Metalloproteinaaside omadused, funktsioonid ja tüübid



The metalloproteinaasid või metalloproteaasid on ensüümid, mis lagundavad valke ja vajavad metalli aatomi olemasolu. Kõigi rakkude poolt teostatavate tegevuste täidesaatev käsi on ensüümid.

Kuigi paljudel valkudel on struktuurne roll, ilmneb teisel suurel hulgal, kui mitte enamusel, katalüütiline aktiivsus. Nende ensüümide rühm vastutab teiste valkude lagundamise eest.

Neid ensüüme nimetatakse kollektiivselt proteinaasideks või proteaasideks. Metalloproteinaase nimetatakse proteaaside rühmaks, mis vajavad metalli aatomit aktiivseks.

Indeks

  • 1 Funktsioonid
  • 2 Metalloproteinaaside üldised omadused
  • 3 Klassifikatsioon
    • 3.1 -Metaloproteinaasid exopeptidasas
    • 3.2 -Metaloproteinaasid endopeptidasas
  • 4 Muud funktsioonid ja muudatused
    • 4.1 Valkude modifitseerimine
    • 4.2 Mõju tervisele
  • 5 Seotud patoloogiad
  • 6 Terapeutiline kasutus
  • 7 Viited

Funktsioonid

Üldiselt täidavad proteaasid rakus olulist ja arvukat rühma ülesandeid. Kõigi kõige globaalsem ülesanne on lubada rakus olevate valkude asendamist.

See tähendab vanade valkude kõrvaldamist ja nende asendamist uute valkudega. Sünteesitakse uued valgud de novo ribosoomidele.

Metalloproteinaaside kõige olulisem roll on eelkõige raku käitumise reguleerimine. See saavutatakse selle spetsiifilise proteaasirühma abil, mis kontrollib transkriptsiooniregulaatorite, reaktsioonivahendajate, retseptorite, membraani struktuurvalkude ja sisemiste organellide olemasolu ja aega..

Sõltuvalt nende lagunemisviisist klassifitseeritakse proteaasid, sealhulgas metalloproteinaasid, endoproteaasidesse (metalloendoproteaasidesse) või eksoproteaasidesse (metalloproteinaasidesse)..

Endised lagundavad valke valgu ühest otsast (st amino- või karboksüülrühma). Teisest küljest teevad endoproteaasid spetsiifilise spetsiifilisusega proteiini piires.

Metalloproteinaaside üldised omadused

Metalloproteinaasid on ilmselt kõige mitmekesisem kuue olemasoleva proteaaside rühm. Proteaasid klassifitseeritakse nende katalüütilise mehhanismi järgi. Need rühmad on tsüsteiini, seriini, treoniini, asparagiinhappe, glutamiinhappe ja metalloproteinaaside proteaasid..

Kõik metalloproteinaasid nõuavad metalli aatomit, et oleks võimalik nende katalüütiline lõikamine läbi viia. Metalloproteinaasides esinevad metallid sisaldavad peamiselt tsinki, kuid teised metalloproteinaasid kasutavad koobaltit.

Oma funktsiooni täitmiseks tuleb metalliaatomit koordineerida valguga. Seda tehakse nelja kontaktpunkti kaudu.

Kolm neist kasutavad mõnda aminohapet, mis on laaditud histidiin, lüsiin, arginiin, glutamaat või aspartaat. Neljas koordineerimispunkt on tehtud veemolekuliga.

Klassifikatsioon

Rahvusvaheline biokeemia ja molekulaarbioloogia liit on loonud ensüümide klassifitseerimissüsteemi. Selles süsteemis identifitseeritakse ensüümid tähega EC ja nelja numbriga kodeeritud süsteemiga.

Esimene number identifitseerib ensüüme vastavalt nende toimemehhanismile ja jagab need kuueks suureks klassiks. Teine number eraldab need vastavalt substraadile, millel nad tegutsevad. Ülejäänud kaks numbrit muudavad jaotused veelgi täpsemaks.

Kuna metalloproteinaasid katalüüsivad hüdrolüüsi reaktsioone, identifitseeritakse need vastavalt klassifitseerimissüsteemile EC4 numbriga. Lisaks kuuluvad nad alamklassi 4, mis sisaldab kõiki hüdrolaase, mis toimivad peptiidsidemete suhtes.

Metalloproteinaase, nagu ka ülejäänud proteinaase, võib klassifitseerida vastavalt polüpeptiidahela asukohale, mis ründab.

-Eksopeptidaasi metalloproteinaasid

Nad toimivad polüpeptiidahela terminaalsete aminohapete peptiidsidemete suhtes. Siia kuuluvad kõik metalloproteinaasid, millel on kaks katalüütilise metalli iooni ja mõned ühe metalliiooniga.

-Endopeptidaasi metalloproteinaasid

Nad toimivad polüpeptiidahela mis tahes peptiidsidemel, mille tulemuseks on kaks madalama molekulmassiga polüpeptiidi molekuli.

Sel moel toimivad mitmed ühe katalüütilise metalli iooniga metalloproteinaasid. Siin on maatriksi metalloproteinaasid ja ADAM-valgud

Maatriksi metalloproteinaasid (MMP)

Need on ensüümid, mis on võimelised toimima ekstratsellulaarse maatriksi mõnedes komponentides katalüütiliselt. Ekstratsellulaarne maatriks on kõigi ainete ja materjalide kogum, mis on osa koest ja mis asuvad rakkude välisküljel.

Need on paljud füsioloogilistes protsessides esinevad ensüümide rühmad ja nad osalevad paljude kudede morfoloogilistes ja funktsionaalsetes muutustes..

Skeleti lihastes mängivad nad väga olulist rolli lihaskoe moodustumisel, ümberkujundamisel ja taastumisel. Nad toimivad ka ekstratsellulaarses maatriksis esinevate erinevate kollageenide suhtes.

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

Rakkude vahel leitud I, II ja III tüüpi kollageeni toimivad hüdrolüütilised ensüümid. Saadakse nende ainete katabolism, mis on denatureeritud kollageen või želatiin.

Selgroogsete puhul toodetakse seda ensüümi erinevate rakkude, näiteks fibroblastide ja makrofaagide, samuti epiteelirakkude poolt. Samuti võivad nad mõjutada teisi rakuvälise maatriksi molekule.

Želatinaasid (MMP-2, MMP-9)

Nad aitavad kaasa I, II ja III tüüpi kollageenide katabolismile. Nad toimivad ka denatureeritud kollageeni või želatiini suhtes, mis on saadud pärast kollagenaaside toimimist.

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

Nad toimivad IV tüüpi kollageenide ja teiste kollageeniga seotud ekstratsellulaarse maatriksi molekulide suhtes. Selle toime želatiinile on piiratud.

Matriliinid (MMP-7, MMP-26).

Nad on metalloproteiinid, mis on struktuurilt lihtsamad kui ülejäänud. Need on seotud kasvaja epiteelirakkudega.

Membraaniga seotud metalloproteaasid (MT-MMP)

Need on osa basaalmembraanidest. Nad osalevad teiste maatriksi metalloproteinaaside proteolüütilises aktiivsuses.

Neprilüsiin

Neprilüsiin on maatriksi metalloproteinaas, millel on katalüsaatorioonina tsink. See vastutab peptiidide hüdrolüüsimise eest amino-terminaalses hüdrofoobses jäägis.

Seda ensüümi leidub paljudes elundites, sealhulgas neerudes, ajus, kopsudes, veresoonte silelihases, samuti endoteeli-, südame-, veri-, rasvarakkudes ja fibroblastides..

Neprilüsiin on vasoaktiivsete peptiidide metaboolse lagunemise jaoks hädavajalik. Mõned neist peptiididest toimivad vasodilataatoritena, kuid teistel on vasokonstriktorite toime.

Neprisiliini inhibeerimine koos angiotensiiniretseptori inhibeerimisega on muutunud südamepuudulikkusega patsientide ravis väga paljulubavaks alternatiivseks raviks..

Muud maatriksi metalloproteinaasid

On mõned metalloproteinaasid, mis ei kuulu ühegi eelmise kategooria alla. Näide neist on MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 ja MMP-28.

-ADAM-valgud

ADAM (desintegriin ja metalloproteaas oma inglise nime järgi) on metalloproteinaaside rühm, mida tuntakse metalloproteaasidena - disintegriinidena.

Nende hulka kuuluvad ensüümid, mis lõikavad või kõrvaldavad valkude osi, mis on raku poolt selle raku membraaniga välistatud..

Mõnedel ADAM-idel, eriti inimestel, puudub funktsionaalne proteaasi domeen. Selle peamisteks funktsioonideks on spermatogeneesi ja spermatosoidide sulandumine. Nad on paljude madude mürkide oluline osa.

Muud funktsioonid ja muudatused

Valgu modifitseerimine

Metalloproteinaasid võivad osaleda mõnede valkude modifitseerimisel (küpsemisel) translatsioonijärgsetes protsessides.

See võib esineda samaaegselt sihtvalgu sünteesiga või pärast seda või lõplikus kohas, kus ta asub, oma funktsiooni täitmiseks. See saavutatakse tavaliselt piiratud arvu sihtmolekuli aminohappejääkide lõhustamisega.

Laiemates lõhustamisreaktsioonides võib valke valke täielikult lagundada.

Mõju tervisele

Metalloproteinaaside mis tahes muutustel võib olla soovimatu mõju inimese tervisele. Lisaks hõlmavad mõned teised patoloogilised protsessid mingil moel selle olulise ensüümide rühma osalemist.

Maatriksmetalloproteinaas 2 mängib näiteks olulist rolli vähi, selle progresseerumise ja metastaaside, sealhulgas endomeetriumi vähi sissetungimisel. Muudel juhtudel on MMEde homeostaasi muutumine seotud artriidi, põletiku ja teatud vähivormidega..

Lõpuks täidavad metalloproteinaasid muid laadi funktsioone, mis ei ole otseselt seotud nende indiviidi füsioloogiaga. Mõnede loomade puhul on mürgiste tootmine oluline nende ellujäämisrežiimis.

Tegelikult sisaldab paljude maode mürk bioaktiivsete ühendite keerukat segu. Nende hulgas on mitmed metalloproteinaasid, mis põhjustavad verejooksu, koekahjustusi, ödeemi, nekroosi, muu hulgas ohvri \ t.

Seotud patoloogiad

On kindlaks tehtud, et MMP perekonna ensüümid osalevad erinevate haiguste arengus; nahahaigused, vaskulaarsed düsfunktsioonid, tsirroos, kopsuemfüseem, ajuisheemia, artriit, periodontiit ja vähi metastaasid,.

Arvatakse, et maatriksmetalloproteinaasides esinevad suured vormid võivad soodustada mitmete geneetilise reguleerimise mehhanismide muutmist, mis viib sel viisil geneetilise profiili muutumiseni..

MMP-ga seotud patoloogiate tekke pärssimiseks on kasutatud erinevaid looduslikke ja kunstlikke metallopreinaaside inhibiitoreid..

Looduslikud inhibiitorid on eraldatud paljudest mereorganismidest, sealhulgas kaladest, limustest, vetikatest ja bakteritest. Teiselt poolt sisaldavad sünteetilised inhibiitorid kelaativat rühma, mis seob ja inaktiveerib katalüütilise metalli iooni. Nende teraapiatega saadud tulemused ei ole siiski lõplikud.

Terapeutiline kasutus

Maatriksi metalloproteinaasidel on mitu terapeutilist kasutamist. Neid kasutatakse põletuste ja mitmesuguste haavandite raviks. Neid on kasutatud ka armi kudede kõrvaldamiseks ja elundisiirdamise regenereerimise hõlbustamiseks.

Viited

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Raku molekulaarbioloogia, 6th Väljaanne. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Ühendkuningriik.
  2. Caley, M. P., Martins, V. L. C., O'Toole, E.A. (2015) Metalloproteinaasid ja haavade paranemine. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Maatriksi metalloproteinaaside bioloogiline roll: kriitiline tasakaal. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteaasid: mitokondriaalse funktsiooni ja homeostaasi kaitsjad. Cells, 7: 163. doi: 10,3390 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Lähis-Ida Vipers: rikas bioaktiivsete molekulide allikas. Molekulid.