Charakteristika, funkcie a typy metaloproteináz



metaloproteinázy alebo metaloproteázy sú enzýmy, ktoré degradujú proteíny a vyžadujú prítomnosť atómu kovu, aby mali aktivitu. Vykonávacím ramenom všetkých činností vykonávaných bunkou sú enzýmy.

Hoci mnoho proteínov má štrukturálnu úlohu, iné veľké množstvo, ak nie väčšina, vykazuje určitú katalytickú aktivitu. Skupina týchto enzýmov je zodpovedná za degradáciu iných proteínov.

Súhrnne sa tieto enzýmy nazývajú proteinázy alebo proteázy. Skupina proteáz, ktoré vyžadujú aktívny kovový atóm, sa nazýva metaloproteinázy.

index

  • 1 Funkcie
  • 2 Všeobecné charakteristiky metaloproteináz
  • 3 Klasifikácia
    • 3,1-Metaloproteinázy exopeptidáz
    • 3,2-Metaloproteinázy endopeptidáz
  • 4 Iné funkcie a zmeny
    • 4.1 Modifikácia proteínov
    • 4.2 Účinky na zdravie
  • 5 Súvisiace patológie
  • 6 Terapeutické použitie
  • 7 Referencie

funkcie

Proteázy všeobecne plnia dôležitú a početnú skupinu úloh v bunke. Najväčšou úlohou všetkých je umožniť nahradenie proteínov prítomných v bunke.

To znamená, že eliminujú staré proteíny a umožňujú ich nahradenie novými proteínmi. Syntetizujú sa nové proteíny de novo ribozómy počas procesu prekladu.

Najdôležitejšou úlohou metaloproteináz je najmä regulácia správania bunky. To sa dosahuje touto konkrétnou skupinou proteáz kontrolujúcou prítomnosť a čas prítomnosti regulátorov transkripcie, mediátorov odozvy, receptorov, membránových štruktúrnych proteínov a vnútorných organel atď..

V závislosti od spôsobu ich degradácie sa proteázy, vrátane metaloproteináz, delia na endoproteázy (metaloendoproteázy) alebo exoproteázy (metaloproteinázy)..

Bývalé degradujú proteíny z jedného konca proteínu (tj amino alebo karboxy). Na druhej strane endoproteázy robia rezy vnútri proteínu so špecifickou špecifickosťou.

Všeobecné charakteristiky metaloproteináz

Metaloproteinázy sú možno najrozmanitejšou skupinou proteáz zo šiestich, ktoré existujú. Proteázy sa klasifikujú podľa ich katalytického mechanizmu. Tieto skupiny sú proteázy cysteínu, serínu, treonínu, kyseliny asparágovej, kyseliny glutámovej a metaloproteináz..

Všetky metaloproteinázy vyžadujú, aby bol kovový atóm schopný vykonávať katalytický strih. Kovy prítomné v metaloproteinázach zahŕňajú najmä zinok, ale iné metaloproteinázy používajú kobalt.

Aby sa uskutočnila jeho funkcia, musí byť atóm kovu koordinovane koordinovaný s proteínom. To sa vykonáva prostredníctvom štyroch kontaktných bodov.

Tri z nich používajú niektoré aminokyseliny naložené histidínom, lyzínom, arginínom, glutamátom alebo aspartátom. Štvrtý koordinačný bod je tvorený molekulou vody.

klasifikácia

Medzinárodná únia biochémie a molekulárnej biológie vytvorila klasifikačný systém pre enzýmy. V tomto systéme sú enzýmy identifikované písmenami EC a kódovaným systémom štyroch čísiel.

Prvé číslo identifikuje enzýmy podľa ich mechanizmu účinku a rozdelí ich do šiestich veľkých tried. Druhé číslo ich oddeľuje podľa substrátu, na ktorom pôsobia. Ostatné dve čísla robia rozdelenia ešte špecifickejšími.

Pretože metaloproteinázy katalyzujú hydrolytické reakcie, sú podľa tohto klasifikačného systému identifikované číslom EC4. Okrem toho patria do podtriedy 4, ktorá obsahuje všetky hydrolázy, ktoré pôsobia na peptidové väzby.

Metaloproteinázy, rovnako ako zvyšok proteináz, môžu byť klasifikované podľa miesta polypeptidového reťazca, ktorý napáda.

-Exopeptidázové metaloproteinázy

Pôsobia na peptidové väzby koncových aminokyselín polypeptidového reťazca. Patria sem všetky metaloproteinázy, ktoré majú dva katalytické ióny kovov a niektoré ióny s jedným kovom.

-Metaloproteinázy endopeptidázy

Pôsobia na akúkoľvek peptidovú väzbu v rámci polypeptidového reťazca, čo vedie k dvom molekulám polypeptidov s nižšou molekulovou hmotnosťou.

Týmto spôsobom pôsobia mnohé metaloproteinázy s jedným katalytickým iónom kovu. Tu sú matricové metaloproteinázy a ADAM proteíny

Matricové metaloproteinázy (MMP)

Sú to enzýmy schopné pôsobiť katalyticky na niektoré zložky extracelulárnej matrice. Extracelulárna matrica je súbor všetkých látok a materiálov, ktoré sú súčasťou tkaniva a ktoré sú umiestnené na vonkajšej strane buniek.

Sú početnou skupinou enzýmov prítomných vo fyziologických procesoch a podieľajú sa na morfologických a funkčných zmenách mnohých tkanív.

Napríklad v kostrových svaloch hrajú veľmi dôležitú úlohu pri tvorbe, prestavbe a regenerácii svalového tkaniva. Pôsobia tiež na rôzne typy kolagénov prítomných v extracelulárnej matrici.

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

Hydrolytické enzýmy, ktoré pôsobia na kolagén typu I, II a III nachádzajúce sa medzi bunkami. Získava sa produkt katabolizmu týchto látok denaturovaný kolagén alebo želatína.

U stavovcov je tento enzým produkovaný rôznymi bunkami, ako sú fibroblasty a makrofágy, ako aj epitelové bunky. Môžu tiež pôsobiť na iné molekuly extracelulárnej matrice.

Gelatinázy (MMP-2, MMP-9)

Prispievajú k katabolickému procesu kolagénov typu I, II a III. Pôsobia tiež na denaturovaný kolagén alebo želatínu získanú po pôsobení kolagenáz.

Estromalyzíny (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Pôsobia na kolagény typu IV a na iné molekuly extracelulárnej matrix spojenej s kolagénom. Jeho aktivita na želatíne je obmedzená.

Matrilyzíny (MMP-7, MMP-26).

Sú to metaloproteinázy štrukturálne jednoduchšie ako zvyšok. Sú príbuzné s nádorovými epitelovými bunkami.

Metaloproteázy spojené s membránami (MT-MMP)

Tieto sú súčasťou bazálnych membrán. Podieľajú sa na proteolytických aktivitách iných matrixových metaloproteináz.

neprilysin

Neprilysín je matricová metaloproteináza, ktorá má katalytický ión zinku. Je zodpovedný za hydrolýzu peptidov v amino-terminálnom hydrofóbnom zvyšku.

Tento enzým sa nachádza v mnohých orgánoch, vrátane obličiek, mozgu, pľúc, hladkého svalstva ciev, ako aj endotelových, srdcových, krvných, tukových buniek a fibroblastov..

Neprilysín je nevyhnutný pre metabolickú degradáciu vazoaktívnych peptidov. Niektoré z týchto peptidov pôsobia ako vazodilatátory, ale iné majú vazokonstrikčné účinky.

Inhibícia neprisilínu spolu s inhibíciou receptora angiotenzínu sa stala veľmi sľubnou alternatívnou terapiou pri liečbe pacientov so srdcovým zlyhaním..

Iné matricové metaloproteinázy

Existujú niektoré metaloproteinázy, ktoré nepatria do žiadnej z predchádzajúcich kategórií. Príkladom je MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 a MMP-28.

-ADAM proteíny

ADAM (A Disintegrin A Metalloprotease, svojím anglickým názvom) sú skupinou metaloproteináz, známych ako metaloproteázy - dezintegríny.

Patria sem enzýmy, ktoré rozdeľujú alebo odstraňujú časti proteínov, ktoré sú z bunky vylúčené membránou tejto bunky..

Niektoré ADAM, najmä u ľudí, nemajú funkčnú proteázovú doménu. Medzi jeho hlavné funkcie patrí pôsobenie na spermatogenézu a spermiu - fúziu vajíčka. Sú dôležitou súčasťou jedu mnohých hadov.

Iné funkcie a zmeny

Modifikácia proteínu

Metaloproteinázy sa môžu podieľať na modifikácii (dozrievaní) niektorých proteínov v posttranslačných procesoch.

To sa môže vyskytnúť súbežne alebo následne po syntéze cieľového proteínu alebo v konečnom mieste, kde má vykonávať svoju funkciu. To sa zvyčajne dosahuje štiepením obmedzeného počtu aminokyselinových zvyškov cieľovej molekuly.

Pri rozsiahlejších štiepnych reakciách môžu byť biele proteíny úplne degradované.

Účinky na zdravie

Akákoľvek zmena vo fungovaní metaloproteináz môže mať nežiaduce účinky na zdravie človeka. Okrem toho niektoré iné patologické procesy nejakým spôsobom zahŕňajú účasť tejto dôležitej skupiny enzýmov.

Matricová metaloproteináza 2 napríklad hrá dôležitú úlohu pri invázii rakoviny, jej progresii a metastázach, vrátane rakoviny endometria. V iných prípadoch sa zmena homeostázy MME týkala artritídy, zápalu a niektorých typov rakoviny..

Nakoniec metaloproteinázy plnia ďalšie funkcie v prírode, ktoré priamo nesúvisia s fyziológiou jedinca, ktorý ich produkuje. Pre niektoré zvieratá je napríklad dôležitá produkcia jedov v ich prežívaní.

V skutočnosti, jed mnohých hadov obsahuje komplexnú zmes bioaktívnych zlúčenín. Medzi nimi je niekoľko metaloproteináz, ktoré spôsobujú krvácanie, poškodenie tkaniva, edém, nekrózu, okrem iných účinkov u obetí..

Súvisiace patológie

Bolo zistené, že enzýmy rodiny MMP sa podieľajú na vývoji rôznych ochorení; kožné ochorenia, vaskulárne dysfunkcie, cirhóza, pľúcny emfyzém, mozgová ischémia, artritída, periodontitída a rakovinové metastázy..

Predpokladá sa, že veľké množstvo foriem, ktoré sa môžu vyskytnúť v matricových metaloproteinázach, môže podporiť zmenu niekoľkých mechanizmov genetickej regulácie, čo vedie k zmene genetického profilu..

Na inhibíciu vývoja patológií spojených s MMP sa použili rôzne inhibítory metlopreináz, prirodzených aj umelých..

Prírodné inhibítory boli izolované z mnohých morských organizmov, vrátane rýb, mäkkýšov, rias a baktérií. Na druhej strane syntetické inhibítory všeobecne obsahujú chelatačnú skupinu, ktorá viaže a inaktivuje katalytický ión kovu. Výsledky získané týmito terapiami však neboli presvedčivé.

Terapeutické použitie

Matricové metaloproteinázy majú niekoľko terapeutických použití. Používajú sa na liečbu popálenín, ako aj rôznych typov vredov. Tiež sa používajú na elimináciu jazvového tkaniva a na uľahčenie regeneračného procesu pri transplantáciách orgánov.

referencie

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molekulárna biológia bunky, 6th Vydanie. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Spojené kráľovstvo.
  2. Caley, M. P., Martins, V. L. C., O'Toole, E.A. (2015) Metaloproteinázy a hojenie rán. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologická úloha matricových metaloproteináz: kritická rovnováha. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteázy: strážcovia mitochondriálnej funkcie a homeostázy. Bunky, 7: 163. doi: 10,3390 / bunky7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers na Blízkom východe: bohatý zdroj bioaktívnych molekúl. molekuly.