METALOPROTEINAZE: CARACTERISTICI, FUNCȚII ȘI TIPURI - BIOLOGIE - 2025

De metaloproteinaze sau metaloproteazele sunt enzime care proteinele degradează și necesită prezența unui atom de metal pentru a avea activitate. Brațul executiv al tuturor activităților desfășurate de o celulă sunt enzimele.

Deși multe proteine ​​joacă un rol structural, un număr mare, dacă nu majoritatea, prezintă o anumită activitate catalitică. Un grup din aceste enzime sunt responsabile de degradarea altor proteine.

Structura metaloproteinei MMP2. Preluat și editat din Emw, de la Wikimedia Commons.

Colectiv aceste enzime se numesc proteinaze sau proteaze. Grupul de proteaze care necesită un atom de metal să fie activ se numesc metaloproteinaze.

Caracteristici

Proteazele, în general, îndeplinesc un grup important și numeroase de sarcini într-o celulă. Cea mai globală sarcină dintre toate este de a permite cifra de afaceri a proteinelor prezente într-o celulă.

Adică elimina proteinele vechi și permite înlocuirea lor cu proteine ​​noi. Noile proteine ​​sunt sintetizate de novo pe ribozomi în timpul procesului de traducere.

Cel mai important rol al metaloproteinazelor, în special, este de a regla comportamentul celulei. Acest lucru este realizat de acest grup particular de proteaze prin controlul prezenței și timpului de prezență a regulatorilor transcripționali, a mediatorilor de răspuns, a receptorilor, a proteinelor structurale ale membranelor și a organelelor interne etc.

În funcție de modul lor de degradare, proteazele, inclusiv metaloproteinazele, sunt clasificate în endoproteaze (metaloendoproteaze) sau exoproteaze (metaloexoproteaze).

Primele degradează proteinele dintr-un capăt al proteinei (adică amino sau carboxil). Endoproteazele, pe de altă parte, se taie în interiorul proteinei cu o anumită specificitate.

Caracteristicile generale ale metaloproteinazelor

Metaloproteinazele sunt poate cel mai divers grup de proteaze dintre cele șase care există. Proteazele sunt clasificate în funcție de mecanismul lor catalitic. Aceste grupe sunt proteazele cisteinei, serinei, treoninei, acidului aspartic, acidului glutamic și ale metaloproteinazelor.

Toate metaloproteinazele necesită un atom de metal pentru a-și efectua tăierea catalitică. Metalele prezente în metaloproteinaze includ în principal zinc, dar alte metaloproteinaze folosesc cobalt.

Pentru a-și îndeplini funcția, atomul de metal trebuie să fie complexat în mod coordonat față de proteină. Acest lucru se realizează prin patru puncte de contact.

Trei dintre ei utilizează unul dintre aminoacizii încărcați histidină, lizină, arginină, glutamat sau aspartat. Al patrulea punct de coordonare este realizat de o moleculă de apă.

Clasificare

Uniunea Internațională de Biochimie și Biologie Moleculară a instituit un sistem de clasificare a enzimelor. În acest sistem, enzimele sunt identificate prin literele CE și un sistem de codificare format din patru numere.

Primul număr identifică enzimele în funcție de mecanismul lor de acțiune și le împarte în șase clase mari. Al doilea număr le separă în funcție de substratul pe care acționează. Celelalte două numere realizează divizii și mai specifice.

Deoarece metaloproteinazele catalizează reacțiile de hidroliză, acestea sunt identificate cu numărul EC4, conform acestui sistem de clasificare. În plus, aparțin subclasei 4, care adăpostește toate hidrolazele care acționează asupra legăturilor peptidice.

Metaloproteinazele, ca și restul proteinazelor, pot fi clasificate în funcție de locul lanțului polipeptidic pe care îl atacă.

-Metaloproteinazele exopeptidase

Acționează asupra legăturilor peptidice ale aminoacizilor terminali ai lanțului polipeptidic. Sunt incluse aici toate metaloproteinazele care au doi ioni metalici catalitici și unii cu un singur metal metalic.

-Metaloproteinazele endopeptidazelor

Acestea acționează asupra oricărei legături peptidice din lanțul polipeptidic, rezultând două molecule de polipeptidă cu greutate moleculară mai mică.

Multe dintre metaloproteinazele cu un singur ion metalic catalitic acționează în acest fel. Aceasta include metaloproteinazele matrice și proteinele ADAM.

Metaloproteinazele matriceale (MMP)

Sunt enzime capabile să acționeze catalitic asupra unor componente ale matricei extracelulare. Matricea extracelulară este ansamblul tuturor substanțelor și materialelor care fac parte dintr-un țesut și care se găsesc la exteriorul celulelor.

Sunt un grup mare de enzime prezente în procesele fiziologice și participă la modificări morfologice și funcționale ale multor țesuturi.

La muschii scheletici, de exemplu, ei joacă un rol foarte important în formarea, remodelarea și regenerarea țesutului muscular. De asemenea, acționează asupra diferitelor tipuri de colageni prezenți în matricea extracelulară.

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

Enzime hidrolitice care acționează asupra colagenului de tip I, II și III găsit între celule. Produsul catabolismului acestor substanțe este obținut colagen denaturat sau gelatină.

La vertebrate, această enzimă este produsă de diferite celule, cum ar fi fibroblastele și macrofagele, precum și de celulele epiteliale. De asemenea, pot acționa asupra altor molecule ale matricei extracelulare.

Gelatinaze (MMP-2, MMP-9)

Ele ajută în procesul de catabolism al colagenilor de tip I, II și III. De asemenea, acționează asupra colagenului denaturat sau a gelatinei obținute după acțiunea colagenazelor.

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

Acționează asupra colagenilor de tip IV și a altor molecule ale matricei extracelulare asociate cu colagenul. Activitatea sa asupra gelatinei este limitată.

Stromalisin Structura metaloproteinazei matricei MMP3. Preluat și editat din Emw, de la Wikimedia Commons.

Matrilisine (MMP-7, MMP-26)

Acestea fac parte din membranele subsolului. Ei participă la activitățile proteolitice ale altor metaloproteinaze din matrice.

neprilysin

Neprililina este o metaloproteinaza matrice care are zinc ca ion catalizator. Este responsabil de hidrolizarea peptidelor la reziduurile hidrofobe amino-terminale.

Această enzimă se găsește în numeroase organe, incluzând rinichiul, creierul, plămânul, mușchiul neted vascular, precum și în celulele endoteliale, cardiace, de sânge, de grăsimi și fibroblaste.

Neprililina este esențială pentru degradarea metabolică a peptidelor vasoactive. Unele dintre aceste peptide acționează ca vasodilatatoare, dar altele au efecte vasoconstrictoare.

Inhibarea neprisilinei, împreună cu inhibarea receptorului de angiotensină, a devenit o terapie alternativă foarte promițătoare în tratamentul pacienților cu insuficiență cardiacă.

Alte metaloproteinaze matriceale

Există unele metaloproteinaze care nu intră în niciuna din categoriile de mai sus. Un exemplu dintre acestea îl avem pe MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 și MMP-28.

-ADAM Proteine

ADAM-urile (A Disintegrin And Metalloprotease) sunt un grup de metaloproteinaze, cunoscute sub numele de metaloproteaze - dezintegrine.

Acestea includ enzime care taie sau elimină porțiuni de proteine ​​care sunt excluse din celulă de membrana celulară.

Unele ADAM, în special la oameni, nu au un domeniu funcțional de protează. Principalele sale funcții includ acțiunea asupra spermatogenezei și fuziunii spermatozoide. Ele sunt o componentă importantă a veninului multor șerpi.

Alte funcții și modificări

Modificarea proteinelor

Metaloproteinazele pot participa la modificarea (maturarea) unor proteine ​​în procesele post-translaționale.

Acest lucru poate apărea concomitent cu, sau după, sinteza proteinei țintă sau în situsul final unde se află pentru a-și exercita funcția. Acest lucru se realizează în general cu clivarea unui număr limitat de reziduuri de aminoacizi din molecula țintă.

În reacții de clivaj mai extinse, proteinele țintă pot fi degradate complet.

Efectele sanatatii

Orice modificare a funcționării metaloproteinazelor poate avea efecte nedorite asupra sănătății umane. În plus, unele alte procese patologice implică într-un fel participarea acestui grup important de enzime.

Metaloproteinasa matricială 2, de exemplu, joacă un rol important în invazia cancerului, progresia și metastaza, inclusiv cancerul endometrial. În alte cazuri, alterarea homeostazei MME a fost legată de artrită, inflamație și unele tipuri de cancer.

În cele din urmă, metaloproteinazele îndeplinesc alte funcții în natură care nu sunt direct legate de fiziologia individului care le produce. Pentru unele animale, de exemplu, producerea de otrăvuri este importantă în modul lor de supraviețuire.

De fapt, veninul multor șerpi conține un amestec complex de compuși bioactivi. Printre ele se numără mai multe metaloproteinaze care provoacă sângerare, leziuni tisulare, edem, necroză, printre alte efecte asupra victimei.

Patologii asociate

S-a putut determina că enzimele familiei MMP participă la dezvoltarea diferitelor boli; boli de piele, disfuncții vasculare, ciroză, emfizem pulmonar, ischemie cerebrală, artrită, parodontită și metastaze canceroase, printre altele.

Se crede că marea varietate de forme care pot apărea în metaloproteinazele matrice pot favoriza modificarea mai multor mecanisme de reglare genetică, conducând astfel la modificarea profilului genetic.

Pentru a inhiba dezvoltarea patologiilor asociate cu MMP, au fost utilizați diferiți inhibitori ai metalopreinazelor, atât naturale cât și artificiale.

Inhibitorii naturali au fost izolați de numeroase organisme marine, inclusiv pești, moluște, alge și bacterii. Inhibitorii sintetici, la rândul lor, conțin, în general, o grupare chelatoare care se leagă și inactivează ionul metalic catalitic. Cu toate acestea, rezultatele obținute cu aceste terapii nu au fost concludente.

Utilizări terapeutice

Metaloproteinazele matriceale au mai multe utilizări terapeutice. Sunt utilizate pentru tratarea arsurilor, precum și a diferitelor tipuri de ulcere. De asemenea, au fost folosite pentru a îndepărta țesuturile cicatrice și pentru a facilita procesul de regenerare în transplanturile de organe.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, ^6th Edition. Garland Science, grupul Taylor și Francis. Abingdon-on-Thames, Marea Britanie.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metaloproteinazele și vindecarea rănilor. Avansuri în îngrijirea rănilor, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Rolul biologic al metaloproteinazelor matriceale: un echilibru critic. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) Proteaze AAA: gardieni ai funcției mitocondriale și homeostazei. Celule, 7: 163. doi: 10.3390 / celule7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipeții Orientului Mijlociu: o sursă bogată de molecule bioactive. Molecule.