МЕТАЛОПРОТЕИНАЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ И ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На металопротеинази или металопротеази са ензими, които разграждат протеини и изискват присъствието на метален атом, че имат активност. Изпълнителната част на всички дейности, извършвани от клетка, са ензими.

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

Структура на металопротеина MMP2. Взето и редактирано от Emw, от Wikimedia Commons.

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

Характеристика

Като цяло протеазите изпълняват важна и многобройна група задачи в клетката. Най-глобалната задача от всички е да се позволи оборотите на протеини, присъстващи в клетка.

Тоест, елиминирайте старите протеини и разрешете тяхното заместване с нови протеини. Новите протеини се синтезират de novo върху рибозомите по време на процеса на превод.

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

В зависимост от начина им на разграждане протеазите, включително металопротеиназите, се класифицират в ендопротеази (металоендопротеази) или екзопротеази (металоексопротеази).

Бившите разграждат протеините от единия край на протеина (т.е. амино или карбоксил). Ендопротеазите, от друга страна, нарязват вътре протеина с определена специфичност.

Обща характеристика на металопротеиназите

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

Всички металопротеинази се нуждаят от метален атом, за да извършат каталитичния си разрез. Металите, присъстващи в металопротеиназите, включват главно цинк, но други металопротеинази използват кобалт.

За да изпълнява своята функция, металният атом трябва да бъде комплексно комплексиран към протеина. Това става чрез четири точки за контакт.

Три от тях използват една от заредените аминокиселини хистидин, лизин, аргинин, глутамат или аспартат. Четвъртата координационна точка се прави от водна молекула.

класификация

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

Първото число идентифицира ензимите според механизма им на действие и ги разделя на шест големи класа. Второто число ги разделя според субстрата, върху който действат. Другите две числа изпълняват още по-конкретни деления.

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

Металопротеиназите, подобно на останалите протеинази, могат да бъдат класифицирани според мястото на полипептидната верига, която атакуват.

-Екзопептидази на 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.

-Металопротеинази ендопептидази

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

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

Матрична металопротеиназа (MMP)

Те са ензими, способни да действат каталитично върху някои компоненти на извънклетъчната матрица. Извънклетъчната матрица е съвкупността от всички вещества и материали, които са част от тъкан и се намират от външната страна на клетките.

Те са голяма група ензими, присъстващи във физиологичните процеси и участват в морфологични и функционални изменения на много тъкани.

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

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

Хидролитични ензими, които действат на колаген тип I, II и III, открит между клетките. Продуктът на катаболизма на тези вещества се получава 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 (MMP-2, MMP-9)

Те помагат в процеса на катаболизъм от колагени от тип I, II и III. Те действат и върху денатуриран колаген или желатин, получени след действието на колагеназите.

Стромализини (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Те действат върху колагени от тип IV и други молекули на извънклетъчната матрица, свързани с колаген. Активността му върху желатина е ограничена.

Stromalisin Структура на ММР3 матричната металопротеиназа. Взето и редактирано от Emw, от Wikimedia Commons.

Матрилизини (MMP-7, MMP-26)

Това са част от мембраните на мазето. Те участват в протеолитичните дейности на други металопротеинази в матрицата.

неприлизин

Неприлизин е матрична металопротеиназа, която има цинк като йон на катализатор. Той е отговорен за хидролизата на пептидите в амино-крайния хидрофобен остатък.

Този ензим се намира в множество органи, включително бъбреците, мозъка, белите дробове, съдовата гладка мускулатура, както и в ендотелните, сърдечните, кръвните, мастните клетки и фибробластите.

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

Инхибирането на неприсилин във връзка с инхибирането на ангиотензиновия рецептор се превърна в много обещаваща алтернативна терапия при лечение на пациенти със сърдечна недостатъчност.

Други матрични металопротеинази

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

-АДАМ протеини

ADAMs (A Disintegrin And Metalloprotease) са група металопротеинази, известни като металопротеази - дизинтегрини.

Те включват ензими, които отрязват или премахват части от протеини, които са изключени от клетката от клетъчната мембрана.

Някои ADAMs, особено при хора, нямат функционален протеазен домейн. Основните му функции включват действие върху сперматогенезата и сливането на сперматозоида. Те са важен компонент на отровата на много змии.

Други функции и промени

Модификация на протеини

Металопротеиназите могат да участват в модификацията (узряването) на някои протеини в посттранслационни процеси.

Това може да се случи едновременно със или след синтеза на целевия протеин или в крайното място, където той пребивава, за да упражнява своята функция. Това обикновено се постига с разцепването на ограничен брой аминокиселинни остатъци от целевата молекула.

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

Въздействия върху здравето

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

Матричната металопротеиназа 2 например играе важна роля в раковата инвазия, прогресията и метастазите, включително рак на ендометриума. В други случаи промяната на MME хомеостазата е свързана с артрит, възпаление и някои видове рак.

И 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 начина им на оцеляване.

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

Свързани патологии

Възможно е да се определи, че ензимите от семейството на MMP участват в развитието на различни заболявания; кожни заболявания, съдови дисфункции, цироза, белодробен емфизем, церебрална исхемия, артрит, пародонтит и ракови метастази, наред с други.

Смята се, че голямото разнообразие от форми, които могат да възникнат в матричните металопротеинази, може да благоприятства промяната на няколко механизма на генетична регулация, като по този начин води до промяна в генетичния профил.

За да се инхибира развитието на патологии, свързани с MMP, са използвани различни инхибитори на металопреинази, естествени и изкуствени.

Естествените инхибитори са изолирани от множество морски организми, включително риба, мекотели, водорасли и бактерии. Синтетичните инхибитори от своя страна обикновено съдържат хелатна група, която свързва и инактивира каталитичния метален йон. Резултатите, получени при тези терапии, обаче не са категорични.

Терапевтични приложения

Матричните металопротеинази имат няколко терапевтични приложения. Използват се за лечение на изгаряния, както и различни видове язви. Те също са били използвани за премахване на белези и за улесняване на процеса на регенерация при трансплантация на органи.

Препратки

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, ^6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Абингдон на Темза, Обединеното кралство.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Металопротеинази и зарастване 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. Европейски респираторен журнал, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) ААА протеази: пазители на митохондриалната функция и хомеостазата. Клетки, 7: 163. doi: 10.3390 / клетки7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: богат източник на биоактивни молекули. Молекули.