METALOPROTEINĀZES: RAKSTURLIELUMI, FUNKCIJAS UN VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

The metālproteināzes vai metalloproteâzes ir fermentus, kas noārdās proteīniem un prasa klātbūtni metāla atomu, pie piemīt iedarbība. Visu šūnas veikto darbību izpildvara ir fermenti.

Lai gan daudziem proteīniem ir strukturāla loma, lielam skaitam, ja ne lielākajai daļai, ir zināma katalītiskā aktivitāte. Šo fermentu grupa ir atbildīga par citu olbaltumvielu sadalīšanos.

Metālproteīna MMP2 struktūra. Ņemts un rediģēts no Emw, no Wikimedia Commons.

Kopā šos fermentus sauc par proteināzēm vai proteāzēm. Protēžu grupu, kurai nepieciešama metāla atoma, lai tā būtu aktīva, sauc par metalloproteināzēm.

Iespējas

Protēzes šūnā parasti pilda svarīgu un daudzu uzdevumu grupu. Globālākais uzdevums ir atļaut šūnā esošo olbaltumvielu apmaiņu.

Tas ir, noņemiet vecos proteīnus un ļaujiet tos aizstāt ar jauniem proteīniem. Tulkošanas procesa laikā ribosomās tiek sintezēti jauni proteīni.

Metalloproteināžu svarīgākā loma, jo īpaši, ir šūnas uzvedības regulēšana. To panāk šī konkrētā proteāžu grupa, kontrolējot transkripcijas regulatoru, reakcijas mediatoru, receptoru, strukturālo membrānu proteīnu un iekšējo organellu klātbūtni un klātbūtnes laiku utt.

Atkarībā no to sadalīšanās veida proteāzes, ieskaitot metaloproteināzes, klasificē endoproteāzēs (metalloendoproteāzes) vai eksoproteāzēs (metaloeksoproteāzes).

Bijušie noārda olbaltumvielas no viena olbaltumvielu gala (ti, aminogrupas vai karboksilgrupas). Savukārt endoproteāzes sagriež olbaltumvielu iekšienē ar noteiktu specifiskumu.

Metalloproteināžu vispārīgās īpašības

Metaloproteināzes ir, iespējams, visdaudzveidīgākā proteīnu grupa no sešām, kas pastāv. Protēzes klasificē pēc to katalītiskā mehānisma. Šīs grupas ir cisteīns, serīns, treonīns, asparagīnskābe, glutamīnskābes proteāzes un metaloproteināzes.

Visām metaloproteināzēm ir nepieciešams metāla atoms, lai veiktu to katalītisko griezumu. Metāli, kas atrodas metaloproteināzēs, galvenokārt satur cinku, bet citās metalloproteināzēs izmanto kobaltu.

Lai veiktu savu funkciju, metāla atoms ir jāsaskaņo ar olbaltumvielām. To veic, izmantojot četrus kontaktpunktus.

Trīs no viņiem izmanto vienu no uzlādētajām aminoskābēm histidīnu, lizīnu, arginīnu, glutamātu vai aspartātu. Ceturto koordinācijas punktu veido ūdens molekula.

Klasifikācija

Starptautiskā bioķīmijas un molekulārās bioloģijas savienība ir izveidojusi fermentu klasifikācijas sistēmu. Šajā sistēmā fermentus identificē ar burtiem EC un četru ciparu kodēšanas sistēmu.

Pirmais skaitlis identificē fermentus pēc to darbības mehānisma un sadala tos sešās lielās klasēs. Otrais numurs tos atdala atbilstoši substrātam, uz kura tie darbojas. Pārējie divi skaitļi veic vēl specifiskākas dalīšanas.

Tā kā metaloproteināzes katalizē hidrolīzes reakcijas, tās saskaņā ar šo klasifikācijas sistēmu identificē ar numuru EC4. Turklāt tie pieder 4. apakšklasei, kurā atrodas visas hidrolāzes, kas darbojas uz peptīdu saitēm.

Metalloproteināzes, tāpat kā pārējās proteināzes, var klasificēt pēc polipeptīdu ķēdes vietas, kurai tās uzbrūk.

-Metaloproteinases exopeptidases

Tie iedarbojas uz polipeptīdu ķēdes terminālo aminoskābju peptīdu saitēm. Šeit iekļautas visas metaloproteināzes, kurām ir divi katalītiskā metāla joni un dažas ar vienu metāla jonu.

-Metaloproteinases endopeptidases

Tie iedarbojas uz jebkuru peptīdu saiti polipeptīdu ķēdē, iegūstot divas mazāka molekulmasa polipeptīdu molekulas.

Daudzi no metaloproteināzēm ar vienu katalītiskā metāla jonu darbojas šādā veidā. Tas ietver matricas metalloproteināzes un ADAM olbaltumvielas.

Matricu metaloproteināzes (MMP)

Tie ir fermenti, kas spēj katalītiski iedarboties uz dažiem ārpusšūnu matricas komponentiem. Āršūnu matrica ir visu vielu un materiālu kopums, kas ir daļa no audiem un atrodas šūnu ārpusē.

Tie ir liela fermentu grupa, kas atrodas fizioloģiskos procesos un piedalās daudzu audu morfoloģiskās un funkcionālās izmaiņās.

Piemēram, skeleta muskuļos tiem ir ļoti liela loma muskuļu audu veidošanā, pārveidošanā un atjaunošanā. Tie iedarbojas arī uz dažāda veida kolagēniem, kas atrodas ārpusšūnu matricā.

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

Hidrolītiskie fermenti, kas iedarbojas uz I, II un III tipa kolagēnu, kas atrodams starp šūnām. Šo vielu katabolisma produkts iegūst denaturētu kolagēnu vai želatīnu.

Mugurkaulniekiem šo fermentu ražo dažādas šūnas, piemēram, fibroblasti un makrofāgi, kā arī epitēlija šūnas. Viņi var rīkoties arī ar citām ārpusšūnu matricas molekulām.

Želatināzes (MMP-2, MMP-9)

Tie palīdz I, II un III tipa kolagēnu katabolisma procesā. Tie iedarbojas arī uz denaturēto kolagēnu vai želatīnu, kas iegūts pēc kolagēnāžu darbības.

Stromalizīni (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Tie iedarbojas uz IV tipa kolagēniem un citām ārpusšūnu matricas molekulām, kas saistītas ar kolagēnu. Tās darbība uz želatīnu ir ierobežota.

Štromalizīns MMP3 matricas metalloproteināzes struktūra. Ņemts un rediģēts no Emw, no Wikimedia Commons.

Matrilizīni (MMP-7, MMP-26)

Tās ir daļa no pagraba membrānām. Viņi piedalās citu matricā esošo metaloproteināžu proteolītiskajās aktivitātēs.

Neprilizīns

Neprilizīns ir matricas metalloproteināze, kurā kā katalizatora jons ir cinks. Tas ir atbildīgs par peptīdu hidrolizēšanu pie aminoterminālā hidrofobā atlikuma.

Šis ferments ir atrodams daudzos orgānos, ieskaitot nieres, smadzenes, plaušas, asinsvadu gludos muskuļus, kā arī endotēlija, sirds, asinīs, tauku šūnās un fibroblastos.

Neprilizīns ir būtisks vasoaktīvo peptīdu metabolisma noārdīšanai. Daži no šiem peptīdiem darbojas kā vazodilatatori, bet citiem ir vazokonstriktora efekts.

Neprisilīna inhibēšana kopā ar angiotenzīna receptoru nomākšanu ir kļuvusi par ļoti daudzsološu alternatīvu terapiju pacientu ar sirds mazspēju ārstēšanā.

Citas matricas metalloproteināzes

Ir dažas metaloproteināzes, kas neietilpst nevienā no iepriekšminētajām kategorijām. Viņu piemērs ir MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 un MMP-28.

-ADAM olbaltumvielas

ADAM (A dezintegrīns un metaloproteāze, tā nosaukumam angļu valodā) ir metalloproteināžu grupa, kas pazīstama kā metalloproteāzes - dezintegrīni.

Tajos ietilpst fermenti, kas sagriež vai noņem olbaltumvielu daļas, kuras no šūnas izslēdz šūnu membrāna.

Dažiem ADAM, īpaši cilvēkiem, trūkst funkcionālā proteāzes domēna. Tās galvenās funkcijas ietver darbību spermatoģenēzē un spermas-olšūnas saplūšanu. Tie ir svarīga sastāvdaļa daudzu čūsku indēm.

Citas funkcijas un izmaiņas

Olbaltumvielu modifikācija

Metaloproteināzes var piedalīties dažu olbaltumvielu modifikācijā (nobriešanā) pēctranslācijas procesos.

Tas var notikt vienlaikus ar mērķa olbaltumvielu sintēzi vai pēc tās, vai arī pēdējā vietā, kur tā atrodas, lai veiktu savu funkciju. Parasti to panāk ar mērķa molekulas šķelšanu ierobežotā skaitā aminoskābju atlikumu.

Plašākās šķelšanās reakcijās mērķa olbaltumvielas var pilnībā noārdīties.

Ietekme uz veselību

Jebkuras izmaiņas metalloproteināžu darbībā var radīt nevēlamu ietekmi uz cilvēku veselību. Turklāt daži citi patoloģiski procesi kaut kādā veidā ir saistīti ar šīs svarīgās enzīmu grupas piedalīšanos.

Piemēram, matricas metalloproteināze 2 ir nozīmīga loma vēža invāzijā, progresēšanā un metastāzēs, ieskaitot endometrija vēzi. Citos gadījumos MME homeostāzes izmaiņas ir saistītas ar artrītu, iekaisumu un dažiem vēža veidiem.

Visbeidzot, metaloproteināzes pilda citas funkcijas dabā, kas nav tieši saistītas ar tās personas fizioloģiju, kura tās ražo. Piemēram, dažiem dzīvniekiem indes veidošanās ir svarīga viņu izdzīvošanas veidā.

Patiesībā daudzu čūsku inde satur sarežģītu bioaktīvo savienojumu sajaukumu. Starp tiem ir vairākas metaloproteināzes, kas, cita starpā, cietušajam izraisa asiņošanu, audu bojājumus, edēmu, nekrozi.

Saistītās patoloģijas

Ir bijis iespējams noteikt, ka MMP saimes fermenti piedalās dažādu slimību attīstībā; ādas slimības, asinsvadu disfunkcijas, ciroze, plaušu emfizēma, smadzeņu išēmija, artrīts, periodontīts un vēža metastāzes.

Tiek uzskatīts, ka plašā formu daudzveidība, kas var rasties matricas metalloproteināzēs, var dot priekšroku dažādu ģenētiskās regulēšanas mehānismu izmaiņām, tādējādi izraisot izmaiņas ģenētiskajā profilā.

Lai kavētu ar MMP saistīto patoloģiju attīstību, ir izmantoti dažādi gan dabisko, gan mākslīgo metallopreināžu inhibitori.

Dabiskie inhibitori ir izolēti no daudziem jūras organismiem, ieskaitot zivis, gliemjus, aļģes un baktērijas. Savukārt sintētiskie inhibitori parasti satur helātu grupu, kas saista un inaktivē katalītiskā metāla jonus. Rezultāti, kas iegūti, izmantojot šo terapiju, tomēr nav pārliecinoši.

Terapeitiskie lietojumi

Matricas metalloproteināzes ir vairākas terapeitiskas pielietošanas. Tos izmanto, lai ārstētu apdegumus, kā arī dažādu veidu čūlas. Tie ir izmantoti arī rētas audu noņemšanai un orgānu transplantācijas reģenerācijas procesa atvieglošanai.

Atsauces

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Celi, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor & Francis grupa. Abingdona pie Temzas, Apvienotā Karaliste.
2. Caley, MP, Mārtiņš, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteināzes un brūču dzīšana. Attīstība brūču kopšanā, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matricas metalloproteināžu bioloģiskā loma: kritisks līdzsvars. Eiropas Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteāzes: mitohondriju funkcijas un homeostāzes aizbildņi. Šūnas, 7: 163. doi: 10.3390 / cell7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Tuvie Austrumi Vipers: bagātīgs bioaktīvo molekulu avots. Molekulas.