Charakteristika, funkce a typy metaloproteináz



metaloproteináz nebo metaloproteázy jsou enzymy, které degradují proteiny a vyžadují přítomnost atomu kovu, aby měly aktivitu. Vykonávajícím ramenem všech činností prováděných buňkou jsou enzymy.

Ačkoli mnoho proteinů hraje strukturální úlohu, jiné velké množství, ne-li většina, vykazuje určitou katalytickou aktivitu. Skupina těchto enzymů je zodpovědná za degradaci jiných proteinů.

Tyto enzymy se nazývají proteinázy nebo proteázy. Skupina proteáz, které vyžadují aktivní atom kovu, se nazývá metaloproteinázy.

Index

  • 1 Funkce
  • 2 Obecné charakteristiky metaloproteináz
  • 3 Klasifikace
    • 3,1-Metaloproteinázy exopeptidasas
    • 3,2-Metaloproteinázy endopeptidasas
  • 4 Další funkce a úpravy
    • 4.1 Modifikace proteinů
    • 4.2 Účinky na zdraví
  • 5 Související patologie
  • 6 Terapeutické použití
  • 7 Odkazy

Funkce

Proteasy obecně plní důležitou a početnou skupinu úkolů v buňce. Největším úkolem všech je umožnit nahrazení proteinů přítomných v buňce.

To znamená, že odstraní staré proteiny a umožní jejich nahrazení novými proteiny. Jsou syntetizovány nové proteiny de novo na ribozomech během procesu překladu.

Zejména nejdůležitější úlohou metaloproteináz je regulovat chování buňky. Toho je dosaženo touto skupinou proteáz kontrolující přítomnost a čas přítomnosti transkripčních regulátorů, mediátorů odezvy, receptorů, membránových strukturních proteinů a vnitřních organel atd..

V závislosti na způsobu degradace se proteázy, včetně metaloproteináz, klasifikují do endoproteáz (metaloendoproteáz) nebo exoproteáz (metaloproteináz)..

Bývalý degraduje proteiny z jednoho konce proteinu (tj. Amino nebo karboxyl). Na druhé straně endoproteázy provádějí řezy uvnitř proteinu se specifickou specificitou.

Obecné vlastnosti metaloproteináz

Metaloproteinázy jsou možná nejrozmanitější skupinou proteáz ze šesti, které existují. Proteázy se klasifikují podle svého katalytického mechanismu. Tyto skupiny jsou proteázy cysteinu, serinu, threoninu, kyseliny asparagové, kyseliny glutamové a metaloproteináz..

Všechny metaloproteinázy vyžadují, aby atom kovu mohl provádět svůj katalytický řez. Kovy přítomné v metaloproteinázách zahrnují zejména zinek, ale jiné metaloproteinázy používají kobalt.

Aby bylo možné provést svou funkci, musí být atom kovu koordinován koordinovaně s proteinem. To se provádí prostřednictvím čtyř kontaktních míst.

Tři z nich používají některé aminokyseliny naložené histidinem, lysinem, argininem, glutamátem nebo aspartátem. Čtvrtý koordinační bod je tvořen molekulou vody.

Klasifikace

Mezinárodní svaz biochemie a molekulární biologie vytvořil klasifikační systém pro enzymy. V tomto systému jsou enzymy identifikovány písmeny EC a kódovaným systémem čtyř čísel.

První číslo identifikuje enzymy podle jejich mechanismu působení a rozděluje je do šesti velkých tříd. Druhé číslo je odděluje podle substrátu, na kterém působí. Další dvě čísla dělají rozdělení ještě více specifická.

Protože metaloproteinázy katalyzují hydrolytické reakce, jsou podle tohoto klasifikačního systému identifikovány číslem EC4. Kromě toho patří do podtřídy 4, která obsahuje všechny hydrolázy, které působí na peptidové vazby.

Metaloproteinázy, stejně jako ostatní proteinázy, mohou být klasifikovány podle místa polypeptidového řetězce, který napadá.

-Metaloproteinázy exopeptidázy

Působí na peptidové vazby terminálních aminokyselin polypeptidového řetězce. Zde jsou zahrnuty všechny metaloproteinázy, které mají dva katalytické ionty kovů a některé ionty kovu.

-Metaloproteinázy endopeptidázy

Působí na jakoukoliv peptidovou vazbu uvnitř polypeptidového řetězce, což vede ke dvěma molekulám polypeptidů s nižší molekulovou hmotností.

Tímto způsobem působí mnoho metaloproteináz s jedním katalytickým iontem kovu. Zde jsou matricové metaloproteinázy a ADAM proteiny

Matricové metaloproteinázy (MMP)

Jsou to enzymy schopné katalyticky působit na některé složky extracelulární matrice. Extracelulární matrice je soubor všech látek a materiálů, které jsou součástí tkáně a které jsou umístěny na vnější straně buněk.

Jsou četnou skupinou enzymů přítomných ve fyziologických procesech a podílejí se na morfologických a funkčních změnách mnoha tkání.

Například v kosterních svalech hrají velmi důležitou roli při tvorbě, přestavbě a regeneraci svalové tkáně. Působí také na různé typy kolagenu přítomných v extracelulární matrici.

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

Hydrolytické enzymy, které působí na kolagen typu I, II a III nalezené mezi buňkami. Získává se produkt katabolismu těchto látek denaturovaného kolagenu nebo želatiny.

U obratlovců je tento enzym produkován různými buňkami, jako jsou fibroblasty a makrofágy, jakož i epiteliálními buňkami. Mohou také působit na jiné molekuly extracelulární matrice.

Gelatinázy (MMP-2, MMP-9)

Přispívají k katabolickému procesu kolagenu typu I, II a III. Působí také na denaturovaný kolagen nebo želatinu získanou po působení kolagenáz.

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

Působí na kolageny typu IV a na další molekuly extracelulární matrix spojené s kolagenem. Jeho aktivita na želatině je omezená.

Matrilysiny (MMP-7, MMP-26).

Jedná se o metaloproteinasas strukturálně jednodušší než zbytek. Vztahují se k nádorovým epiteliálním buňkám.

Metaloproteázy spojené s membránou (MT-MMP)

Ty jsou součástí bazálních membrán. Podílí se na proteolytických aktivitách jiných matrixových metaloproteináz.

Neprilysin

Neprilysin je matrixová metaloproteináza, která má jako katalyzátorový iont zinek. Je zodpovědný za hydrolýzu peptidů v amino-terminálním hydrofobním zbytku.

Tento enzym se nachází v mnoha orgánech, včetně ledvin, mozku, plic, hladkého svalstva cév, stejně jako endotelových, srdečních, krevních, tukových buněk a fibroblastů..

Neprilysin je nezbytný pro metabolickou degradaci vazoaktivních peptidů. Některé z těchto peptidů působí jako vazodilatátory, jiné však mají vazokonstrikční účinky.

Inhibice neprisilinu, spolu s inhibicí receptoru angiotensinu, se stala velmi slibnou alternativní terapií v léčbě pacientů se srdečním selháním..

Další matricové metaloproteinázy

Existují některé metaloproteinázy, které nespadají do žádné z předchozích kategorií. Příkladem je MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 a MMP-28.

-ADAM proteiny

ADAM (A Disintegrin A Metalloprotease, podle svého anglického názvu) je skupina metaloproteináz, známých jako metaloproteázy - disintegriny.

Ty zahrnují enzymy, které štěpí nebo eliminují části proteinů, které jsou z buňky vyloučeny membránou této buňky..

Některé ADAM, zejména u lidí, postrádají funkční proteázovou doménu. Mezi jeho hlavní funkce patří působení spermatogeneze a spermií - vaječníků. Jsou důležitou součástí jedu mnoha hadů.

Další funkce a úpravy

Modifikace proteinu

Metaloproteinázy se mohou podílet na modifikaci (zrání) některých proteinů v posttranslačních procesech.

K tomu může docházet souběžně nebo následně po syntéze cílového proteinu nebo v konečném místě, kde má vykonávat svou funkci. Toho se obvykle dosahuje štěpením omezeného počtu aminokyselinových zbytků cílové molekuly.

Při rozsáhlejších štěpných reakcích mohou být bílé proteiny zcela degradovány.

Účinky na zdraví

Jakákoliv změna ve fungování metaloproteináz může mít nežádoucí účinky na zdraví člověka. Kromě toho některé jiné patologické procesy nějakým způsobem zahrnují účast této důležité skupiny enzymů.

Matricová metaloproteináza 2 například hraje důležitou roli v invazi rakoviny, její progresi a metastázách, včetně karcinomu endometria. V jiných případech byla změna homeostázy MME spojena s artritidou, zánětem a některými typy rakoviny..

Metaloproteinázy nakonec plní další funkce v přírodě, které přímo nesouvisejí s fyziologií jedince, který je produkuje. Pro některá zvířata, například, výroba jedů je důležitá v jejich režimu přežití.

Ve skutečnosti jed mnoha hadů obsahuje komplexní směs bioaktivních sloučenin. Mezi nimi je několik metaloproteináz, které způsobují krvácení, poškození tkání, edém, nekrózu, kromě jiných účinků u oběti..

Přidružené patologie

Bylo zjištěno, že enzymy rodiny MMP se podílejí na vývoji různých onemocnění; kožní onemocnění, vaskulární dysfunkce, cirhóza, plicní emfyzém, mozková ischemie, artritida, periodontitida a metastázy zhoubných nádorů,.

Předpokládá se, že velké množství forem, které se mohou vyskytnout v matricových metaloproteinázách, může podpořit změnu několika mechanismů genetické regulace, což vede ke změně genetického profilu..

Pro inhibici vývoje patologií spojených s MMP byly použity různé inhibitory metallopreináz, jak přirozené, tak umělé..

Přírodní inhibitory byly izolovány z mnoha mořských organismů, včetně ryb, měkkýšů, řas a bakterií. Syntetické inhibitory na druhé straně obecně obsahují chelatační skupinu, která váže a inaktivuje ionty katalytického kovu. Výsledky získané těmito terapiemi však nebyly průkazné.

Terapeutické využití

Matricové metaloproteinázy mají několik terapeutických použití. Používají se k léčbě popálenin, jakož i různých typů vředů. Rovněž se používají k odstranění jizevní tkáně a k usnadnění regeneračního procesu u orgánů.

Odkazy

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molekulární biologie buňky, 6th Vydání. Garland věda, Taylor a Francis skupina. Abingdon-on-Thames, Spojené království.
  2. Caley, M. P., Martins, V. L. C., O'Toole, E.A. (2015) Metaloproteinázy a hojení ran. 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: ochránci mitochondriální funkce a homeostázy. Buňky, 7: 163. doi: 10,3390 / buňky7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S.M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers na Středním východě: bohatý zdroj bioaktivních molekul. Molekuly.