Kenmerken, functies en typen van metalloproteïnen



de metalloproteïnasen of metalloproteasen zijn enzymen die eiwitten afbreken en vereisen de aanwezigheid van een metaalatoom om activiteit te hebben. De uitvoerende arm van alle activiteiten die door een cel worden uitgevoerd, zijn de enzymen.

Hoewel veel eiwitten een structurele rol spelen, vertoont een ander groot aantal, zo niet de meeste, enige katalytische activiteit. Een groep van deze enzymen is verantwoordelijk voor het afbreken van andere eiwitten.

Collectief worden deze enzymen proteïnasen of proteasen genoemd. De groep proteasen die een metaalatoom nodig hebben om actief te zijn, worden metalloproteïnasen genoemd.

index

  • 1 Functies
  • 2 Algemene kenmerken van metalloproteïnasen
  • 3 Classificatie
    • 3.1 -Metaloproteïnasen exopeptidasas
    • 3.2 -Metaloproteïnasen endopeptidasas
  • 4 Andere functies en wijzigingen
    • 4.1 Modificatie van eiwitten
    • 4.2 Effecten op de gezondheid
  • 5 Geassocieerde pathologieën
  • 6 Therapeutisch gebruik
  • 7 Referenties

functies

De proteasen vervullen in het algemeen een belangrijke en talrijke groep taken in een cel. De meest algemene taak van allemaal is om de vervanging van de eiwitten in een cel mogelijk te maken.

Dat wil zeggen, oude eiwitten elimineren en hun vervanging door nieuwe eiwitten toestaan. Nieuwe eiwitten worden gesynthetiseerd de novo op ribosomen tijdens het vertaalproces.

De belangrijkste rol van metalloproteïnasen, in het bijzonder, is om het gedrag van de cel te reguleren. Dit wordt bereikt door deze specifieke groep proteasen die de aanwezigheid en het tijdstip van aanwezigheid van transcriptionele regulatoren, responsbemiddelaars, receptoren, structurele membraanproteïnen en interne organellen, enz. Regelen..

Afhankelijk van hun afbraakwijze worden proteasen, inclusief metalloproteïnasen, geclassificeerd in endoproteases (metallo-endoproteases) of exoproteases (metalloproteïnasen)..

De eerstgenoemde degraderen eiwitten van één uiteinde van het eiwit (dwz amino of carboxyl). De endoproteasen maken daarentegen insnijdingen in het eiwit met een specifieke specificiteit.

Algemene kenmerken van metalloproteïnasen

Metalloproteïnasen zijn misschien wel de meest diverse groep proteasen van de zes die bestaan. Proteasen worden geclassificeerd volgens hun katalytisch mechanisme. Deze groepen zijn de proteasen van cysteïne, serine, threonine, asparaginezuur, glutaminezuur en de metalloproteïnasen.

Alle metalloproteïnasen vereisen dat een metaalatoom in staat is om hun katalytische snede uit te voeren. Metalen die aanwezig zijn in metalloproteïnasen bevatten voornamelijk zink, maar andere metalloproteïnasen gebruiken kobalt.

Om zijn functie te vervullen, moet het metaalatoom gecoördineerd gecoördineerd worden met het eiwit. Dit gebeurt via vier contactpunten.

Drie van hen gebruiken enkele van de aminozuren geladen histidine, lysine, arginine, glutamaat of aspartaat. Het vierde coördinatiepunt wordt gemaakt door een watermolecuul.

classificatie

De Internationale Unie voor Biochemie en Moleculaire Biologie heeft een classificatiesysteem voor enzymen vastgesteld. In dit systeem worden de enzymen geïdentificeerd door de letters EC en een gecodeerd systeem van vier cijfers.

Het eerste cijfer identificeert de enzymen op basis van hun werkingsmechanisme en verdeelt ze in zes grote klassen. Het tweede getal scheidt ze op basis van het substraat waarop ze werken. De andere twee nummers maken divisies nog specifieker.

Omdat metalloproteïnasen hydrolyse-reacties katalyseren, worden ze volgens dit classificatiesysteem geïdentificeerd met het EC4-nummer. Bovendien behoren ze tot subklasse 4, die alle hydrolasen bevat die op peptidebindingen werken.

Metalloproteïnasen, zoals de rest van de proteïnasen, kunnen worden geclassificeerd op basis van de plaats van de polypeptideketen die aanvalt.

-Exopeptidase-metalloproteïnasen

Ze werken op de peptidebindingen van de terminale aminozuren van de polypeptideketen. Hierin zijn alle metalloproteïnasen opgenomen die twee katalytische metaalionen hebben en sommige met een enkel metaalion.

-Endopeptidase-metalloproteïnasen

Ze werken op elke peptidebinding in de polypeptideketen resulterend in twee moleculen polypeptiden met een lager molecuulgewicht.

Veel van de metalloproteïnasen met een enkel katalytisch metaalion werken op deze manier. Hier zijn de matrix metalloproteïnasen en ADAM-eiwitten

Matrix metalloproteïnasen (MMP)

Het zijn enzymen die in staat zijn om katalytisch op sommige componenten van de extracellulaire matrix te werken. De extracellulaire matrix is ​​de verzameling van alle stoffen en materialen die deel uitmaken van een weefsel en die zich aan de buitenkant van cellen bevinden.

Ze zijn een talrijke groep enzymen die aanwezig zijn in fysiologische processen, en ze nemen deel aan morfologische en functionele veranderingen van veel weefsels.

In de skeletspieren spelen ze bijvoorbeeld een zeer belangrijke rol bij de vorming, hermodellering en regeneratie van spierweefsel. Ze werken ook in op de verschillende soorten collageen die aanwezig zijn in de extracellulaire matrix.

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

Hydrolytische enzymen die werken op type I, II en III collageen dat tussen cellen wordt aangetroffen. Product van het katabolisme van deze stoffen gedenatureerd collageen of gelatine wordt verkregen.

In vertebraten wordt dit enzym geproduceerd door verschillende cellen, zoals fibroblasten en macrofagen, alsook door epitheelcellen. Ze kunnen ook werken op andere moleculen van de extracellulaire matrix.

Gelatinases (MMP-2, MMP-9)

Ze dragen bij aan het katabolisme proces van type I, II en III collagenen. Ze werken ook op het gedenatureerde collageen of gelatine verkregen na de werking van collagenasen.

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

Ze werken op type IV collagenen en op andere moleculen van de extracellulaire matrix geassocieerd met collageen. De activiteit op gelatine is beperkt.

Matrilysins (MMP-7, MMP-26).

Ze zijn metalloproteinasas structureel eenvoudiger dan de rest. Ze zijn gerelateerd aan tumorepitheelcellen.

Membraan-geassocieerde metalloproteases (MT-MMP)

Deze maken deel uit van de basale membranen. Ze nemen deel aan de proteolytische activiteiten van andere matrix metalloproteïnasen.

neprilysine

Neprilysine is een matrix-metalloproteïnase dat zink als een katalysator-ion heeft. Het is verantwoordelijk voor het hydrolyseren van de peptiden in de amino-terminale hydrofobe rest.

Dit enzym wordt aangetroffen in talrijke organen, waaronder de nieren, hersenen, longen, vasculaire gladde spieren, evenals endotheel-, hart-, bloed-, vetcellen en fibroblasten..

Neprilysine is essentieel voor metabolische afbraak van vasoactieve peptiden. Sommige van deze peptiden werken als vasodilatoren, maar andere hebben vaatvernauwende effecten.

De remming van neprisiline, samen met de remming van de angiotensinereceptor, is een veelbelovende alternatieve therapie geworden voor de behandeling van patiënten met hartfalen..

Andere matrix metalloproteïnasen

Er zijn enkele metalloproteïnasen die niet in een van de vorige categorieën vallen. Voorbeeld daarvan hebben we de MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 en MMP-28.

-ADAM-eiwitten

ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease, door zijn Engelse naam) is een groep metalloproteïnasen, bekend als metalloproteases - desintegrines.

Deze omvatten enzymen die delen van eiwitten knippen of elimineren die door de membraan van deze cel worden uitgesloten van de cel..

Sommige ADAM, met name bij mensen, missen een functioneel proteasedomein. Tot de belangrijkste functies behoren de spermatogenese en de fusie van sperma en eicel. Ze zijn een belangrijk onderdeel van het gif van vele slangen.

Andere functies en wijzigingen

Eiwit modificatie

Metalloproteïnasen kunnen deelnemen aan de modificatie (rijping) van sommige eiwitten in post-translationele processen.

Dit kan gelijktijdig optreden met, of na, de synthese van het doeleiwit of op de uiteindelijke plaats waar het verblijft om zijn functie uit te oefenen. Dit wordt gewoonlijk bereikt met de splitsing van een beperkt aantal aminozuurresten van het doelmolecuul.

In meer uitgebreide splitsingsreacties kunnen witte eiwitten volledig worden afgebroken.

Effecten op de gezondheid

Elke wijziging in de werking van de metalloproteïnasen kan ongewenste gevolgen hebben voor de gezondheid van de mens. Bovendien brengen sommige andere pathologische processen op de een of andere manier de deelname van deze belangrijke groep enzymen met zich mee.

Matrix metalloproteinase 2 speelt bijvoorbeeld een belangrijke rol bij de invasie door kanker, de progressie en metastase ervan, waaronder endometriumkanker. In andere gevallen is de verandering van de homeostase van de MME's gerelateerd aan artritis, ontsteking en sommige soorten kanker.

Ten slotte vervullen metalloproteïnasen andere functies in de natuur die niet direct verband houden met de fysiologie van het individu dat ze produceert. Voor sommige dieren is de productie van vergiften bijvoorbeeld belangrijk in hun overlevingsmodus.

In feite bevat het gif van vele slangen een complex mengsel van biologisch actieve verbindingen. Hiertoe behoren verschillende metalloproteïnasen die bloedingen, weefselschade, oedeem, necrose en andere effecten bij het slachtoffer veroorzaken..

Geassocieerde pathologieën

Er is vastgesteld dat de enzymen van de MMP-familie deelnemen aan de ontwikkeling van verschillende ziekten; huidziekten, vasculaire disfuncties, cirrose, longemfyseem, cerebrale ischemie, artritis, parodontitis en metastase van kanker, onder andere.

Er wordt aangenomen dat de grote verscheidenheid aan vormen die kunnen voorkomen in de metalloproteïnasen van de matrix de wijziging van verschillende mechanismen van genetische regulatie kan bevorderen, wat op deze manier leidt tot een verandering in het genetische profiel.

Om de ontwikkeling van ziekten die samenhangen met MMP-remmers ze zijn gebruikt in diverse metalopreinasas remmen, zowel natuurlijke als kunstmatige.

Natuurlijke remmers zijn geïsoleerd uit talrijke mariene organismen, waaronder vissen, weekdieren, algen en bacteriën. Synthetische remmers, aan de andere kant, bevatten over het algemeen een chelaatvormende groep die het katalytische metaalion bindt en inactiveert. De resultaten verkregen met deze therapieën zijn echter niet overtuigend.

Therapeutisch gebruik

De matrix-metalloproteïnasen bezitten verschillende therapeutische toepassingen. Ze worden gebruikt om brandwonden te behandelen, evenals verschillende soorten zweren. Ze zijn ook gebruikt om littekenweefsel te verwijderen en om het regeneratieproces bij orgaantransplantaties te vergemakkelijken.

referenties

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, 6th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Verenigd Koninkrijk.
  2. Caley, M. P., Martins, L. V. C., O'Toole, E. A. (2015) metalloproteïnasen en wondgenezing. Vooruitgang in wondverzorging, 4: 225-234.
  3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biologische rol van matrix metalloproteïnasen: een kritische balans. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
  4. Opalinska, M., Janska, H. (2018) AAA proteases: mitochondriale functie en bewakers van homeostase. Cellen, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
  5. Rima, M., Alavi-Naini, S. M., Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers van het Midden-Oosten: een rijke bron van bioactieve moleculen. moleculen.