Χαρακτηριστικά, λειτουργίες και τύποι μεταλλοπρωτεϊνασών



Το μεταλλοπρωτεϊνασών ή μεταλλοπρωτεάσες είναι ένζυμα που αποικοδομούν τις πρωτεΐνες και απαιτούν την παρουσία ενός ατόμου μετάλλου για να έχουν δραστικότητα. Ο βραχίονας εκτέλεσης όλων των δραστηριοτήτων που εκτελούνται από ένα κύτταρο είναι τα ένζυμα.

Αν και πολλές πρωτεΐνες διαδραματίζουν έναν δομικό ρόλο, ένας άλλος μεγάλος αριθμός, αν όχι οι περισσότεροι, παρουσιάζει κάποια καταλυτική δραστηριότητα. Μια ομάδα αυτών των ενζύμων είναι υπεύθυνη για την υποβάθμιση άλλων πρωτεϊνών.

Συλλογικά αυτά τα ένζυμα ονομάζονται πρωτεϊνάσες ή πρωτεάσες. Η ομάδα των πρωτεασών που απαιτούν ένα άτομο μετάλλου να είναι ενεργή ονομάζονται μεταλλοπρωτεϊνάσες.

Ευρετήριο

  • 1 Λειτουργίες
  • 2 Γενικά χαρακτηριστικά των μεταλλοπρωτεϊνασών
  • 3 Ταξινόμηση
    • 3.1-Εξωπεπτιδάσες των μεταλλοπρωτεϊνασών
    • 3.2-Ενδοπεπτιδάσες των μεθαλοπρωτεϊνασών
  • 4 Άλλες λειτουργίες και αλλαγές
    • 4.1 Τροποποίηση των πρωτεϊνών
    • 4.2 Επιδράσεις στην υγεία
  • 5 Συνδεδεμένες παθολογίες
  • 6 Θεραπευτικές χρήσεις
  • 7 Αναφορές

Λειτουργίες

Οι πρωτεάσες, γενικά, εκπληρώνουν μια σημαντική και πολυάριθμη ομάδα καθηκόντων σε ένα κύτταρο. Το πιο παγκόσμιο καθήκον όλων είναι να επιτρέψει την αντικατάσταση των πρωτεϊνών που υπάρχουν σε ένα κύτταρο.

Δηλαδή, να εξαλείψουν τις παλιές πρωτεΐνες και να επιτρέψουν την αντικατάστασή τους από νέες πρωτεΐνες. Συντίθενται νέες πρωτεΐνες de novo σε ριβοσώματα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετάφρασης.

Ο σημαντικότερος ρόλος των μεταλλοπρωτεϊνασών, ειδικότερα, είναι η ρύθμιση της συμπεριφοράς του κυττάρου. Επιτυγχάνει αυτήν την συγκεκριμένη ομάδα πρωτεασών έλεγχο της παρουσίας και του χρόνου της παρουσίας της μετεγγραφικών ρυθμιστών, μεσολαβούν απόκριση, υποδοχείς, δομικές πρωτεΐνες και εσωτερική οργανίδια μεμβράνης, κ.λπ..

Ανάλογα με την κατάσταση της υποβάθμισης, πρωτεάσες, συμπεριλαμβανομένων μεταλλοπρωτεάσες, είναι διαβαθμισμένες ενδοπρωτεάσες (metaloendoproteasas) ή εξωπρωτεάσες (metaloexoproteasas).

Οι πρώτες αποικοδομούν πρωτεΐνες από το ένα άκρο της πρωτεΐνης (δηλαδή, αμινο ή καρβοξύλιο). Οι ενδοπρωτεάσες, από την άλλη πλευρά, κάνουν τομές εντός της πρωτεΐνης με μια συγκεκριμένη ειδικότητα.

Γενικά χαρακτηριστικά των μεταλλοπρωτεϊνασών

Οι μεταλλοπρωτεϊνάσες είναι ίσως η πιο ποικίλη ομάδα πρωτεασών των έξι που υπάρχουν. Οι πρωτεάσες ταξινομούνται σύμφωνα με τον καταλυτικό μηχανισμό τους. Αυτές οι ομάδες είναι οι πρωτεάσες της κυστεΐνης, της σερίνης, της θρεονίνης, του ασπαρτικού οξέος, του γλουταμικού οξέος και των μεταλλοπρωτεϊνασών.

Όλες οι μεταλλοπρωτεϊνάσες απαιτούν ένα άτομο μετάλλου να είναι σε θέση να εκτελέσει την καταλυτική κοπή τους. Τα μέταλλα που υπάρχουν στις μεταλλοπρωτεϊνάσες περιλαμβάνουν κυρίως ψευδάργυρο, αλλά άλλες μεταλλοπρωτεϊνάσες χρησιμοποιούν κοβάλτιο.

Προκειμένου να εκτελεστεί η λειτουργία του, το άτομο μετάλλου πρέπει να συντονιστεί με συντονισμένο τρόπο με την πρωτεΐνη. Αυτό γίνεται μέσω τεσσάρων σημείων επαφής.

Τρεις από αυτούς χρησιμοποιούν μερικά από τα αμινοξέα που φορτώνονται ιστιδίνη, λυσίνη, αργινίνη, γλουταμικό ή ασπαρτικό. Το τέταρτο σημείο συντονισμού γίνεται από μόριο νερού.

Ταξινόμηση

Η Διεθνής Ένωση Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας έχει καθιερώσει σύστημα ταξινόμησης για ένζυμα. Στο σύστημα αυτό τα ένζυμα αναγνωρίζονται από τα γράμματα EC και ένα κωδικοποιημένο σύστημα τεσσάρων αριθμών.

Ο πρώτος αριθμός προσδιορίζει τα ένζυμα σύμφωνα με τον μηχανισμό δράσης τους και τα χωρίζει σε έξι μεγάλες κατηγορίες. Ο δεύτερος αριθμός τους χωρίζει ανάλογα με το υπόστρωμα στο οποίο ενεργούν. Οι άλλοι δύο αριθμοί καθιστούν τα τμήματα πιο συγκεκριμένα.

Επειδή οι μεταλλοπρωτεϊνάσες καταλύουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης, ταυτοποιούνται με τον αριθμό EC4, σύμφωνα με αυτό το σύστημα ταξινόμησης. Επιπλέον, ανήκουν στην υποκατηγορία 4, η οποία φιλοξενεί όλες τις υδρολάσες που δρουν στους πεπτιδικούς δεσμούς.

Οι μεταλλοπρωτεϊνάσες, όπως και οι υπόλοιπες πρωτεϊνάσες, μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τη θέση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας που προσβάλλει.

-Μεταλλοπρωτεϊνάσες εξωπεπτιδάσης

Δρουν στους πεπτιδικούς δεσμούς των τελικών αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Εδώ περιλαμβάνονται όλες οι μεταλλοπρωτεϊνάσες που έχουν δύο ιόντα καταλυτικών μετάλλων και μερικά με ένα μόνο μεταλλικό ιόν.

-Μεταλλοπρωτεϊνάσες ενδοπεπτιδάσης

Ενεργούν σε οποιονδήποτε πεπτιδικό δεσμό εντός της πολυπεπτιδικής αλυσίδας με αποτέλεσμα δύο μόρια πολυπεπτιδίων χαμηλού μοριακού βάρους.

Πολλές από τις μεταλλοπρωτεϊνάσες με ένα μόνο καταλυτικό μεταλλικό ιόν ενεργούν κατ 'αυτόν τον τρόπο. Εδώ είναι οι μεταλλοπρωτεϊνάσες μήτρας και οι πρωτεΐνες ADAM

Οι μεταλλοπρωτεϊνάσες μήτρας (ΜΜΡ)

Είναι ένζυμα ικανά να δρουν καταλυτικά σε ορισμένα συστατικά της εξωκυτταρικής μήτρας. Η εξωκυτταρική μήτρα είναι το σύνολο όλων των ουσιών και υλικών που αποτελούν μέρος ενός ιστού και βρίσκονται στο εξωτερικό των κυττάρων.

Πρόκειται για μια πολυάριθμη ομάδα ενζύμων που υπάρχουν σε φυσιολογικές διεργασίες και συμμετέχουν σε μορφολογικές και λειτουργικές αλλοιώσεις πολλών ιστών.

Στους σκελετικούς μύες, για παράδειγμα, διαδραματίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό, αναδιαμόρφωση και αναγέννηση του μυϊκού ιστού. Επίσης, δρουν στους διάφορους τύπους κολλαγόνων που υπάρχουν στην εξωκυτταρική μήτρα.

Οι κολλαγενάσες (ΜΜΡ-1, ΜΜΡ-8, ΜΜΡ-13, ΜΜΡ-18)

Τα υδρολυτικά ένζυμα που δρουν στο κολλαγόνο τύπου Ι, ΙΙ και ΙΙΙ βρίσκονται μεταξύ των κυττάρων. Παρασκευάζεται προϊόν καταβολισμού αυτών των ουσιών μετουσιωμένο κολλαγόνο ή ζελατίνη.

Στα σπονδυλωτά, αυτό το ένζυμο παράγεται από διαφορετικά κύτταρα, όπως ινοβλάστες και μακροφάγα, καθώς επίσης από επιθηλιακά κύτταρα. Μπορούν επίσης να δράσουν σε άλλα μόρια της εξωκυτταρικής μήτρας.

Οι ζελατινάσες (ΜΜΡ-2, ΜΜΡ-9)

Συντελούν στη διαδικασία καταβολισμού των κολλαγόνων τύπου I, II και III. Ενεργούν επίσης στο μετουσιωμένο κολλαγόνο ή ζελατίνη που λαμβάνεται μετά τη δράση των κολλαγενασών.

Estromalysins (ΜΜΡ-3, ΜΜΡ-10, ΜΜΡ-11)

Δρουν επί κολλαγόνων τύπου IV και επί άλλων μορίων της εξωκυτταρικής μήτρας που συνδυάζεται με κολλαγόνο. Η δραστικότητα της σε ζελατίνη είναι περιορισμένη.

Ματριλυσίνες (ΜΜΡ-7, ΜΜΡ-26).

Είναι μεταλλοπρωτεϊνες, δομικά απλούστερες από τις υπόλοιπες. Αυτά σχετίζονται με επιθηλιακά κύτταρα όγκου.

Οι συνδεδεμένες με μεμβράνη μεταλλοπρωτεάσες (ΜΤ-ΜΜΡ)

Αυτά είναι μέρος των βασικών μεμβρανών. Συμμετέχουν στις πρωτεολυτικές δράσεις άλλων μεταλλοπρωτεϊνασών μήτρας.

Neprilysin

Η Neprilysin είναι μια μεταλλοπρωτεϊνάση μήτρας που έχει ψευδάργυρο ως ιόν καταλύτη. Είναι υπεύθυνη για την υδρόλυση των πεπτιδίων στο αμινοτερματικό υδρόφοβο υπόλειμμα.

Αυτό το ένζυμο βρίσκεται σε πολλά όργανα, συμπεριλαμβανομένου του νεφρού, του εγκεφάλου, των πνευμόνων, του αγγειακού λείου μυός και ενδοθηλιακών, την καρδιά, το αίμα, λιπώδη κύτταρα και ινοβλάστες.

Η νεπρυλυσίνη είναι απαραίτητη για την μεταβολική αποικοδόμηση των αγγειοδραστικών πεπτιδίων. Μερικά από αυτά τα πεπτίδια δρουν ως αγγειοδιασταλτικά, αλλά άλλα έχουν αγγειοσυσταλτικά αποτελέσματα.

Η αναστολή της νεπρισιλίνης, μαζί με την αναστολή του υποδοχέα αγγειοτενσίνης, έχει γίνει μια πολύ υποσχόμενη εναλλακτική θεραπεία στη θεραπεία ασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια..

Άλλες μεταλλοπρωτεϊνάσες μήτρας

Υπάρχουν μερικές μεταλλοπρωτεϊνάσες που δεν εμπίπτουν σε καμία από τις προηγούμενες κατηγορίες. Για παράδειγμα, έχουμε το MMP-12. ΜΜΡ-9; ΜΜΡ-20; ΜΜΡ-22; ΜΜΡ-23 και ΜΜΡ-28.

-ADAM πρωτεΐνες

ΑΔΑΜ (α μεταλλοπρωτεάση δισιντεγκρίνης Και, με βάση το όνομα) είναι μια ομάδα των μεταλλοπρωτεϊνασών, γνωστή ως μεταλλοπρωτεάση - δισιντεγκρίνης.

Αυτά περιλαμβάνουν ένζυμα που κόβουν ή εξαλείφουν τμήματα πρωτεϊνών που εξαιρούνται από το κύτταρο από τη μεμβράνη αυτού του κυττάρου..

Κάποια ADAM, ειδικά στους ανθρώπους, στερούνται λειτουργικής περιοχής πρωτεάσης. Μεταξύ των κύριων λειτουργιών της δρουν η σπερματογένεση και η σύντηξη των σπερματοζωαρίων. Είναι ένα σημαντικό συστατικό του δηλητηρίου πολλών φιδιών.

Άλλες λειτουργίες και αλλαγές

Τροποποίηση πρωτεΐνης

Οι μεταλλοπρωτεϊνάσες μπορούν να συμμετέχουν στην τροποποίηση (ωρίμανση) ορισμένων πρωτεϊνών σε μετα-μεταφραστικές διαδικασίες.

Αυτό μπορεί να συμβεί ταυτόχρονα με, ή μετά από, τη σύνθεση της πρωτεΐνης στόχου ή στην τελική θέση όπου βρίσκεται για να εκτελέσει τη λειτουργία της. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως με τη διάσπαση ενός περιορισμένου αριθμού υπολειμμάτων αμινοξέων του μορίου στόχου.

Σε πιο εκτεταμένες αντιδράσεις διάσπασης, οι λευκές πρωτεΐνες μπορούν να αποικοδομηθούν πλήρως.

Επιδράσεις στην υγεία

Οποιαδήποτε μεταβολή στη λειτουργία των μεταλλοπρωτεϊνασών μπορεί να έχει ανεπιθύμητες επιδράσεις στην υγεία του ανθρώπου. Επιπλέον, κάποιες άλλες παθολογικές διεργασίες περιλαμβάνουν με κάποιο τρόπο τη συμμετοχή αυτής της σημαντικής ομάδας ενζύμων.

Η μεταλλοπρωτεϊνάση 2 της μήτρας, για παράδειγμα, παίζει σημαντικό ρόλο στην εισβολή από τον καρκίνο, την εξέλιξη και τη μετάσταση του, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του ενδομητρίου. Σε άλλες περιπτώσεις, η αλλοίωση της ομοιόστασης των MME έχει σχέση με αρθρίτιδα, φλεγμονή και μερικά είδη καρκίνου.

Τέλος, οι μεταλλοπρωτεϊνάσες εκπληρώνουν άλλες λειτουργίες στη φύση που δεν σχετίζονται άμεσα με τη φυσιολογία του ατόμου που τις παράγει. Για ορισμένα ζώα, για παράδειγμα, η παραγωγή δηλητηρίων είναι σημαντική για τον τρόπο επιβίωσης τους.

Στην πραγματικότητα, το δηλητήριο πολλών φιδιών περιέχει ένα σύνθετο μίγμα βιοδραστικών ενώσεων. Μεταξύ αυτών είναι αρκετές μεταλλοπρωτεϊνάσες που προκαλούν αιμορραγία, βλάβη ιστών, οίδημα, νέκρωση, μεταξύ άλλων επιδράσεων στο θύμα.

Σχετικές παθολογίες

Έχει διαπιστωθεί ότι τα ένζυμα της οικογένειας των ΜΜΡ συμμετέχουν στην ανάπτυξη διαφόρων ασθενειών. δερματικές παθήσεις, αγγειακές δυσλειτουργίες, κίρρωση, πνευμονικό εμφύσημα, εγκεφαλική ισχαιμία, αρθρίτιδα, περιοδοντίτιδα και μεταστάσεις καρκίνου, μεταξύ άλλων.

Πιστεύεται ότι η ποικιλία των μορφών που μπορεί να εμφανιστούν σε μεταλλοπρωτεϊνάσες μήτρας μπορεί να προωθήσει μεταβολή πολλών γενετικών ρυθμιστικών μηχανισμών, οδηγώντας έτσι σε μια αλλαγή στο γενετικό προφίλ.

Για να ανασταλεί η ανάπτυξη παθολογιών σχετιζόμενων με ΜΜΡ, έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι αναστολείς μεταλλοπρεϊνασών, τόσο φυσικών όσο και τεχνητών..

Οι φυσικοί αναστολείς έχουν απομονωθεί από πολλούς θαλάσσιους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ψαριών, των μαλακίων, των φυκών και των βακτηριδίων. Οι συνθετικοί αναστολείς, από την άλλη πλευρά, γενικά περιέχουν μία χηλικοποιητική ομάδα η οποία δεσμεύει και αδρανοποιεί το καταλυτικό μεταλλικό ιόν. Τα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν με αυτές τις θεραπείες, ωστόσο, δεν ήταν καθοριστικά.

Θεραπευτικές χρήσεις

Οι μεταλλοπρωτεϊνάσες μήτρας έχουν διάφορες θεραπευτικές χρήσεις. Χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία εγκαυμάτων, καθώς και διάφορων τύπων ελκών. Έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την εξάλειψη του ουλώδους ιστού και τη διευκόλυνση της διαδικασίας αναγέννησης σε μεταμοσχεύσεις οργάνων.

Αναφορές

  1. Alberts, Β, Johnson, Α, Lewis, J., Raff, Μ, Roberts, Κ Walters, Ρ (2014) Molecular Biology of the Cell, 6th Έκδοση. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Ηνωμένο Βασίλειο.
  2. Caley, Μ. Ρ., Martins, V.L.C., O'Toole, Ε.Α. (2015) Μεταλλοπρωτεϊνάσες και επούλωση πληγών. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, Ο., Franzke, C.-W. (2011) Βιολογικός ρόλος των μεταλλοπρωτεϊνασών μήτρας: μια κρίσιμη ισορροπία. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalińska, Μ., Jańska, Η. (2018) ΑΑΑ πρωτεάσες: κηδεμόνες μιτοχονδριακής λειτουργίας και ομοιόστασης. Cells, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
  5. Rima, Μ, Alavi-Naini, S. Μ, Karam, Μ, Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Ζ (2018) Έχιδνες της Μέσης Ανατολής: μια πλούσια πηγή βιοενεργών μορίων. Μόρια.