Metalloproteinaser egenskaper, funktioner och typer



den metalloproteinaser eller metalloproteaser är enzymer som bryter ner proteiner och kräver närvaron av en metallatom för att ha aktivitet. Den verkställande armen av alla aktiviteter som utförs av en cell är enzymerna.

Även om många proteiner spelar en strukturell roll uppvisar ett annat stort antal, om inte de flesta, någon katalytisk aktivitet. En grupp av dessa enzymer är ansvariga för nedbrytning av andra proteiner.

Sammantaget kallas dessa enzymer proteinaser eller proteaser. Den grupp av proteaser som kräver en metallatom att vara aktiv kallas metalloproteinaser.

index

  • 1 Funktioner
  • 2 Allmänna egenskaper hos metalloproteinaser
  • 3 klassificering
    • 3,1-metalloproteinaser exopeptidaser
    • 3,2-metalloproteinaser endopeptidaser
  • 4 Övriga funktioner och ändringar
    • 4.1 Modifiering av proteiner
    • 4.2 Effekter på hälsan
  • 5 associerade patologier
  • 6 Terapeutiska användningsområden
  • 7 referenser

funktioner

Proteaserna uppfyller i allmänhet en viktig och en mängd olika uppgifter i en cell. Den mest globala uppgiften är att tillåta ersättning av proteinerna i en cell.

Det vill säga eliminera gamla proteiner och tillåta deras ersättning med nya proteiner. Nya proteiner syntetiseras de novo på ribosomer under översättningsförfarandet.

Den viktigaste rollen för metalloproteinaser är i synnerhet att reglera cellens beteende. Detta uppnås genom denna speciella grupp av proteaser som styr närvaron och tiden för närvaro av transkriptionsregulatorer, responsmediatorer, receptorer, membranstrukturproteiner och inre organeller etc..

Beroende på deras nedbrytningsförmåga klassificeras proteaser, inklusive metalloproteinaser, i endoproteaser (metalloendoproteaser) eller exoproteaser (metalloproteinaser)..

De tidigare nedbryta proteinerna från den ena änden av proteinet (dvs amino eller karboxyl). Endoproteaser, å andra sidan, gör nedskärningar i proteinet med en specifik specificitet.

Allmänna egenskaper hos metalloproteinaser

Metalloproteinaser är kanske den mest olika gruppen av proteaser av de sex som finns. Proteaser klassificeras enligt deras katalytiska mekanism. Dessa grupper är proteaser av cystein, serin, treonin, asparaginsyra, glutaminsyra och metalloproteinaser.

Alla metalloproteinaser kräver en metallatom för att kunna utföra sin katalytiska kapning. Metaller som finns närvarande i metalloproteinaser innehåller huvudsakligen zink, men andra metalloproteinaser använder kobolt.

För att utföra sin funktion måste metallatorn samordnas på ett samordnat sätt med proteinet. Detta görs genom fyra kontaktpunkter.

Tre av dem använder några av aminosyrorna laddade histidin, lysin, arginin, glutamat eller aspartat. Den fjärde samordningspunkten är gjord av en vattenmolekyl.

klassificering

Den internationella unionen av biokemi och molekylärbiologi har etablerat ett klassificeringssystem för enzymer. I detta system identifieras enzymerna med bokstäverna EC och ett kodat system med fyra siffror.

Det första numret identifierar enzymerna enligt deras verkningsmekanism och delar dem i sex stora klasser. Det andra numret separerar dem enligt substratet på vilket de fungerar. De andra två siffrorna gör divisionerna ännu mer specifika.

Eftersom metalloproteinaser katalyserar hydrolysreaktioner identifieras de med EC4-numret enligt detta klassificeringssystem. Dessutom tillhör de subklass 4, som innehåller alla hydrolaser som verkar på peptidbindningar.

Metalloproteinaser, som resten av proteinaserna, kan klassificeras enligt platsen för polypeptidkedjan som attackerar.

-Exopeptidasmetalloproteinaser

De verkar på peptidbindningarna hos de terminala aminosyrorna i polypeptidkedjan. Här ingår alla metalloproteinaser som har två katalytiska metalljoner och några med en enda metalljon.

-Endopeptidasmetalloproteinaser

De verkar på vilken som helst peptidbindning inom polypeptidkedjan som resulterar i två molekyler av polypeptider med låg molekylvikt.

Många av metalloproteinaserna med en enda katalytisk metalljon verkar på detta sätt. Här är matrismetalloproteinaser och ADAM-proteiner

Matrix metalloproteinaser (MMP)

De är enzymer som kan fungera katalytiskt på vissa komponenter i den extracellulära matrisen. Den extracellulära matrisen är uppsättningen av alla ämnen och material som ingår i en vävnad och som ligger på utsidan av cellerna.

De är en stor grupp enzymer närvarande i fysiologiska processer, och de deltar i morfologiska och funktionella förändringar av många vävnader.

I skelettmusklerna spelar de till exempel en mycket viktig roll vid bildning, ombyggnad och regenerering av muskelvävnad. De verkar också på de olika typerna av kollagener närvarande i den extracellulära matrisen.

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

Hydrolytiska enzymer som verkar på kollagen av typ I, II och III finns mellan cellerna. Produkt av katabolismen av dessa substanser denaturerad kollagen eller gelatin erhålles.

I vertebrater är detta enzym som produceras av olika celler, såsom fibroblaster och makrofager och epitelceller. De kan också verka på andra molekyler i den extracellulära matrisen.

Gelatinaser (MMP-2, MMP-9)

De bidrar till katabolismsprocessen av kollagen av typ I, II och III. De verkar också på det denaturerade kollagenet eller gelatin erhållet efter verkan av kollagenaser.

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

De verkar på typ IV-kollagener och på andra molekyler av den extracellulära matrisen associerad med kollagen. Dess aktivitet på gelatin är begränsad.

Matrilysiner (MMP-7, MMP-26).

De är metalloproteinasas strukturellt enklare än resten. De är relaterade till tumörepitelceller.

Membranassocierade metalloproteaser (MT-MMP)

Dessa är en del av basala membranerna. De deltar i proteolytiska aktiviteter hos andra matrismetalloproteinaser.

neprilysin

Neprilysin är ett matrismetalloproteinas som har zink som en katalysatorjon. Det är ansvarigt för hydrolysering av peptiderna i den aminoterminala hydrofoba återstoden.

Detta enzym finns i många organ, inklusive njur-, hjärn-, lung-, kärlglattmuskel samt endotel-, hjärt-, blod-, fettceller och fibroblaster..

Neprilysin är väsentligt för metabolisk nedbrytning av vasoaktiva peptider. Några av dessa peptider fungerar som vasodilatorer, men andra har vasokonstrictor effekter.

Inhiberingen av neprisilin, tillsammans med inhiberingen av angiotensinreceptorn, har blivit en mycket lovande alternativ terapi vid behandling av patienter med hjärtsvikt..

Andra matrismetalloproteinaser

Det finns några metalloproteinaser som inte faller i någon av de föregående kategorierna. Exempel på dem vi har MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 och MMP-28.

-ADAM proteiner

ADAM (ett disintegrin och metalloproteas, med dess engelska namn) är en grupp metalloproteinaser, kända som metalloproteaser - disintegriner.

Dessa inkluderar enzymer som skär eller eliminerar delar av proteiner som utesluts från cellen genom membranet i denna cell..

Vissa ADAM, särskilt hos människor, saknar en funktionell proteasdomän. Bland de viktigaste funktionerna är spermatogenes och spermier-äggfusion. De är en viktig del av giften hos många ormar.

Andra funktioner och ändringar

Protein modifiering

Metalloproteinaser kan delta i modifieringen (mognad) av vissa proteiner i posttranslationella processer.

Detta kan förekomma i samband med eller efter syntesen av målproteinet eller vid den slutliga platsen där den är bosatt för att utföra sin funktion. Detta uppnås vanligtvis med klyvning av ett begränsat antal aminosyrarester av målmolekylen.

Vid mer omfattande klyvningsreaktioner kan vita proteiner fullständigt försämras.

Effekter på hälsan

Eventuella förändringar i metalloproteinasernas funktion kan ha oönskade effekter på människans hälsa. Dessutom innebär vissa andra patologiska processer på något sätt deltagandet av denna viktiga grupp av enzymer.

Matrismetalloproteinas 2 spelar till exempel en viktig roll vid invasionen av cancer, dess progression och metastasering, inklusive endometriecancer. I andra fall har förändringen av hemostasen hos MME: erna varit relaterad till artrit, inflammation och vissa typer av cancer.

Slutligen uppfyller metalloproteinaser andra funktioner i naturen som inte är direkt relaterade till fysiologin hos den individ som producerar dem. För vissa djur är till exempel produktion av gifter viktig i deras överlevnadsläge.

I själva verket innehåller giften hos många ormar en komplex blandning av bioaktiva föreningar. Bland dem finns flera metalloproteinaser som orsakar blödning, vävnadsskada, ödem, nekros, bland andra effekter hos offret.

Associerade patologier

Det har fastställts att enzymerna i MMP-familjen deltar i utvecklingen av olika sjukdomar; hudsjukdomar, vaskulär dysfunktion, cirros, pulmonell emfysem, cerebral ischemi, artrit, parodontit och cancermetastas, inklusive.

Man tror att den stora variationen av former som kan uppstå i matrismetalloproteinaser kan gynna förändringen av flera mekanismer för genetisk reglering, vilket leder på detta sätt till en förändring i den genetiska profilen.

För att hämma utvecklingen av patologier associerade med MMP har olika inhibitorer av metallopreinaser, både naturliga och artificiella, använts..

Naturliga hämmare har isolerats från många marina organismer, inklusive fisk, blötdjur, alger och bakterier. Syntetiska hämmare innehåller däremot generellt en chelaterande grupp som binder och inaktiverar den katalytiska metalljonen. Resultaten som erhållits med dessa terapier har emellertid inte varit avgörande.

Terapeutiska användningsområden

Matrismetalloproteinaser har flera terapeutiska användningar. De används för att behandla brännskador, liksom olika typer av sår. De har också använts för att eliminera ärrvävnad och för att underlätta regenereringsprocessen vid organtransplantationer.

referenser

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molecular biology of the cell, 6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Storbritannien.
  2. Caley, M.P., Martins, L. V. C., O'Toole, E. A. (2015) Metalloproteinaser och sårläkning. Förskott i sårvård, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matriska metalloproteinasas biologiska roll: ett kritiskt balans. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA-proteaser: väktare av mitokondriell funktion och homeostas. Celler, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S. M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers i Mellanöstern: en rik källa till bioaktiva molekyler. molekyler.