Metalloproteinaasien ominaisuudet, toiminnot ja tyypit



metalloproteinaasien tai metalloproteaasit ovat entsyymejä, jotka hajottavat proteiineja ja vaativat metalliatomin läsnäolon aktiivisuuden. Kaikkien solun suorittamien toimintojen toteutusvarsi ovat entsyymit.

Vaikka monilla proteiineilla on rakenteellinen rooli, toisella suurella määrällä, jos ei eniten, on jonkinlainen katalyyttinen aktiivisuus. Ryhmä näitä entsyymejä on vastuussa muiden proteiinien hajottamisesta.

Näitä entsyymejä kutsutaan kollektiivisesti proteinaaseiksi tai proteaaseiksi. Proteaasiryhmää, joka vaatii metalliatomia aktiiviseksi, kutsutaan metalloproteinaaseiksi.

indeksi

  • 1 Toiminnot
  • 2 Metalloproteinaasien yleiset ominaisuudet
  • 3 Luokitus
    • 3.1 -Metaloproteinaasit exopeptidasas
    • 3.2 -Metaloproteinaasit endopeptidasat
  • 4 Muut toiminnot ja muutokset
    • 4.1 Proteiinien muuttaminen
    • 4.2 Vaikutukset terveyteen
  • 5 Liittyvät patologiat
  • 6 Terapeuttinen käyttö
  • 7 Viitteet

tehtävät

Proteaasit täyttävät yleensä tärkeän ja lukuisen joukon tehtäviä solussa. Kaikkein globaalin tehtävä on sallia solussa olevien proteiinien korvaaminen.

Toisin sanoen poistetaan vanhat proteiinit ja sallitaan niiden korvaaminen uusilla proteiineilla. Syntetisoidaan uusia proteiineja de novo ribosomeilla käännösprosessin aikana.

Metalloproteinaasien tärkein tehtävä on erityisesti säätää solun käyttäytymistä. Tämä saavutetaan tällä erityisellä proteaasiryhmällä, joka kontrolloi transkription säätelyaineiden, vasteenvälittäjien, reseptorien, membraanirakenteellisten proteiinien ja sisäisten organellien läsnäoloa ja läsnäoloaikaa..

Riippuen niiden hajoamistavasta proteaasit, mukaan lukien metalloproteinaasit, luokitellaan endoproteaaseihin (metalloendoproteaaseihin) tai eksoproteaaseihin (metalloproteinaaseihin)..

Entiset hajoavat proteiinit proteiinin toisesta päästä (ts. Amino tai karboksyyli). Endoproteaasit puolestaan ​​tekevät leikkauksia proteiinin sisällä spesifisellä spesifisyydellä.

Metalloproteinaasien yleiset ominaisuudet

Metalloproteinaasit ovat ehkä kaikkein monipuolisin joukko kuudesta olemassa olevista proteaaseista. Proteaasit luokitellaan niiden katalyyttisen mekanismin mukaan. Nämä ryhmät ovat kysteiinin, seriinin, treoniinin, asparagiinihapon, glutamiinihapon ja metalloproteinaasien proteaasit.

Kaikki metalloproteinaasit vaativat metalliatomia, jotta ne voivat suorittaa katalyyttisen leikkauksensa. Metalloproteinaaseissa läsnä olevat metallit sisältävät pääasiassa sinkkiä, mutta muut metalloproteinaasit käyttävät kobolttia.

Toiminnonsa suorittamiseksi metalliatomi on koordinoitava koordinoidusti proteiinin kanssa. Tämä tapahtuu neljän yhteyspisteen kautta.

Kolme niistä käyttää joitakin ladattua histidiinia, lysiiniä, arginiinia, glutamaattia tai aspartaattia sisältäviä aminohappoja. Neljäs koordinointipiste tehdään vesimolekyylillä.

luokitus

Kansainvälinen biokemian ja molekyylibiologian liitto on luonut entsyymien luokitusjärjestelmän. Tässä järjestelmässä entsyymit tunnistetaan kirjaimilla EC ja koodatulla järjestelmällä, jossa on neljä numeroa.

Ensimmäinen numero tunnistaa entsyymit toimintamekanisminsa mukaisesti ja jakaa ne kuudeksi suureksi luokaksi. Toinen numero erottaa ne sen mukaan, mihin alustaan ​​ne toimivat. Kaksi muuta numeroa tekevät jakaumista entistä tarkempia.

Koska metalloproteinaasit katalysoivat hydrolyysireaktioita, ne tunnistetaan EC4-numerolla tämän luokitusjärjestelmän mukaisesti. Lisäksi ne kuuluvat alaluokkaan 4, joka sisältää kaikki hydrolaasit, jotka vaikuttavat peptidisidoksiin.

Metalloproteinaasit, kuten muutkin proteinaasit, voidaan luokitella polypeptidiketjun paikan mukaan, joka hyökkää.

-Eksopeptidaasimetoproteinaasit

Ne toimivat polypeptidiketjun terminaalisten aminohappojen peptidisidoksilla. Tähän sisältyvät kaikki metalloproteinaasit, joissa on kaksi katalyyttistä metalli-ionia ja jotkut yhdellä metalli-ionilla.

-Endopeptidaasimetalloproteinaasit

Ne vaikuttavat mihin tahansa polypeptidiketjussa olevaan peptidisidokseen, jolloin tuloksena on kaksi molekyyliä, joissa on pienempiä molekyylipainoisia polypeptidejä.

Monet metalloproteinaaseista, joissa on yksi katalyyttinen metalli-ioni, toimivat tällä tavalla. Tässä ovat matriisimetalloproteinaasit ja ADAM-proteiinit

Matriisimetalloproteinaasit (MMP)

Ne ovat entsyymejä, jotka kykenevät toimimaan katalyyttisesti eräissä solunulkoisen matriisin komponenteissa. Solunulkoinen matriisi on joukko kaikkia aineita ja materiaaleja, jotka ovat osa kudosta ja jotka sijaitsevat solujen ulkopuolella.

Ne ovat lukuisia fysiologisissa prosesseissa esiintyviä entsyymejä, ja ne osallistuvat monien kudosten morfologisiin ja toiminnallisiin muutoksiin..

Esimerkiksi luuston lihaksissa niillä on erittäin tärkeä rooli lihaskudoksen muodostamisessa, uudistamisessa ja uudistamisessa. Ne vaikuttavat myös solunulkoisessa matriisissa esiintyviin erilaisiin kollageenityyppeihin.

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

Hydrolyyttiset entsyymit, jotka vaikuttavat solujen väliseen tyypin I, II ja III kollageeniin. Saadaan näiden aineiden katabolismin denaturoitu kollageeni tai gelatiini.

Selkärankaisilla tätä entsyymiä tuottavat erilaiset solut, kuten fibroblastit ja makrofagit, samoin kuin epiteelisolut. Ne voivat toimia myös muissa solunulkoisen matriisin molekyyleissä.

Gelatinaasit (MMP-2, MMP-9)

Ne edistävät tyypin I, II ja III kollageenien kataboliaa. Ne vaikuttavat myös denaturoituun kollageeniin tai gelatiiniin, joka on saatu kollagenaasien vaikutuksen jälkeen.

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

Ne vaikuttavat tyypin IV kollageeneihin ja muihin solunulkoisen matriisin molekyyleihin, jotka liittyvät kollageeniin. Sen aktiivisuus gelatiinilla on rajallinen.

Matriliinit (MMP-7, MMP-26).

Ne ovat metalloproteiinoja rakenteellisesti yksinkertaisempia kuin loput. Ne liittyvät kasvainepiteelisoluihin.

Membraaniin liittyvät metalloproteaasit (MT-MMP)

Nämä ovat osa peruskalvoja. Ne osallistuvat muiden matriisimetalloproteinaasien proteolyyttiseen aktiivisuuteen.

neprilysiinin

Neprilysiini on matriisimetalloproteinaasi, jossa on sinkkiä katalyytti-ionina. Se on vastuussa peptidien hydrolysoimisesta aminoterminaalisessa hydrofobisessa jäännöksessä.

Tätä entsyymiä esiintyy lukuisissa elimissä, kuten munuaisissa, aivoissa, keuhkoissa, verisuonten sileissä lihaksissa sekä endoteelisissa, sydämen, veren, rasvasoluissa ja fibroblasteissa..

Neprilysiini on olennainen vasoaktiivisten peptidien metabolisen hajoamisen kannalta. Jotkut näistä peptideistä toimivat vasodilataattoreina, mutta toisilla on vasokonstriktorivaikutuksia.

Neprisiliinin inhibitio yhdessä angiotensiini-reseptorin inhibition kanssa on tullut hyvin lupaava vaihtoehtoinen hoito sydämen vajaatoimintaa sairastavien potilaiden hoidossa..

Muut matriisimetalloproteinaasit

On olemassa joitakin metalloproteinaaseja, jotka eivät kuulu mihinkään edellisiin luokkiin. Esimerkkinä niistä on MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 ja MMP-28.

-ADAM-proteiinit

ADAM (Disintegrin and Metalloprotease, sen englanninkielinen nimi) on ryhmä metalloproteinaaseja, jotka tunnetaan metalloproteaaseina - disintegrinaateina.

Näitä ovat entsyymit, jotka leikkaavat tai poistavat proteiinien osia, jotka on poistettu solusta tämän solun kalvon avulla..

Joillakin ADAMilla, erityisesti ihmisillä, puuttuu funktionaalinen proteaasidomeeni. Sen tärkeimpiin tehtäviin kuuluvat spermatogeneesin ja siittiöiden - munasolujen fuusio. Ne ovat tärkeä osa monien käärmeiden myrkkyjä.

Muut toiminnot ja muutokset

Proteiinimuutos

Metalloproteinaasit voivat osallistua joidenkin proteiinien modifikaatioon (kypsymiseen) post-translaatioprosesseissa.

Tämä voi tapahtua samanaikaisesti kohdeproteiinin synteesin kanssa tai sen jälkeen, tai lopullisessa paikassa, jossa se sijaitsee sen tehtävän suorittamiseksi. Tämä saavutetaan tavallisesti katkaisemalla kohdemolekyylin rajoitettu määrä aminohappotähteitä.

Laajemmissa katkaisureaktioissa valkoiset proteiinit voivat hajota kokonaan.

Vaikutukset terveyteen

Metalloproteinaasien toiminnassa tapahtuvilla muutoksilla voi olla ei-toivottuja vaikutuksia ihmisen terveyteen. Lisäksi joissakin muissa patologisissa prosesseissa on jonkin verran mukana tämän tärkeän entsyymiryhmän osallistuminen.

Esimerkiksi matriisimetalloproteinaasi 2: lla on tärkeä rooli syöpään, sen etenemiseen ja metastaasiin, mukaan lukien endometriumin syöpä. Muissa tapauksissa MME: iden homeostaasin muutos on liittynyt niveltulehdukseen, tulehdukseen ja joihinkin syöpätyyppeihin..

Lopuksi metalloproteinaasit täyttävät muita luonteeltaan muita toimintoja, jotka eivät suoraan liity niitä tuottavan yksilön fysiologiaan. Joillekin eläimille esimerkiksi myrkkyjen tuotanto on tärkeää niiden eloonjäämis- tilassa.

Itse asiassa monien käärmeiden myrkky sisältää monimutkaisen bioaktiivisten yhdisteiden seoksen. Niiden joukossa on useita metalloproteinaaseja, jotka aiheuttavat verenvuotoa, kudosvaurioita, turvotusta, nekroosia, muun muassa uhrin vaikutuksia..

Liittyvät patologiat

On todettu, että MMP-perheen entsyymit osallistuvat erilaisten sairauksien kehittymiseen; ihosairaudet, verisuonten toimintahäiriöt, kirroosi, keuhkokuuma, aivojen iskemia, niveltulehdus, periodontiitti ja syövän metastaasit, muun muassa.

Uskotaan, että matriisimetalloproteinaaseissa esiintyvät hyvin erilaiset muodot voivat suosia useiden geneettisen säätelyn mekanismien muuttumista, mikä johtaa tällä tavalla geneettisen profiilin muutokseen..

MMP: hen liittyvien patologioiden kehittymisen estämiseksi on käytetty erilaisia ​​sekä luonnollisia että keinotekoisia metallopreinaasien inhibiittoreita..

Luonnollisia inhibiittoreita on eristetty useista meren eliöistä, mukaan lukien kalat, nilviäiset, levät ja bakteerit. Synteettiset inhibiittorit puolestaan ​​sisältävät yleensä kelatoivan ryhmän, joka sitoo ja inaktivoi katalyyttisen metalli-ionin. Näillä terapioilla saadut tulokset eivät kuitenkaan ole olleet ratkaisevia.

Terapeuttiset käyttötarkoitukset

Matriisimetalloproteinaaseilla on useita terapeuttisia käyttötarkoituksia. Niitä käytetään palovammojen sekä eri haavaumien hoitoon. Niitä on myös käytetty poistamaan arpikudosta ja helpottamaan elinsiirtojen regenerointiprosessia.

viittaukset

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Solun molekyylibiologia, 6th Painos. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Yhdistynyt kuningaskunta.
  2. Caley, M. P., Martins, V. L. C., O'Toole, E.A. (2015) Metalloproteinaasit ja haavan paraneminen. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matriisimetalloproteinaasien biologinen rooli: kriittinen tasapaino. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA-proteaasit: mitokondrioiden toiminnan ja homeostaasin valvojat. Cells, 7: 163. doi: 10,3390 / cell7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Lähi-idän Vipers: runsaasti bioaktiivisia molekyylejä. molekyylit.