МЕТАЛОПРОТЕЇНАЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ ТА ВИДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У металлопротеінази або металлопротеінази представляють собою ферменти , які руйнують білки і вимагають присутності атома металу мають активність. Виконавчою частиною всіх заходів, що здійснюються клітиною, є ферменти.

Хоча багато білків відіграють структурну роль, велика кількість, якщо не більшість, проявляє деяку каталітичну активність. Група цих ферментів відповідає за руйнування інших білків.

Структура металопротеїну MMP2. Знято та відредаговано у Emw, із Вікісховища.

У сукупності ці ферменти називають протеїназами або протеазами. Групу протеаз, які потребують активності атома металу, називають металопротеїназами.

Особливості

Протеази, як правило, виконують важливу і численну групу завдань у клітині. Найбільш глобальне завдання всіх - дозволити оборот білків, присутніх у клітині.

Тобто, усуньте старі білки і дозвольте їх заміни новими білками. Нові білки синтезуються de novo на рибосомах під час процесу перекладу.

Найважливіша роль металопротеїназ, зокрема, полягає в регулюванні поведінки клітини. Це досягається саме цією групою протеаз, контролюючи присутність та час присутності транскрипційних регуляторів, медіаторів відповіді, рецепторів, структурних мембранних білків та внутрішніх органел тощо.

Залежно від способу їх деградації протеази, включаючи металопротеїнази, класифікуються на ендопротеази (металоендопротеази) або екзопротеази (металоексопротеази).

Колишні деградують білки з одного кінця білка (тобто, аміно або карбоксилу). Ендопротези, з іншого боку, розрізають всередині білка певну специфіку.

Загальна характеристика металопротеїназ

Металопротеїнази - це, мабуть, найрізноманітніша група протеаз із шести існуючих. Протеази класифікуються за каталітичним механізмом. Ці групи являють собою протеази цистеїну, серину, треоніну, аспарагінової кислоти, глутамінової кислоти та металопротеїнази.

Всі металопротеїнази потребують атомі металу, щоб здійснити їх каталітичний розріз. До металів, присутніх у металопротеїназах, в основному належить цинк, але інші металопротеїнази використовують кобальт.

Для виконання своєї функції атом металу повинен бути координовано комплексованим з білком. Це робиться через чотири точки дотику.

Три з них використовують одну із заряджених амінокислот гістидин, лізин, аргінін, глутамат або аспартат. Четвертий координаційний пункт робиться молекулою води.

Класифікація

Міжнародний союз біохімії та молекулярної біології створив систему класифікації ферментів. У цій системі ферменти ідентифікуються літерами EC та системою кодування з чотирьох чисел.

Перше число визначає ферменти відповідно до механізму їх дії та ділить їх на шість великих класів. Друге число розділяє їх відповідно до підкладки, на яку вони діють. Інші два числа виконують ще більш конкретні поділи.

Оскільки металопротеїнази каталізують реакції гідролізу, вони ідентифікуються з числом EC4, згідно з цією системою класифікації. Крім того, вони належать до підкласу 4, де розміщуються всі гідролази, що діють на пептидні зв’язки.

Металопротеїнази, як і решта протеїназ, можна класифікувати за місцем поліпептидного ланцюга, на який вони атакують.

-Ексопептидази -металопротеїнази

Вони діють на пептидні зв’язки кінцевих амінокислот поліпептидного ланцюга. Сюди входять усі металопротеїнази, які мають два каталітичні іони металу та деякі з одним іоном металу.

-Ентопептидази -металопротеїнази

Вони діють на будь-який пептидний зв’язок у поліпептидному ланцюзі, внаслідок чого утворюються дві молекули поліпептиду нижчої молекулярної маси.

Багато металопротеїнази з одним каталітичним іоном металу діють таким чином. Сюди входять матричні металопротеїнази та білки ADAM.

Матричні металопротеїнази (MMP)

Вони є ферментами, здатними каталітично діяти на деякі компоненти позаклітинного матриксу. Позаклітинна матриця - це сукупність усіх речовин і матеріалів, що входять до складу тканини і які знаходяться на зовнішній стороні клітин.

Вони є великою групою ферментів, присутніх у фізіологічних процесах, і беруть участь у морфологічних та функціональних перебудовах багатьох тканин.

Наприклад, у скелетних м’язах вони відіграють дуже важливу роль у формуванні, реконструкції та регенерації м’язової тканини. Вони також діють на різні типи колагенів, присутніх у позаклітинному матриксі.

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

Гідролітичні ферменти, які діють на колаген I, II та III типу, виявлені між клітинами. Продукт катаболізму цих речовин отримують денатурованим колагеном або желатином.

У хребетних цей фермент виробляється різними клітинами, такими як фібробласти і макрофаги, а також епітеліальними клітинами. Вони також можуть діяти на інші молекули позаклітинного матриксу.

Желатинази (MMP-2, MMP-9)

Вони допомагають у процесі катаболізму колагенів типу I, II та III. Вони також діють на денатурований колаген або желатин, отриманий після дії колагеназ.

Стромалізини (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Вони діють на колагени IV типу та інші молекули позаклітинного матриксу, пов'язані з колагеном. Його активність на желатині обмежена.

Стромалізин Структура металопротеїнази матриці MMP3. Знято та відредаговано у Emw, із Вікісховища.

Матрилізини (ММП-7, ММП-26)

Це частина мембран підвалу. Вони беруть участь у протеолітичній діяльності інших металопротеїназ у матриці.

Неприлізин

Неприлізин - це матрична металопротеїназа, яка містить цинк як іон каталізатора. Він відповідає за гідролізацію пептидів в аміно-кінцевому гідрофобному залишку.

Цей фермент міститься в численних органах, включаючи нирки, мозок, легені, судинну гладку мускулатуру, а також в ендотеліальній, серцевій, кров'яній, жировій клітковині та фібробластах.

Неприлізин необхідний для метаболічної деградації вазоактивних пептидів. Деякі з цих пептидів діють як вазодилататори, але інші мають судинозвужувальну дію.

Інгібування неприсиліну у поєднанні з пригніченням рецептора ангіотензину стало дуже перспективною альтернативною терапією при лікуванні пацієнтів із серцевою недостатністю.

Інші матричні металопротеїнази

Існують деякі металопротеїнази, які не належать до жодної з перерахованих вище категорій. Прикладом їх у нас є ММП-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 і MMP-28.

-АДАМ Білки

ADAMs (A Disintegrin And Metalloprotease, за назвою англійською мовою) - це група металопротеїназ, відома як металопротеази - дизінтегрини.

До них належать ферменти, які розрізають або видаляють порції білків, які виключаються з клітини клітинною мембраною.

Деякі ADAM, особливо у людей, не мають функціонального домену протеази. Основні його функції включають дію на сперматогенез та злиття сперматозоїдів. Вони є важливим компонентом отрути багатьох змій.

Інші функції та зміни

Модифікація білка

Металопротеїнази можуть брати участь у модифікації (дозріванні) деяких білків у посттрансляційних процесах.

Це може відбуватися одночасно з синтезом цільового білка або в кінцевому місці, де він знаходиться, щоб виконувати свою функцію. Це, як правило, досягається при розщепленні обмеженої кількості амінокислотних залишків з молекули-мішені.

При більш обширних реакціях розщеплення цільові білки можуть бути повністю деградовані.

Вплив на здоров'я

Будь-які зміни у функціонуванні металопротеїназ можуть мати небажані наслідки для здоров'я людини. Крім того, деякі інші патологічні процеси пов'язані певним чином участю цієї важливої ​​групи ферментів.

Наприклад, матрична металопротеїназа 2 відіграє важливу роль в інвазії раку, прогресуванні та метастазах, включаючи рак ендометрію. В інших випадках зміна гомеостазу ММЕ пов'язане з артритом, запаленням та деякими видами раку.

Нарешті, металопротеїнази виконують інші функції в природі, не пов'язані безпосередньо з фізіологією людини, яка їх виробляє. Для деяких тварин, наприклад, виробництво отрут має важливе значення в їхньому режимі виживання.

Насправді отрута багатьох змій містить складну суміш біоактивних сполук. Серед них кілька металопротеїназ, які викликають кровотечу, пошкодження тканин, набряки, некроз, серед інших наслідків у потерпілого.

Супутні патології

Можна було визначити, що ферменти родини ММП беруть участь у розвитку різних захворювань; шкірні захворювання, судинні дисфункції, цироз, легенева емфізема, церебральна ішемія, артрит, періодонтит та метастази раку, серед інших.

Вважається, що найрізноманітніші форми, які можуть зустрічатися в матричних металопротеїназах, можуть сприяти зміні різних механізмів генетичної регуляції, що призводить до зміни генетичного профілю.

Для пригнічення розвитку патологій, пов’язаних з ММП, застосовували різні інгібітори металопреіназ, як природних, так і штучних.

Природні інгібітори були виділені з численних морських організмів, включаючи рибу, молюсків, водорості та бактерії. Синтетичні інгібітори, зі свого боку, зазвичай містять хелатуючу групу, яка зв'язує та інактивує каталітичний іон металу. Результати, отримані в результаті цих методів терапії, не були переконливими.

Терапевтичне використання

Матричні металопротеїнази мають кілька терапевтичних цілей. Їх використовують для лікування опіків, а також різних видів виразок. Вони також використовувались для видалення рубцевої тканини та полегшення процесу регенерації при пересадці органів.

Список літератури

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Молекулярна біологія клітини, 6- ^е видання. Garland Science, Taylor & Francis Group. Абінгдон-на-Темзі, Великобританія.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Металопротеїнази та загоєння ран. Успіхи в лікуванні ран, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Біологічна роль матричних металопротеїназ: критичний баланс. Європейський дихальний журнал, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) ААА протеази: опікуни мітохондріальної функції та гомеостазу. Клітини, 7: 163. doi: 10,3390 / cell7100163.
5. Ріма, М., Алаві-Найні, С.М., Карам, М., Садек, Р., Сабатьє, Ж.-М., Файлун, З. (2018) Гадюки Близького Сходу: багате джерело біоактивних молекул. Молекули.