Характеристики, функції і типи металопротеїназ



The металопротеїнази або металопротеази є ферментами, які розкладають білки і вимагають присутності атома металу для активності. Виконавча рука всіх заходів, що здійснюються клітиною, є ферментами.

Хоча багато білків грають структурну роль, інша велика кількість, якщо не більшість, виявляють деяку каталітичну активність. Група цих ферментів відповідає за деградацію інших білків.

У сукупності ці ферменти називаються протеїназами або протеазами. Групу протеаз, які вимагають активного атома металу, називають металопротеїназами.

Індекс

  • 1 Функції
  • 2 Загальна характеристика металопротеїназ
  • 3 Класифікація
    • 3.1 -Металопротеїнази екзопептидаса
    • 3.2 -Металопротеїнази ендопептідаз
  • 4 Інші функції та зміни
    • 4.1 Модифікація білків
    • 4.2 Вплив на здоров'я
  • 5 Асоційовані патології
  • 6 Терапевтичне використання
  • 7 Посилання

Функції

Протеази, загалом, виконують важливу і численну групу завдань у клітині. Найбільш глобальним завданням є можливість заміни білків, що знаходяться в клітці.

Тобто, виключають старі білки і дозволяють їх замінити новими білками. Синтезуються нові білки de novo на рибосомах під час процесу перекладу.

Найважливіша роль металопротеїназ, зокрема, полягає в регулюванні поведінки клітини. Це досягається цією конкретною групою протеаз, що контролює наявність і час присутності регуляторів транскрипції, медіаторів відповіді, рецепторів, структурних білків мембран і внутрішніх органел тощо..

Залежно від способу їх деградації протеази, включаючи металопротеїнази, класифікуються на ендопротеази (металоендопротеази) або екзопротеази (металопротеїнази)..

Перші деградують білки з одного кінця білка (тобто, аміно або карбоксил). Ендопротеази, з іншого боку, роблять розрізи всередині білка з певною специфічністю.

Загальна характеристика металопротеїназ

Металопротеїнази є, мабуть, найбільш різноманітною групою протеаз з шести, які існують. Протеази класифікують за їх каталітичним механізмом. Ці групи являють собою протеази цистеїну, серину, треоніна, аспарагінової кислоти, глутамінової кислоти і металопротеїназ.

Всі металопротеїнази вимагають атома металу, щоб мати можливість виконувати їх каталітичний розріз. Метали, присутні в металопротеїназах, включають головним чином цинк, але інші металопротеїнази використовують кобальт.

Для того, щоб виконувати свою функцію, атом металу повинен бути скоординованим узгоджено з білком. Це здійснюється через чотири точки контакту.

Три з них використовують деякі амінокислоти, завантажені гістидином, лізином, аргініном, глутаматом або аспартатом. Четверта координаційна точка виконана молекулою води.

Класифікація

Міжнародний союз біохімії та молекулярної біології створив систему класифікації ферментів. У цій системі ферменти ідентифікуються літерами EC і кодованою системою з чотирьох чисел.

Перше число ідентифікує ферменти відповідно до їх механізму дії і ділить їх на шість великих класів. Друге число відокремлює їх відповідно до субстрату, на якому вони діють. Два інших числа роблять поділи ще більш конкретними.

Оскільки металопротеїнази каталізують реакції гідролізу, вони ідентифікуються за кількістю EC4, згідно з цією системою класифікації. Крім того, вони належать до підкласу 4, де розміщені всі гідролази, які діють на пептидні зв'язки.

Металопротеїнази, як і інші протеїнази, можна класифікувати за місцем поліпептидного ланцюга, який атакує.

-Екзопептидази металопротеїназ

Вони діють на пептидні зв'язки кінцевих амінокислот поліпептидного ланцюга. Тут включені всі металопротеїнази, які мають два каталітичні іони металів і деякі з одним іоном металу.

-Эндопептидазние металопротеїнази

Вони діють на будь-які пептидні зв'язки всередині поліпептидного ланцюга, в результаті чого утворюються дві молекули поліпептидів низької молекулярної маси.

Багато з металопротеїназ з одним каталітичним іоном металу діють таким чином. Тут представлені матричні металопротеїнази і білки ADAM

Матричні металопротеїнази (ММР)

Вони є ферментами, здатними каталітично впливати на деякі компоненти позаклітинного матриксу. Позаклітинний матрикс являє собою сукупність всіх речовин і матеріалів, які входять до складу тканини і які розташовані ззовні клітин.

Вони являють собою численну групу ферментів, присутніх у фізіологічних процесах, і вони беруть участь у морфологічних і функціональних змінах багатьох тканин.

Наприклад, у скелетних м'язах вони відіграють дуже важливу роль у формуванні, ремоделюванні та регенерації м'язової тканини. Вони також діють на різні типи колагенів, присутніх у позаклітинному матриксі.

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

Гідролітичні ферменти, що діють на колаген типу I, II і III, виявляються між клітинами. Отримано продукт катаболізму цих речовин, денатурований колаген або желатин.

У хребетних цей фермент продукується різними клітинами, такими як фібробласти і макрофаги, а також епітеліальні клітини. Вони також можуть діяти на інші молекули позаклітинного матриксу.

Желатинази (MMP-2, MMP-9)

Вони сприяють процесу катаболізму колагенів типу I, II і III. Вони також діють на денатурований колаген або желатин, отриманий після дії колагеназ.

Естромалізини (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Вони діють на колагени типу IV і на інші молекули позаклітинного матриксу, пов'язані з колагеном. Його активність на желатині обмежена.

Матрилізини (ММР-7, ММР-26).

Вони є металопротеїнами, структурно більш простими, ніж інші. Вони пов'язані з епітеліальними клітинами пухлини.

Мембранно-пов'язані металопротеази (MT-MMP)

Вони є частиною базальних мембран. Вони беруть участь у протеолітичної активності інших матриксних металопротеїназ.

Неприлізин

Непрілізин - це матриксна металопротеїназа, яка має іон цинку в якості каталізатора. Він відповідає за гідроліз пептидів в аміно-кінцевому гідрофобному залишку.

Цей фермент зустрічається в численних органах, включаючи нирки, головний мозок, легені, гладкі м'язи судин, а також ендотеліальні, серцеві, кров'яні, жирові клітини і фібробласти..

Непрілізин є суттєвим для метаболічної деградації вазоактивних пептидів. Деякі з цих пептидів діють як вазодилататори, але інші мають судинозвужувальні ефекти.

Інгібування neprisiline разом з інгібуванням рецептора ангіотензину стало дуже перспективною альтернативною терапією при лікуванні пацієнтів з серцевою недостатністю..

Інші матричні металопротеїнази

Існують деякі металопротеїнази, які не потрапляють ні в одну з попередніх категорій. Прикладом їх ми маємо ММП-12; ММР-9; ММР-20; ММР-22; ММР-23 і ММР-28.

-Білки ADAM

ADAM (дезінтегрин і металлопротеаза, за його англійською назвою) є групою металопротеїназ, відомих як металлопротеази - дезінтегрини.

До них відносяться ферменти, які розрізають або виключають частини білків, які виключаються з клітини мембраною цієї клітини..

Деякі ADAM, особливо у людей, не мають функціонального домену протеази. Серед його основних функцій діють на сперматогенез і сперматозоїдний синтез. Вони є важливою складовою отрути багатьох змій.

Інші функції та зміни

Модифікація білка

Металопротеїнази можуть брати участь у модифікації (дозріванні) деяких білків у посттрансляційних процесах.

Це може відбуватися одночасно або після синтезу цільового білка або на кінцевому місці, де він знаходиться, щоб виконувати свою функцію. Це зазвичай досягається при розщепленні обмеженого числа амінокислотних залишків молекули-мішені.

У більш великих реакціях розщеплення білі білки можуть бути повністю деградовані.

Вплив на здоров'я

Будь-які зміни у функціонуванні металопротеїназ можуть мати небажаний вплив на здоров'я людини. Крім того, деякі інші патологічні процеси пов'язані певним чином з участю цієї важливої ​​групи ферментів.

Матрична металлопротеиназа 2, наприклад, відіграє важливу роль в інвазії раком, його прогресування і метастазуванні, включаючи рак ендометрію. В інших випадках зміна гомеостазу ММЕ пов'язано з артритом, запаленням і деякими видами раку.

Нарешті, металопротеїнази виконують інші функції в природі, не безпосередньо пов'язані з фізіологією особи, яка їх виробляє. Для деяких тварин, наприклад, виробництво отрут має важливе значення в режимі виживання.

Фактично отрута багатьох змій містить складну суміш біоактивних сполук. Серед них кілька металопротеїназ, що викликають кровотечу, пошкодження тканин, набряк, некроз, серед інших наслідків у жертви..

Пов'язані патології

Встановлено, що ферменти сімейства ММП беруть участь у розвитку різних захворювань; захворювання шкіри, судинні дисфункції, цироз печінки, легенева емфізема, церебральна ішемія, артрит, періодонтит і метастази раку.

Вважається, що велика різноманітність форм, які можуть виникати в матриксних металопротеїназах, може сприяти зміні декількох механізмів генетичної регуляції, що призводить до зміни генетичного профілю..

Для інгібування розвитку патологій, пов'язаних з ММР, використовувалися різні інгібітори металопреїназ, як природних, так і штучних..

Природні інгібітори були виділені з численних морських організмів, включаючи риб, молюсків, водоростей і бактерій. Синтетичні інгібітори, з іншого боку, зазвичай містять хелатирующую групу, яка зв'язує і інактивує каталітичний іон металу. Проте результати, отримані за допомогою цих методів лікування, не є переконливими.

Терапевтичне використання

Матриксні металопротеїнази мають кілька терапевтичних застосувань. Їх використовують для лікування опіків, а також різних видів виразок. Вони також використовуються для усунення рубцевої тканини і для полегшення процесу регенерації в органах для пересадки органів.

Список літератури

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Молекулярна біологія клітини, 6й Видання. Garland Science, Taylor & Francis Group. Абінгдон-на-Темзі, Великобританія.
  2. Caley, М. P., Martins, V.L.C., O'Toole, E.A. (2015) Металопротеїнази та загоєння ран. Досягнення в догляді за пораненням, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Біологічна роль матричних металопротеїназ: критичний баланс. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) Протеази AAA: охоронці мітохондріальної функції та гомеостазу. Клітини, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018). Молекули.