МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ФУНКЦИИ И ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2024

В металлопротеиназах или металлопротеиназы представляют собой ферменты , которые разрушают белки и требуют присутствия атома металла обладают активностью. Исполнительным звеном всей деятельности, выполняемой клеткой, являются ферменты.

Хотя многие белки играют структурную роль, многие, если не большинство, проявляют некоторую каталитическую активность. Группа этих ферментов отвечает за разрушение других белков.

Структура металлопротеина MMP2. Взято и отредактировано из Emw, из Wikimedia Commons.

В совокупности эти ферменты называются протеиназами или протеазами. Группа протеаз, для которой требуется активный атом металла, называется металлопротеиназами.

Характеристики

В целом протеазы выполняют важную и многочисленную группу задач в клетке. Самая глобальная задача - разрешить обмен белков, присутствующих в клетке.

То есть удалите старые белки и позвольте их замене новыми белками. Новые белки синтезируются de novo на рибосомах в процессе трансляции.

В частности, наиболее важная роль металлопротеиназ заключается в регулировании поведения клетки. Это достигается с помощью этой конкретной группы протеаз, контролируя присутствие и время присутствия регуляторов транскрипции, медиаторов ответа, рецепторов, структурных мембранных белков и внутренних органелл и т. Д.

В зависимости от способа деградации протеазы, включая металлопротеиназы, подразделяются на эндопротеазы (металлоэндопротеазы) или экзопротеазы (металлоэкзопротеазы).

Первые разрушают белки с одного конца белка (например, амино или карбоксила). Эндопротеазы, с другой стороны, разрезают белок с определенной специфичностью.

Общая характеристика металлопротеиназ

Металлопротеиназы, пожалуй, самая разнообразная группа протеаз из шести существующих. Протеазы классифицируются в соответствии с их каталитическим механизмом. Эти группы представляют собой протеазы цистеина, серина, треонина, аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты и металлопротеиназы.

Все металлопротеиназы требуют наличия атома металла для каталитического разрезания. Металлы, присутствующие в металлопротеиназах, в основном включают цинк, но другие металлопротеиназы используют кобальт.

Чтобы выполнять свою функцию, атом металла должен иметь координационный комплекс с белком. Это осуществляется через четыре контактных лица.

Трое из них используют одну из заряженных аминокислот гистидин, лизин, аргинин, глутамат или аспартат. Четвертую координационную точку составляет молекула воды.

классификация

Международный союз биохимии и молекулярной биологии установил систему классификации ферментов. В этой системе ферменты обозначаются буквами ЕС и системой кодирования из четырех цифр.

Первое число определяет ферменты в соответствии с их механизмом действия и делит их на шесть больших классов. Второе число разделяет их по субстрату, на который они действуют. Два других числа выполняют еще более конкретные деления.

Поскольку металлопротеиназы катализируют реакции гидролиза, в соответствии с этой системой классификации они обозначаются номером EC4. Кроме того, они принадлежат к подклассу 4, в котором находятся все гидролазы, действующие на пептидные связи.

Металлопротеиназы, как и остальные протеиназы, можно классифицировать по месту атакующей полипептидной цепи.

-Металопротеиназы экзопептидазы

Они действуют на пептидные связи концевых аминокислот полипептидной цепи. Сюда включены все металлопротеиназы, которые имеют два каталитических иона металла, а некоторые - один ион металла.

-Металопротеиназы эндопептидазы

Они действуют на любую пептидную связь в полипептидной цепи, в результате чего образуются две полипептидные молекулы с более низкой молекулярной массой.

Таким образом действуют многие металлопротеиназы с одним каталитическим ионом металла. Это включает матричные металлопротеиназы и белки ADAM.

Матричные металлопротеиназы (ММП)

Это ферменты, способные каталитически воздействовать на некоторые компоненты внеклеточного матрикса. Внеклеточный матрикс - это набор всех веществ и материалов, которые являются частью ткани и находятся вне клеток.

Они представляют собой большую группу ферментов, присутствующих в физиологических процессах, и участвуют в морфологических и функциональных изменениях многих тканей.

Например, в скелетных мышцах они играют очень важную роль в формировании, ремоделировании и регенерации мышечной ткани. Они также действуют на различные типы коллагенов, присутствующие во внеклеточном матриксе.

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

Гидролитические ферменты, которые действуют на коллаген I, II и III типов, находящийся между клетками. Продуктом катаболизма этих веществ является денатурированный коллаген или желатин.

У позвоночных этот фермент продуцируется различными клетками, такими как фибробласты и макрофаги, а также эпителиальными клетками. Они также могут действовать на другие молекулы внеклеточного матрикса.

Желатиназы (ММП-2, ММП-9)

Они помогают в процессе катаболизма коллагенов I, II и III типов. Они также действуют на денатурированный коллаген или желатин, полученный после действия коллагеназ.

Стромализины (ММП-3, ММП-10, ММП-11)

Они действуют на коллагены IV типа и другие молекулы внеклеточного матрикса, связанные с коллагеном. Его действие на желатин ограничено.

Stromalisin Структура матричной металлопротеиназы MMP3. Взято и отредактировано из Emw, из Wikimedia Commons.

Матрилизины (ММП-7, ММП-26)

Это часть базальных мембран. Они участвуют в протеолитической активности других металлопротеиназ в матриксе.

неприлизина

Неприлизин - это матричная металлопротеиназа, в которой в качестве каталитического иона используется цинк. Он отвечает за гидролиз пептидов по амино-концевому гидрофобному остатку.

Этот фермент обнаружен во многих органах, включая почки, мозг, легкие, гладкие мышцы сосудов, а также в эндотелиальных, сердечных, кровеносных, жировых клетках и фибробластах.

Неприлизин необходим для метаболической деградации вазоактивных пептидов. Некоторые из этих пептидов действуют как сосудорасширяющие средства, но другие обладают сосудосуживающим действием.

Ингибирование неприсилина в сочетании с ингибированием рецептора ангиотензина стало очень многообещающей альтернативной терапией при лечении пациентов с сердечной недостаточностью.

Другие матриксные металлопротеиназы

Некоторые металлопротеиназы не попадают ни в одну из вышеперечисленных категорий. Примером их является ММП-12; ММР-9; ММР-20; ММР-22; ММП-23 и ММП-28.

-ADAM белки

ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease, по названию на английском языке) представляют собой группу металлопротеиназ, известных как металлопротеиназы - дезинтегрины.

К ним относятся ферменты, которые разрезают или удаляют части белков, которые исключены из клетки клеточной мембраной.

Некоторые ADAM, особенно у людей, не имеют функционального протеазного домена. Его основные функции включают воздействие на сперматогенез и слияние сперматозоидов и яйцеклеток. Они являются важным компонентом яда многих змей.

Прочие функции и изменения

Модификация белка

Металлопротеиназы могут участвовать в модификации (созревании) некоторых белков в посттрансляционных процессах.

Это может происходить одновременно с синтезом целевого белка или после него или в конечном участке, где он находится, чтобы выполнять свою функцию. Обычно это достигается отщеплением ограниченного числа аминокислотных остатков от целевой молекулы.

В более обширных реакциях расщепления целевые белки могут полностью разрушаться.

Влияние на здоровье

Любые изменения в функционировании металлопротеиназ могут иметь нежелательные последствия для здоровья человека. Кроме того, некоторые другие патологические процессы так или иначе связаны с участием этой важной группы ферментов.

Матрикс-металлопротеиназа 2, например, играет важную роль в инвазии, прогрессировании и метастазировании рака, включая рак эндометрия. В других случаях изменение гомеостаза MME было связано с артритом, воспалением и некоторыми типами рака.

Наконец, металлопротеиназы в природе выполняют другие функции, которые напрямую не связаны с физиологией человека, который их производит. Например, для некоторых животных производство ядов важно для выживания.

На самом деле яд многих змей содержит сложную смесь биологически активных соединений. Среди них несколько металлопротеиназ, вызывающих кровотечение, повреждение тканей, отек, некроз и другие эффекты у жертвы.

Сопутствующие патологии

Удалось определить, что ферменты семейства ММП участвуют в развитии различных заболеваний; кожные заболевания, сосудистые дисфункции, цирроз, эмфизема легких, церебральная ишемия, артрит, пародонтит и метастазы рака, среди прочего.

Считается, что большое разнообразие форм, которые могут встречаться в матриксных металлопротеиназах, могут способствовать изменению нескольких механизмов генетической регуляции, что приводит к изменению генетического профиля.

Для подавления развития патологий, связанных с ММП, используются различные ингибиторы металлопреиназ, как естественные, так и искусственные.

Природные ингибиторы были выделены из множества морских организмов, включая рыб, моллюсков, водоросли и бактерии. В свою очередь, синтетические ингибиторы обычно содержат хелатирующую группу, которая связывает и инактивирует каталитический ион металла. Однако результаты, полученные с помощью этих методов лечения, не были окончательными.

Терапевтическое использование

Матричные металлопротеиназы имеют несколько терапевтических применений. Их применяют для лечения ожогов, а также различных типов язв. Их также использовали для удаления рубцовой ткани и облегчения процесса регенерации при трансплантации органов.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., Робертс, К. Уолтерс, П. (2014) Молекулярная биология клетки, 6- ^е издание. Гарланд Наука, Тейлор и Фрэнсис Групп. Абингдон-он-Темз, Великобритания.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Металлопротеиназы и заживление ран. Успехи в лечении ран, 4: 225-234.
3. Лёффек, С., Шиллинг, О., Францке, К.-В. (2011) Биологическая роль матриксных металлопротеиназ: критический баланс. Европейский респираторный журнал, 38: 191-208.
4. Опалинска М., Янска Х. (2018) Протеазы ААА: хранители митохондриальной функции и гомеостаза. Ячейки, 7: 163. DOI: 10,3390 / ячейки7100163.
5. Рима, М., Алави-Найни, С.М., Карам, М., Садек, Р., Сабатье, Ж.-М., Фаджлун, З. (2018) Гадюки Ближнего Востока: богатый источник биологически активных молекул. Молекулы.