METALOPROTEINÁZY: VLASTNOSTI, FUNKCIE A TYPY - BIOLÓGIE - 2025

Tieto metaloproteinasy alebo metaloproteázy sú enzýmy, ktoré degradujú proteíny a vyžadujú prítomnosť atómu kovu má aktivitu. Výkonným ramenom všetkých aktivít vykonávaných bunkou sú enzýmy.

Aj keď veľa proteínov hrá štrukturálnu úlohu, veľké množstvo, ak nie väčšina, vykazuje určitú katalytickú aktivitu. Skupina týchto enzýmov je zodpovedná za degradáciu iných proteínov.

Štruktúra metaloproteínu MMP2. Prevzaté a upravené z Emw, z Wikimedia Commons.

Súhrnne sa tieto enzýmy nazývajú proteinázy alebo proteázy. Skupina proteáz, ktoré potrebujú aktívny atóm kovu, sa nazýva metaloproteináza.

Vlastnosti

Proteázy vo všeobecnosti plnia dôležitú a početnú skupinu úloh v bunke. Naj globálnejšou úlohou všetkých je umožniť premenu proteínov prítomných v bunke.

To znamená, odstrániť staré proteíny a umožniť ich nahradenie novými proteínmi. Nové proteíny sa syntetizujú de novo na ribozómoch počas procesu translácie.

Najdôležitejšou úlohou metaloproteináz je najmä regulácia správania bunky. To sa dosahuje touto konkrétnou skupinou proteáz reguláciou prítomnosti a času prítomnosti transkripčných regulátorov, mediátorov odozvy, receptorov, proteínov štruktúrnej membrány a vnútorných organel atď.

V závislosti od spôsobu degradácie sa proteázy vrátane metaloproteináz rozdeľujú na endoproteázy (metaloendoproteázy) alebo exoproteázy (metaloexoproteázy).

Prvé proteíny degradujú z jedného konca proteínu (tj amino alebo karboxyl). Na druhej strane endoproteázy štiepia proteín s určitou špecifickosťou.

Všeobecné vlastnosti metaloproteináz

Metaloproteinázy sú pravdepodobne najrozmanitejšou skupinou proteáz šiestich, ktoré existujú. Proteázy sa klasifikujú podľa ich katalytického mechanizmu. Týmito skupinami sú proteázy cysteínu, serínu, treonínu, kyseliny asparágovej, kyseliny glutámovej a metaloproteináz.

Všetky metaloproteinázy vyžadujú na uskutočnenie svojho katalytického štiepenia atóm kovu. Kovy prítomné v metaloproteinázach zahŕňajú hlavne zinok, ale iné metaloproteinázy používajú kobalt.

Aby mohol atóm kovu vykonávať svoju funkciu, musí byť s proteínom koordinovaný komplex. Toto sa uskutočňuje prostredníctvom štyroch kontaktných miest.

Tri z nich používajú jednu z nabitých aminokyselín histidín, lyzín, arginín, glutamát alebo aspartát. Štvrtý koordinačný bod tvorí molekula vody.

klasifikácia

Medzinárodná únia biochémie a molekulárnej biológie zaviedla klasifikačný systém pre enzýmy. V tomto systéme sú enzýmy identifikované písmenami EC a kódovacím systémom štyroch čísel.

Prvé číslo identifikuje enzýmy podľa ich mechanizmu účinku a rozdeľuje ich do šiestich veľkých tried. Druhé číslo ich oddeľuje podľa substrátu, na ktorý pôsobia. Ostatné dve čísla vykonávajú ešte špecifickejšie divízie.

Pretože metaloproteinázy katalyzujú hydrolytické reakcie, sú podľa tohto klasifikačného systému identifikované číslom EC4. Ďalej patria do podtriedy 4, v ktorej sú umiestnené všetky hydrolázy, ktoré pôsobia na peptidové väzby.

Metaloproteinázy, rovnako ako zvyšok proteináz, môžu byť klasifikované podľa miesta polypeptidového reťazca, na ktorý útočia.

-Metaloproteinázy exopeptidázy

Pôsobia na peptidové väzby koncových aminokyselín polypeptidového reťazca. Zahrnuté sú tu všetky metaloproteinázy, ktoré majú dva katalytické kovové ióny a niektoré s jediným iónom kovu.

-Metaloproteinázy endopeptidázy

Pôsobia na akúkoľvek peptidovú väzbu v polypeptidovom reťazci, výsledkom čoho sú dve polypeptidové molekuly s nižšou molekulovou hmotnosťou.

Týmto spôsobom pôsobí mnoho metaloproteináz s jediným katalytickým iónom kovu. To zahŕňa matricové metaloproteinázy a proteíny ADAM.

Matricové metaloproteinázy (MMP)

Sú to enzýmy schopné katalytického pôsobenia na niektoré zložky extracelulárnej matrice. Extracelulárna matrica je súbor všetkých látok a materiálov, ktoré sú súčasťou tkaniva a nachádzajú sa na vonkajšej strane buniek.

Sú to veľké skupiny enzýmov prítomných vo fyziologických procesoch a podieľajú sa na morfologických a funkčných zmenách mnohých tkanív.

Napríklad v kostrových svaloch hrajú veľmi dôležitú úlohu pri tvorbe, prestavbe a regenerácii svalového tkaniva. Pôsobia tiež na rôzne typy kolagénov prítomných v extracelulárnej matrici.

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

Hydrolytické enzýmy, ktoré pôsobia na kolagén typu I, II a III nachádzajúce sa medzi bunkami. Produkt katabolizmu týchto látok sa získava denaturovaný kolagén alebo želatína.

U stavovcov tento enzým produkujú rôzne bunky, ako sú fibroblasty a makrofágy, ako aj epitelové bunky. Môžu tiež pôsobiť na ďalšie molekuly extracelulárnej matrice.

Želatázy (MMP-2, MMP-9)

Pomáhajú pri katabolizme kolagénov typu I, II a III. Pôsobia tiež na denaturovaný kolagén alebo želatínu získanú po pôsobení kolagenáz.

Stromalyzíny (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Pôsobia na kolagény typu IV a ďalšie molekuly extracelulárnej matrice spojené s kolagénom. Jeho aktivita na želatínu je obmedzená.

Stromalisin Štruktúra matricovej metaloproteinázy MMP3. Prevzaté a upravené z Emw, z Wikimedia Commons.

Matrilizíny (MMP-7, MMP-26)

Sú súčasťou suterénnych membrán. Zúčastňujú sa na proteolytických aktivitách iných metaloproteináz v matrici.

Neprilysin

Neprilyzín je matricová metaloproteináza, ktorá má zinok ako katalyzátorový ión. Je zodpovedný za hydrolýzu peptidov na amino-terminálnom hydrofóbnom zvyšku.

Tento enzým sa nachádza v mnohých orgánoch, vrátane obličiek, mozgu, pľúc, hladkého svalstva ciev, ako aj v endoteliálnych, srdcových, krvných, tukových bunkách a fibroblastoch.

Neprilyzín je nevyhnutný pre metabolickú degradáciu vazoaktívnych peptidov. Niektoré z týchto peptidov pôsobia ako vazodilatátory, ale iné majú vazokonstrikčné účinky.

Inhibícia neprisilínu v spojení s inhibíciou angiotenzínového receptora sa stala veľmi sľubnou alternatívnou liečbou pri liečbe pacientov so srdcovým zlyhaním.

Iné matricové metaloproteinázy

Niektoré metaloproteinázy nepatria do žiadnej z vyššie uvedených kategórií. Príkladom je MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 a MMP-28.

-ADAM Proteíny

ADAM (A dezintegrínová a metaloproteáza, názov v angličtine) sú skupinou metaloproteináz, známych ako metaloproteázy - dezintegríny.

Patria sem enzýmy, ktoré štiepia alebo odstraňujú časti proteínov, ktoré sú bunkovou membránou vylúčené z bunky.

Niektoré ADAM, najmä u ľudí, nemajú funkčnú proteázovú doménu. Medzi jeho hlavné funkcie patrí pôsobenie na spermatogenézu a fúzia spermie a vajíčka. Sú dôležitou súčasťou jedu mnohých hadov.

Ďalšie funkcie a zmeny

Modifikácia proteínov

Metaloproteinázy sa môžu podieľať na modifikácii (maturácii) niektorých proteínov v posttranslačných procesoch.

K tomu môže dôjsť súčasne so syntézou cieľového proteínu alebo po syntéze cieľového proteínu alebo na konečnom mieste, kde sa nachádza, aby vykonával svoju funkciu. Toto sa vo všeobecnosti dosahuje štiepením obmedzeného počtu aminokyselinových zvyškov z cieľovej molekuly.

Pri rozsiahlejších štiepnych reakciách môžu byť cieľové proteíny úplne degradované.

Účinky na zdravie

Akákoľvek zmena vo fungovaní metaloproteináz môže mať nežiaduce účinky na ľudské zdravie. Okrem toho niektoré ďalšie patologické procesy nejakým spôsobom zahŕňajú účasť tejto dôležitej skupiny enzýmov.

Napríklad matricová metaloproteináza 2 hrá dôležitú úlohu pri invázii, progresii a metastázovaní rakoviny, vrátane rakoviny endometria. V iných prípadoch bola zmena homeostázy MME spojená s artritídou, zápalom a niektorými typmi rakoviny.

Nakoniec metaloproteinázy plnia v prírode ďalšie funkcie, ktoré priamo nesúvisia s fyziológiou jednotlivca, ktorý ich produkuje. Napríklad u niektorých zvierat je produkcia jedov dôležitá v spôsobe ich prežitia.

Jed mnohých hadíc obsahuje komplexnú zmes bioaktívnych látok. Medzi ne patrí niekoľko metaloproteináz, ktoré spôsobujú krvácanie, poškodenie tkaniva, opuchy, nekrózu a iné účinky na obeť.

Súvisiace patológie

Bolo možné určiť, že enzýmy rodiny MMP sa podieľajú na vývoji rôznych chorôb; kožné choroby, vaskulárne dysfunkcie, cirhóza, pľúcny emfyzém, cerebrálna ischémia, artritída, periodontitída a metastázy rakoviny.

Predpokladá sa, že široká škála foriem, ktoré sa môžu vyskytovať v matricových metaloproteinázach, môže uprednostňovať zmenu rôznych mechanizmov genetickej regulácie, čo vedie k zmene genetického profilu.

Na inhibíciu rozvoja patologických stavov spojených s MMP sa použili rôzne inhibítory metaloproteináz, prírodných aj umelých.

Prírodné inhibítory boli izolované z mnohých morských organizmov vrátane rýb, mäkkýšov, rias a baktérií. Syntetické inhibítory všeobecne obsahujú chelátovú skupinu, ktorá viaže a deaktivuje katalytický kovový ión. Výsledky získané pri týchto terapiách však neboli presvedčivé.

Terapeutické použitie

Matricové metaloproteinázy majú niekoľko terapeutických použití. Používajú sa na liečbu popálenín a rôznych typov vredov. Používajú sa tiež na odstránenie jazvového tkaniva a na uľahčenie regeneračného procesu pri transplantáciách orgánov.

Referencie

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 & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Spojené kráľovstvo.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metaloproteinázy a hojenie rán. Pokroky v starostlivosti o rany, 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: strážcovia mitochondriálnej funkcie a homeostázy. Cells, 7: 163. doi: 10,3390 / bunky7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of Middle East: bohatý zdroj bioaktívnych molekúl. Molekuly.