METALOPROTEINÁZY: VLASTNOSTI, FUNKCE A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto metaloproteinasy nebo metaloproteázy jsou enzymy, které degradují proteiny a vyžadují přítomnost atomu kovu má aktivitu. Výkonnou rukou všech činností prováděných buňkou jsou enzymy.

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

Struktura metaloproteinu MMP2. Převzato a upraveno od Emw, z Wikimedia Commons.

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

Funkce

Proteázy obecně plní důležitou a četnou skupinu úkolů v buňce. Nej globálnějším úkolem ze všech je umožnit obrat proteinů přítomných v buňce.

To znamená, odstranit staré proteiny a umožnit jejich nahrazení novými proteiny. Nové proteiny jsou syntetizovány de novo na ribosomech během translačního procesu.

Zejména nejdůležitější úlohou metaloproteináz je regulovat chování buňky. Toho je dosaženo touto konkrétní skupinou proteáz kontrolou přítomnosti a času přítomnosti transkripčních regulátorů, mediátorů odezvy, receptorů, strukturálních membránových proteinů a vnitřních organel atd.

V závislosti na způsobu degradace jsou proteázy, včetně metaloproteináz, klasifikovány na endoproteázy (metaloendoproteázy) nebo exoproteázy (metaloexoproteázy).

Bývalé degradují proteiny z jednoho konce proteinu (tj. Amino nebo karboxy). Endoproteázy, na druhé straně, řezají uvnitř proteinu s určitou specifičností.

Obecná charakteristika metaloproteináz

Metaloproteinázy jsou možná nejrozmanitější skupinou proteáz ze šesti, které existují. Proteázy jsou klasifikovány podle jejich katalytického mechanismu. Jedná se o proteázy cysteinu, serinu, threoninu, kyseliny asparagové, kyseliny glutamové a metaloproteináz.

Všechny metaloproteinázy vyžadují k provedení katalytického štěpení atom kovu. Kovy přítomné v metaloproteinázách zahrnují hlavně zinek, ale jiné metaloproteinázy používají kobalt.

Aby mohl vykonávat svou funkci, musí být atom kovu koordinovaně komplexován s proteinem. To se provádí prostřednictvím čtyř kontaktních míst.

Tři z nich používají jednu z nabitých aminokyselin histidin, lysin, arginin, glutamát nebo aspartát. Čtvrtý koordinační bod je tvořen molekulou vody.

Klasifikace

Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie zavedla klasifikační systém pro enzymy. V tomto systému jsou enzymy identifikovány písmeny EC a kódovacím systémem čtyř čísel.

První číslo identifikuje enzymy podle jejich mechanismu účinku a rozděluje je do šesti velkých tříd. Druhé číslo je odděluje podle substrátu, na který působí. Další dvě čísla provádějí ještě konkrétnější divize.

Protože metaloproteinázy katalyzují hydrolytické reakce, jsou podle tohoto klasifikačního systému identifikovány číslem EC4. Navíc patří do podtřídy 4, ve které jsou umístěny všechny hydrolázy, které působí na peptidové vazby.

Metaloproteinázy, stejně jako zbytek proteináz, lze klasifikovat podle místa polypeptidového řetězce, na který útočí.

-Metaloproteinázy exopeptidázy

Působí na peptidové vazby koncových aminokyselin polypeptidového řetězce. Zahrnuty jsou zde všechny metaloproteinázy, které mají dva katalytické kovové ionty a některé s jediným kovovým iontem.

-Metaloproteinázy endopeptidázy

Působí na jakoukoli peptidovou vazbu v polypeptidovém řetězci, což má za následek dvě polypeptidové molekuly s nižší molekulovou hmotností.

Tímto způsobem působí mnoho metaloproteináz s jediným katalytickým kovovým iontem. To zahrnuje matricové metaloproteinázy a ADAM proteiny.

Matricové metaloproteinázy (MMP)

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

Jsou to velká skupina 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, remodelaci 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. Produktem katabolismu těchto látek je denaturovaný kolagen nebo želatina.

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

Gelatinázy (MMP-2, MMP-9)

Pomáhají v procesu katabolismu kolagenu typu I, II a III. Působí také na denaturovaný kolagen nebo želatinu získanou po působení kolagenáz.

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

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

Stromalisin Struktura matricové metaloproteinázy MMP3. Převzato a upraveno od Emw, z Wikimedia Commons.

Matrilisiny (MMP-7, MMP-26)

Jsou součástí suterénních membrán. Podílejí se na proteolytických aktivitách jiných metaloproteináz v matrici.

Neprilysin

Neprilysin je matricová metaloproteináza, která má zinek jako katalyzátorový ion. Je zodpovědný za hydrolýzu peptidů na amino-terminálním hydrofobním zbytku.

Tento enzym se nachází v mnoha orgánech, včetně ledvin, mozku, plic, cévních hladkých svalů, stejně jako v endoteliálních, srdečních, krevních, tukových buňkách a fibroblastech.

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

Inhibice neprisilinu ve spojení s inhibicí angiotensinového receptoru se stala velmi slibnou alternativní terapií v léčbě pacientů se srdečním selháním.

Jiné matricové metaloproteinázy

Existuje několik metaloproteináz, které nespadají do žádné z výše uvedených kategorií. Příkladem je MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 a MMP-28.

-ADAM Proteiny

ADAM (A dezintegrin a metaloproteáza) jsou skupinou metaloproteináz, známých jako metaloproteázy - disintegriny.

Patří sem enzymy, které štěpí nebo odstraní části proteinů, které jsou buněčnou membránou vyloučeny z buňky.

Některé ADAM, zejména u lidí, postrádají funkční proteázovou doménu. Mezi jeho hlavní funkce patří působení na spermatogenezi a fúzi spermie a vajíčka. Jsou důležitou součástí jedu mnoha hadů.

Další funkce a změny

Modifikace proteinu

Metaloproteinázy se mohou účastnit modifikace (maturace) některých proteinů v posttranslačních procesech.

K tomu může dojít souběžně se syntézou cílového proteinu nebo po syntéze cílového proteinu nebo v konečném místě, kde se nachází, aby vykonával svou funkci. Toho je obecně dosaženo štěpením omezeného počtu aminokyselinových zbytků z cílové molekuly.

Při rozsáhlejších štěpných reakcích mohou být cílové proteiny zcela degradovány.

Zdravé efekty

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

Například matricová metaloproteináza 2 hraje důležitou roli při invazi, progresi a metastázování rakoviny, včetně rakoviny endometria. V jiných případech byla změna homeostázy MME spojena s artritidou, zánětem a některými typy rakoviny.

Nakonec metaloproteinázy plní v přírodě další funkce, které přímo nesouvisejí s fyziologií jedince, který je produkuje. Například u některých zvířat je produkce jedů důležitá v jejich způsobu přežití.

Jed mnoha hadů ve skutečnosti obsahuje komplexní směs bioaktivních látek. Mezi nimi je několik metaloproteináz, které způsobují krvácení, poškození tkáně, otoky, nekrózu a další účinky na oběť.

Související patologie

Bylo možné určit, že enzymy rodiny MMP se účastní vývoje různých nemocí; kožní onemocnění, vaskulární dysfunkce, cirhóza, plicní emfyzém, mozková ischémie, artritida, periodontitida a metastázy rakoviny.

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

K inhibici rozvoje patologií spojených s MMP byly použity různé inhibitory metaloreplináz, přírodních i umělých.

Přírodní inhibitory byly izolovány z mnoha mořských organismů, včetně ryb, měkkýšů, řas a bakterií. Syntetické inhibitory zpravidla obsahují chelatační skupinu, která váže a inaktivuje katalytický kovový iont. Výsledky získané těmito terapiemi však nebyly přesvědčivé.

Terapeutická použití

Matricové metaloproteinázy mají několik terapeutických použití. Používají se k léčbě popálenin a různých typů vředů. Byly také použity k odstranění jizevní tkáně a k usnadnění regeneračního procesu v orgánových transplantátech.

Reference

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, Velká Británie.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metaloproteinázy a hojení ran. Pokroky v péči o rány, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologická role matricových metaloproteináz: kritická rovnováha. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteázy: strážci mitochondriální funkce a homeostázy. Cells, 7: 163. doi: 10,3390 / buňky7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of Middle East: bohatý zdroj bioaktivních molekul. Molekuly.