METALLOPROTEINÁZOK: JELLEMZŐK, FUNKCIÓK ÉS TÍPUSOK - BIOLÓGIA - 2025

A metalloproteinázok vagy metalloproteázok olyan enzimek, amelyek lebontják a fehérjéket, és aktivitásukhoz fématom jelenlétére van szükség. A sejtek által végzett összes tevékenység végrehajtó szerve enzimek.

Noha sok fehérje szerkezeti szerepet játszik, nagyszámú, ha nem is a legtöbb mutat bizonyos katalitikus aktivitást. Ezen enzimek egy csoportja felelős más fehérjék lebontásáért.

Az MMP2 metalloprotein szerkezete. Felvétel és szerkesztés: Emw, a Wikimedia Commonsból.

Ezeket az enzimeket együttesen proteinázoknak vagy proteázoknak nevezzük. A proteázok azon csoportját, amelyeknek aktív fém-atomra van szükségük, metalloproteinázoknak nevezzük.

Jellemzők

A proteázok általában fontos és számtalan feladatcsoportot hajtanak végre egy sejtben. A leg globálisabb feladat az, hogy lehetővé tegyük a sejtekben levő fehérjék áramlását.

Vagyis távolítsa el a régi fehérjéket és engedje meg, hogy helyettesítsék azokat új fehérjékkel. Az új fehérjéket de novo szintetizálják a riboszómákon a transzlációs folyamat során.

Különösen a metalloproteinázok legfontosabb szerepe a sejt viselkedésének szabályozásában. Ezt a proteázok ezen különleges csoportja valósítja meg a transzkripciós szabályozók, válasz mediátorok, receptorok, szerkezeti membránfehérjék és belső szervek stb. Jelenlétének és jelenlétének ellenőrzésével.

A bomlásmódjától függően a proteázokat, beleértve a metalloproteinázokat, endoproteázokba (metalloendoproteázok) vagy exoproteázokba (metalloexoproteázok) kell besorolni.

Az előbbi lebontja a fehérjéket a fehérje egyik végéből (azaz amino vagy karboxil). Az endoproteázok viszont bizonyos specifitással vágják a fehérjét.

A metalloproteinázok általános jellemzői

A metalloproteinázok talán a legkülönbözőbb proteázcsoport a hat közül. A proteázokat katalitikus mechanizmusuk szerint osztályozzuk. Ezek a csoportok a cisztein, szerin, treonin, aszparaginsav, glutaminsav és a metalloproteinázok proteázai.

Az összes metalloproteinázhoz fématom szükséges a katalitikus vágás elvégzéséhez. A metalloproteinázokban jelen levő fémek főként a cinket tartalmazzák, de más metalloproteinázok kobaltot használnak.

Funkciójának ellátásához a fématomot koordináta komplexet kell képezni a fehérjével. Ezt négy érintkezési ponton keresztül hajtják végre.

Három közülük az egyik töltött aminosav hisztidint, lizint, arginint, glutamátot vagy aszpartátot használja. A negyedik koordinációs pontot egy vízmolekula állítja elő.

Osztályozás

A Biokémiai és Molekuláris Biológiai Nemzetközi Unió létrehozta az enzimek osztályozási rendszerét. Ebben a rendszerben az enzimeket az EC betűk és a négy számból álló kódolórendszer azonosítja.

Az első szám az enzimeket a hatásmechanizmusuk alapján azonosítja, és hat nagy osztályba osztja őket. A második szám elválasztja őket attól az alaptól, amelyen viselkednek. A másik két szám még pontosabb osztást hajt végre.

Mivel a metalloproteinázok hidrolízis reakciókat katalizálnak, ezeket az osztályozási rendszer szerint EC4 számmal azonosítják. Ezenkívül a 4. alosztályba tartoznak, amelyben minden peptidkötésre ható hidroláz található.

A metalloproteinázokat, a többi proteinázhoz hasonlóan, besorolhatjuk a megtámadott polipeptid lánc helye szerint.

-Metaloproteinázok exopeptidázok

A polipeptidlánc terminális aminosavainak peptidkötéseire hatnak. Ide tartozik minden olyan metalloproteináz, amely két katalitikus fémiont tartalmaz, és mások csak egyetlen fémionnal rendelkeznek.

-Metaloproteinázok endopeptidázok

A polipeptid láncon belüli bármilyen peptidkötésre hatnak, ami két alacsony molekulatömegű polipeptid molekulát eredményez.

Az egyetlen katalitikus fémiont tartalmazó metalloproteinázok nagy része így hat. Ide tartoznak a mátrix metalloproteinázok és az ADAM fehérjék.

Mátrix metalloproteinázok (MMP)

Enzimek, amelyek képesek katalitikusan hatni az extracelluláris mátrix egyes alkotóelemeire. Az extracelluláris mátrix az összes anyag és anyag, amelyek egy szövet részét képezik és a sejtek külsején találhatók.

Ezek az enzimek nagy csoportja jelen vannak a fiziológiai folyamatokban, és számos szövet morfológiai és funkcionális változásaiban részt vesznek.

Például a vázizmokban nagyon fontos szerepet játszanak az izomszövet kialakulásában, átalakításában és regenerációjában. Hatnak az extracelluláris mátrixban található különféle típusú kollagénekre is.

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

A sejtek között található I., II. És III. Típusú kollagént befolyásoló hidrolitikus enzimek. Ezen anyagok katabolizmusának eredményeként denaturált kollagént vagy zselatint kapunk.

A gerincesekben ezt az enzimet különféle sejtek, például fibroblasztok és makrofágok, valamint hámsejtek termelik. Hathatnak az extracelluláris mátrix más molekuláira is.

Zselatinázok (MMP-2, MMP-9)

Segítenek az I., II. És III. Típusú kollagének katabolizmusában. Ezenkívül a denaturált kollagénre vagy zselatinra is hatással vannak.

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

A IV típusú kollagénekre és a kollagénhez kapcsolódó extracelluláris mátrix egyéb molekuláira hatnak. Zselatinra gyakorolt ​​hatása korlátozott.

Stromalisin Az MMP3 mátrix metalloproteináz felépítése. Felvétel és szerkesztés: Emw, a Wikimedia Commonsból.

Matriliszinok (MMP-7, MMP-26)

Ezek az alagsori membránok részei. Részt vesznek a mátrixban lévő többi metalloproteináz proteolitikus aktivitásában.

nepriiizin

A neprilizin egy mátrix metalloproteináz, amelynek katalizátor-ionja cink. Feladata a peptidek hidrolízise az aminoterminális hidrofób csoporton.

Ez az enzim számos szervben megtalálható, beleértve a vesét, az agyat, a tüdőt, az érrendszer simaizomjait, valamint az endotél-, szív-, vér-, zsírsejtekben és fibroblasztokban.

A neprilizin elengedhetetlen a vazoaktív peptidek metabolikus lebontásához. Ezeknek a peptideknek egy része értágítóként működik, másoknak vazokonstrikciós hatásuk van.

Az neprisilin gátlása az angiotenzin receptor gátlásával összefüggésben nagyon ígéretes alternatív terápiává vált a szívelégtelenségben szenvedő betegek kezelésére.

Egyéb mátrix metalloproteinázok

Vannak olyan metalloproteinázok, amelyek nem tartoznak a fenti kategóriák egyikébe sem. Példa erre az MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 és MMP-28.

-ADAM fehérjék

Az ADAM-ok (angolul a nevük a dezintegrinek és metalloproteázok) egy metalloproteinázok csoportja, más néven metalloproteázok - dezintegrinek.

Ide tartoznak az enzimek, amelyek kivágják vagy eltávolítják a fehérjék azon részeit, amelyeket a sejtmembrán kizár.

Néhány ADAM-nak, különösen az emberekben, nincs funkcionális proteáz domén. Fő feladatai közé tartozik a spermatogenezis és a sperma-petefúzió hatása. Sok kígyó méregének fontos alkotóelemei.

Egyéb funkciók és átalakítások

Fehérje módosítása

A metalloproteinázok részt vehetnek egyes fehérjék módosításában (érésében) a poszt-transzlációs folyamatokban.

Ez előfordulhat a célfehérje szintézisével egyidejűleg, vagy azt követően, vagy annak a véghelyzetben, ahol a funkció működik. Ezt általában korlátozott számú aminosavmaradéknak a célmolekuláról történő elválasztásával érik el.

Terjedtebb hasítási reakciók során a célfehérjék teljes mértékben lebonthatók.

Egészségügyi hatások

A metalloproteinázok működésének bármilyen változása nemkívánatos hatással lehet az emberi egészségre. Ezenkívül néhány más patológiás folyamat valamilyen módon magában foglalja ennek az enzimek fontos csoportjának a részvételét.

Például a mátrix metalloproteináz 2 fontos szerepet játszik a rák inváziójában, progressziójában és áttétekben, ideértve az endometrium rákot is. Más esetekben az MME homeosztázisának megváltozását összekapcsolták az ízületi gyulladással, gyulladással és a rák egyes típusaival.

Végül, a metalloproteinázok más olyan funkciókat is ellátnak a természetben, amelyek nem közvetlenül kapcsolódnak az őket előállító fiziológiához. Például egyes állatok számára a méreg előállítása fontos a túlélési módban.

Valójában sok kígyó mérege a bioaktív vegyületek komplex keverékét tartalmazza. Között számos metalloproteináz, amelyek vérzést, szöveti károsodást, ödémát, nekrózist okoznak, többek között az áldozatban.

Kapcsolódó patológiák

Lehetséges volt meghatározni, hogy az MMP család enzimei részt vesznek-e különféle betegségek kialakulásában; bőrbetegségek, érrendszeri diszfunkciók, cirrhosis, tüdőemfémia, agyi ischaemia, ízületi gyulladás, periodontitis és rákos áttétek.

Úgy gondolják, hogy a mátrix metalloproteinázokban előforduló formák sokfélesége elősegítheti a genetikai szabályozás számos mechanizmusának megváltoztatását, ezáltal a genetikai profil megváltozásához vezethet.

Az MMP-vel kapcsolatos patológiák kialakulásának gátlására különböző metallopreináz inhibitorokat alkalmaztak, mind természetes, mind mesterségesen.

A természetes inhibitorokat számos tengeri organizmusból izolálták, beleértve a halakat, puhatestűeket, algákat és baktériumokat. A szintetikus inhibitorok általában egy kelátcsoportot tartalmaznak, amely megköti és inaktiválja a katalitikus fémionokat. Az ezekkel a terápiákkal kapott eredmények azonban nem voltak meggyőzőek.

Terápiás felhasználások

A mátrix metalloproteinázoknak számos terápiás felhasználásuk van. Ezeket égési sérülések, valamint különféle fekélyek kezelésére használják. Ezeket a hegszövet eltávolítására és a szervátültetés során a regenerációs folyamat megkönnyítésére is felhasználták.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor és Francis csoport. Abingdon-on-Thames, Egyesült Királyság.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinázok és sebgyógyítás. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) A mátrix metalloproteinázok biológiai szerepe: kritikus egyensúly. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteázok: a mitokondriális funkció és a homeosztázis őrzői. Cells, 7: 163. doi: 10.3390 / sejtek7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) A Közel-Kelet viperái: a bioaktív molekulák gazdag forrása. Molekulákat.