METALLOPROTEINASER: EGENSKAPER, FUNKSJONER OG TYPER - BIOLOGI - 2026

De metalloproteinaser eller metallproteaser er enzymer som bryter ned proteiner og krever nærvær av et metallatom for å ha aktivitet. Den utøvende armen for alle aktivitetene som utføres av en celle er enzymer.

Selv om mange proteiner spiller en strukturell rolle, utviser et stort antall, om ikke de fleste, en viss katalytisk aktivitet. En gruppe av disse enzymene er ansvarlige for å nedbryte andre proteiner.

Struktur av metalloprotein MMP2. Tatt og redigert fra Emw, fra Wikimedia Commons.

Samlet kalles disse enzymene proteinaser eller proteaser. Gruppen proteaser som krever at et metallatom skal være aktiv, kalles metalloproteinaser.

Egenskaper

Proteaser oppfyller generelt en viktig og tallrik gruppe av oppgaver i en celle. Den mest globale oppgaven av alle er å tillate omsetningen av proteiner som er til stede i en celle.

Det vil si eliminere gamle proteiner, og la deres erstatning med nye proteiner. Nye proteiner syntetiseres de novo på ribosomer under oversettelsesprosessen.

Spesielt den viktigste rollen til metalloproteinaser er å regulere atferden til cellen. Dette oppnås ved denne spesielle gruppen av proteaser ved å kontrollere tilstedeværelsen og tidspunktet for tilstedeværelse av transkripsjonsregulatorer, responsformidlere, reseptorer, strukturelle membranproteiner og indre organeller, etc.

Avhengig av deres nedbrytningsmåte klassifiseres proteaser, inkludert metalloproteinaser, til endoproteaser (metalloendoproteaser) eller eksoproteaser (metalloexoproteaser).

De førstnevnte nedbryter proteiner fra den ene enden av proteinet (dvs. amino eller karboksyl). Endoproteaser kutter derimot inni proteinet med en viss spesifisitet.

Generelle egenskaper for metalloproteinaser

Metalloproteinaser er kanskje den mest forskjellige gruppen av proteaser av de seks som finnes. Proteaser klassifiseres i henhold til deres katalytiske mekanisme. Disse gruppene er proteasene av cystein, serin, treonin, asparaginsyre, glutaminsyre og metalloproteinaser.

Alle metalloproteinaser krever et metallatom for å utføre sitt katalytiske snitt. Metallene som er til stede i metalloproteinaser inkluderer hovedsakelig sink, men andre metalloproteinaser bruker kobolt.

For å utføre sin funksjon må metallatom være koordinert kompleks til proteinet. Dette gjøres gjennom fire kontaktpunkter.

Tre av dem bruker en av de ladede aminosyrene histidin, lysin, arginin, glutamat eller aspartat. Det fjerde koordinasjonspunktet er laget av et vannmolekyl.

Klassifisering

International Union of Biochemistry and Molecular Biology har etablert et klassifiseringssystem for enzymer. I dette systemet identifiseres enzymer med bokstavene EC og et kodesystem på fire tall.

Det første tallet identifiserer enzymer i henhold til deres virkningsmekanisme, og deler dem inn i seks store klasser. Det andre tallet skiller dem i henhold til underlaget som de virker på. De to andre tallene utfører enda mer spesifikke inndelinger.

Siden metalloproteinaser katalyserer hydrolysereaksjoner, identifiseres de med nummeret EC4, i henhold til dette klassifiseringssystemet. I tillegg tilhører de underklasse 4, som rommer alle hydrolaser som virker på peptidbindinger.

Metalloproteinaser, som resten av proteinaseene, kan klassifiseres i henhold til stedet for polypeptidkjeden de angriper.

-Metaloproteinaser exopeptidaser

De virker på peptidbindingen til de terminale aminosyrene i polypeptidkjeden. Alle metalloproteinaser som har to katalytiske metallioner og noen med en enkelt metallion er inkludert her.

-Metaloproteinaser endopeptidaser

De virker på enhver peptidbinding i polypeptidkjeden, noe som resulterer i to polypeptidmolekyler med lavere molekylvekt.

Mange av metalloproteinaseene med et enkelt katalytisk metallion virker på denne måten. Dette inkluderer matrise-metalloproteinaser og ADAM-proteiner.

Matrix Metalloproteinases (MMP)

De er enzymer som kan virke katalytisk på noen komponenter i den ekstracellulære matrisen. Den ekstracellulære matrisen er settet med alle stoffene og materialene som er del av et vev og som finnes på utsiden av celler.

De er en stor gruppe enzymer som er til stede i fysiologiske prosesser, og deltar i morfologiske og funksjonelle endringer av mange vev.

I skjelettmuskler spiller de for eksempel en veldig viktig rolle i dannelse, ombygging og regenerering av muskelvev. De virker også på forskjellige typer kollagener som er til stede i den ekstracellulære matrisen.

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

Hydrolytiske enzymer som virker på type I, II og III kollagen funnet mellom celler. Produkt av katabolisme av disse stoffene oppnås denaturert kollagen eller gelatin.

Hos virveldyr produseres dette enzymet av forskjellige celler, for eksempel fibroblaster og makrofager, så vel som av epitelceller. De kan også virke på andre molekyler i den ekstracellulære matrisen.

Gelatinaser (MMP-2, MMP-9)

De hjelper i kataboliseringsprosessen av type I, II og III kollagener. De virker også på denaturert kollagen eller gelatin oppnådd etter virkningen av kollagenaser.

Stromalysiner (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

De virker på type IV kollagener og andre molekyler i den ekstracellulære matrisen assosiert med kollagen. Dets aktivitet på gelatin er begrenset.

Stromalisin Struktur av MMP3-matriks metalloproteinase. Tatt og redigert fra Emw, fra Wikimedia Commons.

Matrilisins (MMP-7, MMP-26)

Dette er en del av kjellermembranene. De deltar i proteolytiske aktiviteter fra andre metalloproteinaser i matrisen.

Neprilysin

Neprilysin er en matrise-metalloproteinase som har sink som katalysatorion. Det er ansvarlig for hydrolysering av peptidene ved den aminoterminal hydrofobe rest.

Dette enzymet finnes i mange organer, inkludert nyre, hjerne, lunge, glatt vaskulær vaskulær, så vel som i endotel, hjerte, blod, fettceller og fibroblaster.

Neprilysin er viktig for metabolsk nedbrytning av vasoaktive peptider. Noen av disse peptidene fungerer som vasodilatatorer, men andre har vasokonstriktoreffekter.

Hemming av neprisilin, i forbindelse med hemming av angiotensinreseptoren, har blitt en veldig lovende alternativ terapi i behandling av pasienter med hjertesvikt.

Andre matrixmetalloproteinaser

Det er noen metalloproteinaser som ikke faller inn i noen av de ovennevnte kategoriene. Et eksempel på dem har vi MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 og MMP-28.

-ADAM Proteiner

ADAMs (A Disintegrin And Metalloprotease) er en gruppe metalloproteinaser, kjent som metalloproteaser - disintegrins.

Disse inkluderer enzymer som kutter eller fjerner deler av proteiner som er ekskludert fra cellen av cellemembranen.

Noen ADAM, spesielt hos mennesker, mangler et funksjonelt proteasedomene. Dets viktigste funksjoner inkluderer å virke på spermatogenese og sæd-egg-fusjon. De er en viktig komponent i giftet til mange slanger.

Andre funksjoner og endringer

Protein modifisering

Metalloproteinaser kan delta i modifisering (modning) av noen proteiner i post-translasjonsprosesser.

Dette kan skje sammen med eller etter syntesen av målproteinet eller på det endelige stedet der det er bosatt for å utøve sin funksjon. Dette oppnås generelt ved spaltning av et begrenset antall aminosyrerester fra målmolekylet.

I mer omfattende spaltningsreaksjoner kan målproteinene bli fullstendig nedbrutt.

Helseeffekter

Enhver endring i funksjonen av metalloproteinaser kan ha uønskede effekter på menneskers helse. I tillegg involverer noen andre patologiske prosesser på noen måte deltakelse av denne viktige gruppen av enzymer.

Matrix metalloproteinase 2 spiller for eksempel en viktig rolle i kreftinvasjon, progresjon og metastase, inkludert endometrial kreft. I andre tilfeller har endring av MME-homeostase blitt koblet til leddgikt, betennelse og noen typer kreft.

Til slutt oppfyller metalloproteinaser andre funksjoner i naturen som ikke er direkte relatert til fysiologien til individet som produserer dem. For noen dyr, for eksempel, er produksjonen av giftstoffer viktig i deres modus for å overleve.

Giftet til mange slanger inneholder faktisk en sammensatt blanding av bioaktive forbindelser. Blant dem er flere metalloproteinaser som forårsaker blødning, vevsskader, ødemer, nekrose, blant andre effekter hos offeret.

Tilhørende patologier

Det har vært mulig å bestemme at enzymene i MMP-familien deltar i utviklingen av forskjellige sykdommer; hudsykdommer, vaskulære dysfunksjoner, skrumplever, lungeemfysem, cerebral iskemi, leddgikt, parodontitt og kreftmetastase, blant andre.

Det antas at det store mangfoldet av former som kan forekomme i matrise-metalloproteinaser kan favorisere endring av forskjellige mekanismer for genetisk regulering, og dermed føre til en endring i den genetiske profilen.

For å hemme utviklingen av patologier assosiert med MMP, har forskjellige hemmere av metallopreinaser, både naturlige og kunstige, blitt brukt.

Naturlige hemmere er blitt isolert fra mange marine organismer, inkludert fisk, bløtdyr, alger og bakterier. Syntetiske hemmere inneholder på sin side generelt en chelaterende gruppe som binder og inaktiverer det katalytiske metallion. Resultatene oppnådd med disse behandlingsformene har imidlertid ikke vært avgjørende.

Terapeutisk bruk

Matrixmetalloproteinaser har flere terapeutiske anvendelser. De brukes til å behandle brannskader, samt forskjellige typer magesår. De har også blitt brukt til å fjerne arrvev og for å lette regenereringsprosessen i organtransplantasjoner.

referanser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of Cell, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Storbritannia.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinaser og sårheling. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologisk rolle av matrise-metalloproteinaser: en kritisk balanse. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteaser: foresatte for mitokondriell funksjon og homeostase. Celler, 7: 163. doi: 10.3390 / celler7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: en rik kilde til bioaktive molekyler. Molekyler.