Характеристики, функции и типы металлопротеиназ



металлопротеиназы или металлопротеазы представляют собой ферменты, которые разлагают белки и требуют наличия атома металла для активности. Исполнительным рычагом всех действий, выполняемых клеткой, являются ферменты.

Хотя многие белки играют структурную роль, другое большое количество, если не большинство, проявляют некоторую каталитическую активность. Группа этих ферментов ответственна за деградацию других белков..

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

индекс

  • 1 Функции
  • 2 Общая характеристика металлопротеиназ
  • 3 Классификация
    • 3.1 -Металопротеиназы экзопептидаз
    • 3.2 -Металопротеиназы эндопептидаз
  • 4 Другие функции и изменения
    • 4.1 Модификация белков
    • 4.2 Влияние на здоровье
  • 5 Сопутствующие патологии
  • 6 Терапевтическое использование
  • 7 ссылок

функции

Протеазы, как правило, выполняют важную и многочисленную группу задач в клетке. Самая глобальная задача - разрешить замену белков, присутствующих в клетке..

То есть устранять старые белки и разрешать их замену новыми белками. Новые белки синтезируются de novo на рибосомах в процессе перевода.

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

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

Первые разлагают белки с одного конца белка (т.е. амино или карбоксил). Эндопротеазы, с другой стороны, делают срезы внутри белка 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 металлопротеиназ..

Все металлопротеиназы требуют, чтобы атом металла был в состоянии выполнить их каталитическое сокращение. Металлы, присутствующие в металлопротеиназах, в основном включают цинк, но другие металлопротеиназы используют кобальт.

Чтобы выполнить свою функцию, атом металла должен быть скоординирован с белком. Это делается через четыре точки контакта.

Три из них используют некоторые из аминокислот, гистидин, лизин, аргинин, глутамат или аспартат. Четвертая координационная точка сделана молекулой воды.

классификация

Международный союз биохимии и молекулярной биологии создал систему классификации ферментов. В этой системе ферменты идентифицируются буквами ЕС и кодированной системой из четырех чисел..

Первое число идентифицирует ферменты в соответствии с их механизмом действия и делит их на шесть больших классов. Второе число разделяет их в соответствии с субстратом, на который они действуют. Два других числа делают деления еще более конкретными.

Поскольку металлопротеиназы катализируют реакции гидролиза, они идентифицируются с номером EC4, в соответствии с этой системой классификации. Кроме того, они принадлежат к подклассу 4, который содержит все гидролазы, которые действуют на пептидные связи.

Металлопротеиназы, как и остальные протеиназы, могут быть классифицированы в зависимости от места полипептидной цепи, которая атакует.

-Экзопептидаза металлопротеиназ

Они действуют на пептидные связи концевых аминокислот полипептидной цепи. Здесь включены все металлопротеиназы, которые имеют два каталитических иона металла и некоторые с одним ионом металла.

-Эндопептидаза металлопротеиназ

Они действуют на любую пептидную связь внутри полипептидной цепи, что приводит к образованию двух молекул полипептидов с более низкой молекулярной массой.

Таким образом действуют многие металлопротеиназы с одним каталитическим ионом металла. Вот матрица металлопротеиназ и белков ADAM

Матричные металлопротеиназы (ММР)

Они являются ферментами, способными каталитически воздействовать на некоторые компоненты внеклеточного матрикса. Внеклеточный матрикс - это совокупность всех веществ и материалов, которые являются частью ткани и расположены снаружи клеток..

Они представляют собой многочисленную группу ферментов, присутствующих в физиологических процессах, и они 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 воздействуют на различные типы коллагенов, присутствующих во внеклеточном матриксе.

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

Гидролитические ферменты, которые действуют на коллаген типа I, II и III, обнаруживаются между клетками. Продукт катаболизма этих веществ денатурированный коллаген или желатин получается.

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 (ММР-2, ММР-9)

Они способствуют процессу катаболизма коллагенов типа I, II и III. Они также действуют на денатурированный коллаген или желатин, полученный после действия коллагеназ.

Эстромалезины (ММР-3, ММР-10, ММР-11)

Они действуют на коллагены типа IV и на другие молекулы внеклеточного матрикса, связанные с коллагеном. Его активность на желатине ограничена.

Матрилизины (ММП-7, ММП-26).

Они металлопротеины структурно проще, чем остальные. Они связаны с опухолевыми эпителиальными клетками.

Мембранно-ассоциированные металлопротеазы (MT-MMP)

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

неприлизина

Неприлизин - это матричная металлопротеиназа, в которой в качестве иона катализатора используется цинк. Он отвечает за гидролиз пептидов в аминоконцевом гидрофобном остатке.

Этот фермент содержится во многих органах, включая почки, мозг, легкие, гладкие мышцы сосудов, а также эндотелиальные, сердечные, кровяные, жировые клетки и фибробласты..

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

Ингибирование непризилина вместе с ингибированием рецептора ангиотензина стало очень многообещающей альтернативной терапией при лечении пациентов с сердечной недостаточностью..

Другие матричные металлопротеиназы

Есть некоторые металлопротеиназы, которые не попадают ни в одну из предыдущих категорий. Пример их у нас есть MMP-12; ММР-9; ММР-20; ММР-22; ММП-23 и ММП-28.

-ADAM белки

АДАМ (Дезинтегрин и Металлопротеаза, его английское название) представляют собой группу металлопротеиназ, известных как металлопротеазы - дезинтегрины..

К ним относятся ферменты, которые режут или удаляют части белков, которые исключаются из клетки мембраной этой клетки..

У некоторых ADAM, особенно у людей, отсутствует функциональный домен протеазы. Среди его основных функций - сперматогенез и слияние сперматозоидов. Они являются важным компонентом яда многих змей.

Другие функции и изменения

Модификация белка

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

Это может происходить одновременно или после синтеза целевого белка или на конечном участке, где он находится, чтобы выполнять свою функцию. Обычно это достигается с помощью расщепления ограниченного количества аминокислотных остатков молекулы-мишени.

При более обширных реакциях расщепления белые белки могут полностью разлагаться.

Влияние на здоровье

Любое изменение в функционировании металлопротеиназ может иметь нежелательные последствия для здоровья человека. Кроме того, некоторые другие патологические процессы каким-то образом связаны с участием этой важной группы ферментов..

Например, матриксная металлопротеиназа 2 играет важную роль в инвазии раком, его прогрессировании и метастазировании, включая рак эндометрия. В других случаях изменение гомеостаза MMEs было связано с артритом, воспалением и некоторыми типами рака..

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

На самом деле яд многих змей содержит сложную смесь биологически активных соединений. Среди них есть несколько металлопротеиназ, которые вызывают кровотечение, повреждение тканей, отек, некроз, среди других последствий у жертвы.

Сопутствующие патологии

Было установлено, что ферменты семейства ММР участвуют в развитии различных заболеваний; кожные заболевания, сосудистые дисфункции, цирроз печени, эмфизема легких, церебральная ишемия, артрит, периодонтит и метастазирование рака, среди других.

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

Для подавления развития патологий, связанных с ММП, были использованы различные ингибиторы металлопреиназ, как природных, так и искусственных..

Природные ингибиторы были выделены из многочисленных морских организмов, включая рыбу, моллюсков, водоросли и бактерии. С другой стороны, синтетические ингибиторы обычно содержат хелатирующую группу, которая связывает и инактивирует каталитический ион металла. Результаты, полученные с помощью этих методов лечения, однако, не являются окончательными.

Терапевтическое использование

Матричные металлопротеиназы имеют несколько терапевтических применений. Они используются для лечения ожогов, а также различных видов язв. Они также используются для устранения рубцовой ткани и для облегчения процесса регенерации при пересадке органов..

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтерс П. (2014) Молекулярная биология клетки, 6го Выпуск. Гирлянда Наука, Тейлор и Фрэнсис Групп. Абингдон-на-Темзе, Великобритания.
  2. Caley, M.P., Martins, V.L.C., O'Toole, E.A. (2015) Металлопротеиназы и заживление ран. Достижения в области ухода за ранами, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Биологическая роль матриксных металлопротеиназ: критический баланс. Европейский респираторный журнал, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA протеазы: хранители митохондриальной функции и гомеостаза. Клетки, 7: 163. doi: 10,3390 / cell7100163.
  5. Рима, М., Алави-Наини, С.М., Карам, М., Садек, Р., Сабатье, Ж.-М., Файлоун, З. (2018) Гадюки Ближнего Востока: богатый источник биологически активных молекул. молекулы.