани с мембрани (MT-MMP)

Те са част от базалните мембрани. Те участват в протеолитичните дейности на други матрични металопротеинази.

неприлизин

Неприлизин е матрична металопротеиназа, която има цинк като каталитичен йон. Той е отговорен за хидролизирането на пептидите в амино-терминалния хидрофобен остатък.

Този ензим се намира в множество органи, включително бъбреците, мозъка, белите дробове, съдовите гладки мускули, както и ендотелните, сърдечните, кръвните, мастните клетки и фибробластите..

Неприлизин е от съществено значение за метаболитно разграждане на вазоактивните пептиди. Някои от тези пептиди действат като вазодилататори, но други имат вазоконстрикторни ефекти.

Инхибирането на neprisiline, заедно с инхибирането на рецептора на ангиотензин, се превърна в многообещаваща алтернативна терапия при лечението на пациенти със сърдечна недостатъчност..

Други матрични металопротеинази

Има някои металопротеинази, които не попадат в нито една от предишните категории. Пример за тях е MMP-12; ММР-9; ММР-20; ММР-22; ММР-23 и ММР-28.

-ADAM протеини

ADAM (А дезинтегрин и металопротеаза, с английското му наименование) са група металопротеинази, известни като металопротеази - дезинтегрини.

Те включват ензими, които отрязват или елиминират части от протеини, които са изключени от клетката чрез мембраната на тази клетка..

Някои ADAM, особено при хора, нямат функционален протеазен домен. Сред основните му функции са въздействието върху сперматогенезата и сливането на сперматозоидите. Те са важен компонент на отровата на много змии.

Други функции и промени

Протеинова модификация

Металопротеиназите могат да участват в модифицирането (узряването) на някои протеини в пост-транслационните процеси.

Това може да се случи едновременно с или след синтеза на целевия протеин или на крайното място, където се намира, за да изпълнява своята функция. Това обикновено се постига с разцепването на ограничен брой аминокиселинни остатъци на таргет молекулата.

При по-обширни реакции на разцепване белите протеини могат да бъдат напълно разградени.

Ефекти върху здравето

Всяка промяна във функционирането на металопротеиназите може да има нежелани ефекти върху здравето на човека. В допълнение, някои други патологични процеси включват по някакъв начин участието на тази важна група ензими.

Матричната металопротеиназа 2, например, играе важна роля в инвазията от рак, неговата прогресия и метастази, включително рак на ендометриума. В други случаи, изменението на хомеостазата на MMEs е свързано с артрит, възпаление и някои видове рак \ t.

Накрая, металопротеиназите изпълняват други функции в природата, които не са пряко свързани с физиологията на индивида, който ги произвежда. За някои животни, например, производството на отрови е важно в техния режим на оцеляване.

Всъщност отровата на много змии съдържа сложна смес от биоактивни съединения. Сред тях са няколко металопротеинази, които причиняват кървене, увреждане на тъканите, оток, некроза, наред с други ефекти върху жертвата..

Свързани патологии

Установено е, че ензимите от семейството на ММР участват в развитието на различни заболявания; кожни заболявания, съдови дисфункции, цироза, белодробен емфизем, церебрална исхемия, артрит, пародонтит и ракови метастази,.

Смята се, че голямото разнообразие от форми, които могат да възникнат в матриксните металопротеинази, могат да благоприятстват промяната на няколко механизма на генетична регулация, което води до промяна в генетичния профил..

За инхибиране на развитието на патологии, свързани с ММР, са използвани различни инхибитори на металопреинази, както естествени, така и изкуствени..

Естествените инхибитори са изолирани от многобройни морски организми, включително риби, мекотели, водорасли и бактерии. Синтетичните инхибитори, от друга страна, обикновено съдържат хелатираща група, която се свързва и инактивира каталитичния метален йон. Резултатите, получени при тези терапии, обаче, не са убедителни.

Терапевтични цели

Матриксните металопротеинази притежават няколко терапевтични приложения. Те се използват за лечение на изгаряния, както и за различни видове язви. Те също са използвани за елиминиране на белег и за улесняване на процеса на регенерация при трансплантации на органи.

препратки

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Молекулярна биология на клетката, 6тата Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Обединено кралство.
  2. Caley, М. P., Martins, V.L.C., O'Toole, E.A. (2015) Металопротеинази и заздравяване на рани. Напредък в грижата за рани, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Биологична роля на матричните металопротеинази: критичен баланс. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) ААА протеази: пазители на митохондриална функция и хомеостаза. Cells, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018). молекули.