METALLOPROTEINAASIT: OMINAISUUDET, TOIMINNOT JA TYYPIT - BIOLOGIA - 2026

Metalloproteinaasien tai metalloproteaasit ovat entsyymejä, jotka hajoavat proteiinit ja edellyttävät, että läsnä on metalliatomi olevan aktiivisuutta. Kaikkien solun suorittamien toimien toimeenpaneva osa ovat entsyymit.

Vaikka monilla proteiineilla on rakenteellinen rooli, suurella määrällä, ellei suurimmalla osalla, on jonkin verran katalyyttistä aktiivisuutta. Ryhmä näistä entsyymeistä on vastuussa muiden proteiinien hajoamisesta.

Metalloproteiinin MMP2 rakenne. Otettu ja muokattu Emwiltä, ​​Wikimedia Commonsista.

Näitä entsyymejä kutsutaan yhdessä proteinaaseiksi tai proteaaseiksi. Ryhmää proteaaseja, jotka vaativat metalliatomin olevan aktiivinen, kutsutaan metalloproteinaaseiksi.

ominaisuudet

Proteaasit yleensä suorittavat tärkeän ja lukuisan ryhmän tehtäviä solussa. Kaikkein maailmanlaajuisin tehtävä on sallia solussa olevien proteiinien vaihtaminen.

Toisin sanoen poista vanhat proteiinit ja anna niiden korvata uusilla proteiineilla. Uusia proteiineja syntetisoidaan de novo ribosomeissa translaatioprosessin aikana.

Erityisesti metalloproteinaasien tärkein tehtävä on säätää solun käyttäytymistä. Tämä saavutetaan tällä erityisellä proteaasien ryhmällä kontrolloimalla transkription säätelijöiden, vastevälittäjien, reseptoreiden, rakennekalvoproteiinien ja sisäisten organelien läsnäoloaikoja ja läsnäoloaikaa jne.

Proteaasit, mukaan lukien metalloproteinaasit, luokitellaan niiden hajoamismuodosta endoproteaaseiksi (metalloendoproteases) tai exoproteases (metalloexoproteases).

Entinen hajottaa proteiineja proteiinin toisesta päästä (ts. Amino tai karboksyyli). Endoproteaasit puolestaan ​​leikkaavat proteiinin sisälle tietyllä spesifisyydellä.

Metalloproteinaasien yleiset ominaisuudet

Metalloproteinaasit ovat ehkä kuuden olemassa olevan proteaasin monimuotoisin ryhmä. Proteaasit luokitellaan katalyyttisen mekanisminsa perusteella. Nämä ryhmät ovat kysteiinin, seriinin, treoniinin, asparagiinihapon, glutamiinihapon ja metalloproteinaasien proteaaseja.

Kaikki metalloproteinaasit vaativat metalliatomin katalyyttisen leikkauksensa suorittamiseksi. Metalloproteinaasien metallit sisältävät pääasiassa sinkkiä, mutta muut metalloproteinaasit käyttävät kobolttia.

Toiminnon suorittamiseksi metalliatomi on kompleksoitava koordinaattisesti proteiiniin. Tämä tapahtuu neljän kosketuspisteen kautta.

Kolme heistä käyttää yhtä varautuneista aminohapoista histidiiniä, lysiiniä, arginiinia, glutamaattia tai aspartaattia. Neljännen koordinaatiopisteen muodostaa vesimolekyyli.

Luokittelu

Biokemian ja molekyylibiologian kansainvälinen liitto on perustanut entsyymien luokittelujärjestelmän. Tässä järjestelmässä entsyymit tunnistetaan kirjaimilla EC ja koodausjärjestelmä, joka koostuu neljästä numerosta.

Ensimmäinen numero identifioi entsyymit niiden toimintamekanismin mukaan ja jakaa ne kuuteen suureen luokkaan. Toinen numero erottaa ne sen substraatin mukaan, johon ne vaikuttavat. Kaksi muuta numeroa suorittavat vielä tarkempia jakoja.

Koska metalloproteinaasit katalysoivat hydrolyysireaktioita, ne tunnistetaan numerolla EC4 tämän luokittelujärjestelmän mukaisesti. Lisäksi ne kuuluvat alaluokkaan 4, joka sisältää kaikki hydrolaasit, jotka vaikuttavat peptidisidoksisiin.

Metalloproteinaasit, kuten muutkin proteinaasit, voidaan luokitella sen polypeptidiketjun sijainnin mukaan, jota ne hyökkäävät.

-Metaloproteinaasit eksopeptidaasit

Ne vaikuttavat polypeptidiketjun terminaalisten aminohappojen peptidisidoksisiin. Kaikki metalloproteinaasit, joissa on kaksi katalyyttistä metalli-ionia ja joissakin on yksi metalli-ioni, sisältyvät tähän.

-Metaloproteinaasit endopeptidaasit

Ne vaikuttavat mihin tahansa peptidisidokseen polypeptidiketjussa johtaen kahteen pienemmän moolimassan polypeptidimolekyyliin.

Monet metalloproteinaaseista, joissa on yksi katalyyttinen metalli-ioni, toimivat tällä tavalla. Tämä sisältää matriisimetalloproteinaasit ja ADAM-proteiinit.

Matrix metalloproteinaasit (MMP)

Ne ovat entsyymejä, jotka kykenevät toimimaan katalyyttisesti solunulkoisen matriisin joihinkin komponentteihin. Solunulkoinen matriisi on joukko kaikkia aineita ja materiaaleja, jotka ovat osa kudosta ja löytyvät solujen ulkopuolelta.

Ne ovat suuri ryhmä entsyymejä, joita esiintyy fysiologisissa prosesseissa, ja osallistuvat monien kudosten morfologisiin ja toiminnallisiin muutoksiin.

Esimerkiksi luuston lihaksissa niillä on erittäin tärkeä rooli lihaskudoksen muodostumisessa, uudistamisessa ja uudistamisessa. Ne vaikuttavat myös erityyppisiin kollageeneihin, joita on solunulkoisessa matriisissa.

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

Hydrolyyttiset entsyymit, jotka vaikuttavat tyyppien I, II ja III kollageeniin, jota löytyy solujen välillä. Tuote näiden aineiden katabolismista saadaan denaturoidusta kollageenista tai gelatiinista.

Selkärankaisilla tätä entsyymiä tuottavat eri solut, kuten fibroblastit ja makrofagit, samoin kuin epiteelisolut. Ne voivat toimia myös muissa solunulkoisen matriisin molekyyleissä.

Gelatiinaasit (MMP-2, MMP-9)

Ne auttavat tyypin I, II ja III kollageenien katabolismisprosessissa. Ne vaikuttavat myös denaturoituun kollageeniin tai gelatiiniin, joka on saatu kollagenaasien vaikutuksen jälkeen.

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

Ne vaikuttavat tyypin IV kollageeneihin ja muihin kollageeniin liittyvän solunulkoisen matriisin molekyyleihin. Sen vaikutus gelatiiniin on rajoitettu.

Stromalisin MMP3-matriisimetalloproteinaasin rakenne. Otettu ja muokattu Emwiltä, ​​Wikimedia Commonsista.

Matrilisiinit (MMP-7, MMP-26)

Nämä ovat osa kellarimembraaneja. Ne osallistuvat matriisin muiden metalloproteinaasien proteolyyttisiin aktiviteetteihin.

neprilysiinin

Neprilysiini on matriisimetalloproteinaasi, jossa on sinkki katalyytin ionina. Se vastaa peptidien hydrolysoinnista aminoterminaalisessa hydrofobisessa tähdessä.

Tätä entsyymiä esiintyy lukuisissa elimissä, mukaan lukien munuaiset, aivot, keuhkot, verisuonten sileät lihakset, samoin kuin endoteeliset, sydämen, veren, rasvasolut ja fibroblastit.

Neprilysiini on välttämätöntä vasoaktiivisten peptidien metaboliselle hajoamiselle. Jotkut näistä peptideistä toimivat vasodilataattoreina, mutta toisilla on verisuonia supistavia vaikutuksia.

Neprisiliinin estämisestä yhdessä angiotensiinireseptorin estämisen kanssa on tullut erittäin lupaava vaihtoehtoinen terapia sydämen vajaatoiminnan hoidossa.

Muut matriisimetalloproteinaasit

On joitain metalloproteinaaseja, jotka eivät kuulu mihinkään edellä mainituista luokista. Esimerkki heistä meillä on MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 ja MMP-28.

-ADAM-proteiinit

ADAM: t (A-hajoaminen ja metalloproteaasi, nimeltään englanniksi) ovat ryhmä metalloproteinaaseja, jotka tunnetaan nimellä metalloproteaasit - hajoavat.

Näihin kuuluvat entsyymit, jotka leikkaavat tai poistavat proteiiniosat, jotka solukalvo sulkee pois solusta.

Joistakin ADAM: ista, etenkin ihmisillä, puuttuu funktionaalinen proteaasidomeeni. Sen päätehtäviin kuuluvat vaikutukset spermatogeneesiin ja siittiöiden ja munasolujen fuusioon. Ne ovat tärkeä osa monien käärmeiden myrkkyä.

Muut toiminnot ja muutokset

Proteiinimodifikaatio

Metalloproteinaasit voivat osallistua joidenkin proteiinien modifiointiin (kypsymiseen) translaation jälkeisissä prosesseissa.

Tämä voi tapahtua samanaikaisesti kohdeproteiinin synteesin kanssa tai sen jälkeen tai lopullisessa paikassa, jossa se asuu toimimaankseen. Tämä saavutetaan yleensä pilkkomalla rajoitettu määrä aminohappotähteitä kohdemolekyylistä.

Laajemmissa pilkkomisreaktioissa kohdeproteiinit voidaan hajottaa kokonaan.

Terveysvaikutukset

Kaikilla metalloproteinaasien toiminnan muutoksilla voi olla ei-toivottuja vaikutuksia ihmisten terveyteen. Lisäksi joihinkin muihin patologisiin prosesseihin liittyy jollain tavalla tämän tärkeän entsyymiryhmän osallistuminen.

Esimerkiksi matriisimetalloproteinaasi 2: lla on tärkeä rooli syövän hyökkäyksessä, etenemisessä ja etäpesäkkeissä, mukaan lukien endometriumisyöpä. Muissa tapauksissa MME-homeostaasin muutos on liitetty niveltulehdukseen, tulehdukseen ja tietyntyyppisiin syöpiin.

Lopuksi, metalloproteinaasit suorittavat luonnossa muita toimintoja, jotka eivät liity suoraan niitä tuottavan yksilön fysiologiaan. Esimerkiksi joillekin eläimille myrkkyjen tuottaminen on tärkeää heidän selviytymismuodossaan.

Itse asiassa monien käärmeiden myrkky sisältää monimutkaisen sekoituksen bioaktiivisia yhdisteitä. Niiden joukossa on useita metalloproteinaaseja, jotka aiheuttavat verenvuotoa, kudosvaurioita, turvotusta, nekroosia muun muassa uhrin kohdalla.

Liittyvät patologiat

On ollut mahdollista määrittää, että MMP-perheen entsyymit osallistuvat erilaisten sairauksien kehittymiseen; ihosairaudet, verisuonien toimintahäiriöt, maksakirroosi, keuhkoemfyseema, aivoiskemia, niveltulehdus, parodontiitti ja syöpämetastaasit.

Uskotaan, että matriisin metalloproteinaaseissa esiintyvien muotojen suuri valikoima voi suosia useiden geneettisen säätelymekanismien muuttamista, mikä johtaa geneettisen profiilin muutokseen.

MMP: hen liittyvien patologioiden kehityksen estämiseksi on käytetty erilaisia ​​metallopreinaasien estäjiä, sekä luonnollisia että keinotekoisia.

Luonnolliset estäjät on eristetty lukuisista meren eliöistä, mukaan lukien kalat, nilviäiset, levät ja bakteerit. Synteettiset estäjät puolestaan ​​sisältävät yleensä kelatoivan ryhmän, joka sitoo ja inaktivoi katalyyttisen metalli-ionin. Näillä terapioilla saadut tulokset eivät kuitenkaan ole olleet vakuuttavia.

Terapeuttinen käyttö

Matriisimetalloproteinaaseilla on useita terapeuttisia käyttötarkoituksia. Niitä käytetään palovammojen sekä erityyppisten haavaumien hoitoon. Niitä on käytetty myös arpikudoksen poistamiseen ja elinsiirtojen uudistamisprosessin helpottamiseksi.

Viitteet

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 -ryhmä. Abingdon-on-Thames, Iso-Britannia.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinaasit ja haavan paraneminen. Advances in haavanhoito, 4: 225 - 234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Matriisimetalloproteinaasien biologinen rooli: kriittinen tasapaino. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA-proteaasit: mitokondrioiden toiminnan ja homeostaasin vartijat. Cells, 7: 163. doi: 10.3390 / solut7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Lähi-idän viperukset: rikas bioaktiivisten molekyylien lähde. Molekyylejä.