Metalloproteinaser egenskaber, funktioner og typer



den metalloproteinaser eller metalloproteaser er enzymer, der nedbryder proteiner og kræver tilstedeværelse af et metalatom for at have aktivitet. Den udførende arm af alle aktiviteter udført af en celle er enzymerne.

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

Samlet kaldes disse enzymer proteinaser eller proteaser. Gruppen af ​​proteaser, der kræver, at et metalatom er aktivt, kaldes metalloproteinaser.

indeks

  • 1 funktioner
  • 2 Generelle egenskaber ved metalloproteinaser
  • 3 klassificering
    • 3.1 -Metaloproteinaser exopeptidaser
    • 3,2-metaloproteinaser endopeptidaser
  • 4 Andre funktioner og ændringer
    • 4.1 Modifikation af proteiner
    • 4.2 Virkninger på sundheden
  • 5 associerede patologier
  • 6 Terapeutiske anvendelser
  • 7 referencer

funktioner

Proteaserne opfylder generelt en vigtig og talrige gruppe opgaver i en celle. Den mest globale opgave er at tillade udskiftning af de 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 metalloproteinaser er især at regulere opførelsen af ​​cellen. Dette opnås ved denne særlige gruppe af proteaser, der styrer tilstedeværelsen og tiden for tilstedeværelsen af ​​transkriptionsregulatorer, responsmediatorer, receptorer, membranstrukturproteiner og interne organeller mv..

Afhængigt af deres nedbrydningstilstand klassificeres proteaser, herunder metalloproteinaser, i endoproteaser (metalloendoproteaser) eller exoproteaser (metalloproteinaser)..

De tidligere nedbryder proteiner fra den ene ende af proteinet (dvs. amino eller carboxyl). Endoproteaserne gør derimod nedskæringer inde i proteinet med en specifik specificitet.

Generelle egenskaber ved metalloproteinaser

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

Alle metalloproteinaser kræver et metalatom for at kunne udføre deres katalytiske snit. Metaller til stede i metalloproteinaser indeholder hovedsageligt zink, men andre metalloproteinaser bruger kobolt.

For at udføre sin funktion skal metalatomet koordineres på en koordineret måde med proteinet. Dette sker gennem fire kontaktpunkter.

Tre af dem bruger nogle af de aminosyrer ladede histidin, lysin, arginin, glutamat eller aspartat. Det fjerde koordinationspunkt er lavet af et vandmolekyle.

klassifikation

Den Internationale Union for Biokemi og Molekylærbiologi har oprettet et klassifikationssystem for enzymer. I dette system identificeres enzymerne med bogstaverne EC og et kodet system med fire tal.

Det første tal identificerer enzymerne i henhold til deres virkningsmekanisme og deler dem i seks store klasser. Det andet tal adskiller dem i henhold til substratet, på hvilket de virker. De to andre tal gør divisioner endnu mere specifikke.

Fordi metalloproteinaser katalyserer hydrolysereaktioner, identificeres de med EC4-nummeret ifølge dette klassifikationssystem. Derudover tilhører de underklasse 4, som huser alle hydrolaser, der virker på peptidbindinger.

Metalloproteinaser, som resten af ​​proteinaserne, kan klassificeres i overensstemmelse med stedet for polypeptidkæden, der angriber.

-Exopeptidase metalloproteinaser

De virker på peptidbindingerne af de terminale aminosyrer i polypeptidkæden. Her indgår alle metalloproteinaser, der har to katalytiske metalioner og nogle med en enkelt metalion.

-Endopeptidase metalloproteinaser

De virker på en hvilken som helst peptidbinding inden for polypeptidkæden, hvilket resulterer i to molekyler af polypeptider med lavere molekylvægt.

Mange af metalloproteinaserne med en enkelt katalytisk metalionhandling virker på denne måde. Her er matrixmetalloproteinaser og ADAM-proteiner

Matrix metalloproteinaser (MMP)

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

De er en lang række enzymer til stede i fysiologiske processer, og de deltager i morfologiske og funktionelle ændringer af mange væv.

I skeletmusklerne spiller de for eksempel en meget vigtig rolle i dannelsen, remodelleringen og regenereringen af ​​muskelvæv. De virker også på de forskellige typer af collagener, der er til stede i den ekstracellulære matrix.

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

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

Hos 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 bidrager til katabolisme processen af ​​type I, II og III collagener. De virker også på detatureret kollagen eller gelatine opnået efter virkningen af ​​collagenaser.

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

De virker på type IV collagener og på andre molekyler af den ekstracellulære matrix forbundet med collagen. Dens aktivitet på gelatine er begrænset.

Matrilysiner (MMP-7, MMP-26).

De er metalloproteinaser strukturelt enklere end resten. De er relateret til tumorepitelceller.

Membranassocierede metalloproteaser (MT-MMP)

Disse er en del af de basale membraner. De deltager i proteolytiske aktiviteter i andre matrixmetalloproteinaser.

neprilysin

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

Dette enzym findes i adskillige organer, herunder nyre, hjerne, lunge, vaskulær glatmuskel samt endotel-, hjerte-, blod-, fedtceller og fibroblaster..

Neprilysin er afgørende for metabolisk nedbrydning af vasoaktive peptider. Nogle af disse peptider virker som vasodilatorer, men andre har vasokonstrictorvirkninger.

Inhiberingen af ​​neprisilin sammen med hæmningen af ​​angiotensinreceptoren er blevet en meget lovende alternativ terapi til behandling af patienter med hjertesvigt..

Andre matrixmetalloproteinaser

Der er nogle metalloproteinaser, der ikke falder ind i nogen af ​​de foregående kategorier. 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 dets engelske navn) er en gruppe af metalloproteinaser, kendt som metalloproteaser - desintegriner.

Disse indbefatter enzymer, der skærer eller eliminerer portioner af proteiner, der udelukkes fra cellen ved membranen i denne celle..

Nogle ADAM, især hos mennesker, mangler et funktionelt protease domæne. Blandt dens hovedfunktioner virker spermatogenese og sæd-æg fusion. De er en vigtig del af giftet hos mange slanger.

Andre funktioner og ændringer

Protein modifikation

Metalloproteinaser kan deltage i modificeringen (modning) af nogle proteiner i posttranslationelle processer.

Dette kan forekomme i forbindelse med eller efterfølgende syntesen af ​​målproteinet eller på det endelige sted, hvor det er bopæl for at udføre dets funktion. Dette opnås sædvanligvis med spaltningen af ​​et begrænset antal aminosyrerester af målmolekylet.

I mere omfattende spaltningsreaktioner kan hvide proteiner nedbrydes fuldstændigt.

Virkninger på sundheden

Enhver ændring i metalloproteinases funktion kan have uønskede virkninger på menneskets sundhed. Derudover involverer nogle andre patologiske processer på en eller anden måde deltagelsen af ​​denne vigtige gruppe enzymer.

Matrixmetalloproteinase 2, for eksempel spiller i vigtig rolle i kræft invasion, metastase og progression, herunder endometriecancer. I andre tilfælde har ændringen af ​​homeostasen af ​​MME'erne været relateret til arthritis, inflammation og visse former for cancer.

Endelig opfylder metalloproteinaser andre funktioner i naturen, der ikke er direkte relateret til fysiologien hos det individ, der producerer dem. For nogle dyr er for eksempel produktion af giftstoffer vigtig i deres overlevelsestilstand.

Faktisk indeholder mange slanger giftigt en kompleks blanding af bioaktive forbindelser. Blandt dem er flere metalloproteinaser, der forårsager blødning, vævsskade, ødem, nekrose, blandt andre effekter i ofret.

Tilknyttede patologier

Det er blevet fastslået, at enzymerne i MMP-familien deltager i udviklingen af ​​forskellige sygdomme; hudsygdomme, vaskulære dysfunktioner, cirrose, lungemfysem, cerebral iskæmi, arthritis, periodontitis og kræftmetastase, blandt andre.

Det antages, at det store udvalg af former, der kan forekomme i matrixmetalloproteinaserne, kan favorisere ændringen af ​​flere mekanismer for genetisk regulering, der fører på denne måde til en ændring i den genetiske profil.

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

Naturlige hæmmere er blevet isoleret fra adskillige marine organismer, herunder fisk, bløddyr, alger og bakterier. Syntetiske inhibitorer indeholder derimod generelt en chelaterende gruppe, der binder og inaktiverer den katalytiske metalion. Resultaterne opnået med disse terapier har imidlertid ikke været afgørende.

Terapeutiske anvendelser

Matrix-metalloproteinaserne har flere terapeutiske anvendelser. De bruges til at behandle forbrændinger, såvel som forskellige typer af sår. De er også blevet brugt til at fjerne arvæv og for at lette regenereringsprocessen i organtransplantationer.

referencer

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molekylærbiologi af cellen, 6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Det Forenede Kongerige.
  2. Caley, M.P., Martins, V.L.C., O'Toole, E.A. (2015) Metalloproteinaser og sårheling. Fremskridt i sårpleje, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matrixmetalloproteinaserets biologiske rolle: En kritisk balance. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA-proteaser: Forkæmpere af mitokondriel funktion og 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) Vipere fra Mellemøsten: en rig kilde til bioaktive molekyler. molekyler.