METALLOPROTEINASES: מאפיינים, פונקציות וסוגים - ביולוגיה

המתכת - פרוטאינאזית או המתכת-פרוטאזיזות הם אנזימים המשפילים חלבונים ומחייבים נוכחות של אטום מתכתי לצורך פעילות. הזרוע המבצעת של כל הפעולות שמתבצעות על ידי תא הם אנזימים.

למרות שחלבונים רבים ממלאים תפקיד מבני, מספר גדול, אם לא הכי, מפגין פעילות קטליטית כלשהי. קבוצה של אנזימים אלה אחראית על השפלת חלבונים אחרים.

מבנה המטלופרוטאין MMP2. צולם ונערך מ- Emw, מ- Wikimedia Commons.

באופן קולקטיבי אנזימים אלו נקראים חלבוניאזים או פרוטאזות. קבוצת הפרוטאזות הדורשות אטום מתכתי להיות פעיל נקראות metalloproteinases.

מאפיינים

פרוטאזיות, באופן כללי, ממלאות קבוצת משימות חשובה ורבה בתא. המשימה הגלובלית מכולן היא לאפשר תחלופה של חלבונים שנמצאים בתא.

כלומר, מחסל חלבונים ישנים, ואפשר להחליף אותם בחלבונים חדשים. חלבונים חדשים מסונתזים דה נובו על ריבוזומים במהלך תהליך התרגום.

התפקיד החשוב ביותר של המטאלופרוטאינאזים, בפרט, הוא לווסת את התנהגות התא. זה מושג על ידי קבוצת פרוטאזות ספציפית זו על ידי בקרה על נוכחות וזמן נוכחותם של רגולטורים לתמלול, מתווכי תגובה, קולטנים, חלבוני ממברנה מבנית ואברונים פנימיים וכו '.

בהתאם למצב ההידרדרות שלהם, פרוטאזות, כולל metalloproteinases, מסווגות לאנדופרוטאזיות (metalloendoproteases) או exoproteases (metalloexoproteases).

הקודם משפיל חלבונים מקצה אחד של החלבון (כלומר, אמינו או קרבוקסיל). לעומת זאת, אנדופרוטאזים חותכים את החלבון בספציפיות מסוימת.

מאפיינים כלליים של metalloproteinases

Metalloproteinases הם אולי הקבוצה המגוונת ביותר של פרוטאזות מתוך השישה שקיימים. פרוטאזות מסווגות לפי המנגנון הקטליטי שלהן. קבוצות אלה הינן הפרוטאזות של ציסטאין, סרין, טרונין, חומצה אספרטית, חומצה גלוטמית והמטלופרוטאינאזים.

כל המתכת-פרוטאינזים דורשים אטום מתכת כדי לבצע את החיתוך הקטליטי שלהם. המתכות הקיימות במתכות ברזל כוללות בעיקר אבץ, אך מתכות אחרות יש להשתמש בקובלט.

על מנת לבצע את תפקודו, צריך להיות מורכב אטום המתכת לחלבון. זה נעשה באמצעות ארבע נקודות מגע.

שלושה מהם משתמשים באחת מחומצות האמינו הטעונות היסטידין, ליזין, ארגינין, גלוטמט או אספרטט. נקודת התיאום הרביעית נעשית על ידי מולקולת מים.

מִיוּן

האיגוד הבינלאומי לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית הקים מערכת סיווג לאנזימים. במערכת זו, אנזימים מזוהים על ידי האותיות EC ומערכת קידוד של ארבעה מספרים.

המספר הראשון מזהה אנזימים לפי מנגנון הפעולה שלהם, ומחלק אותם לשש כיתות גדולות. המספר השני מפריד ביניהם לפי המצע עליו הם פועלים. שני המספרים האחרים מבצעים חלוקות ספציפיות עוד יותר.

מכיוון שמטאלופרוטאינאזים מזרזים את תגובות ההידרוליזה, הם מזוהים עם המספר EC4, על פי מערכת סיווג זו. בנוסף, הם שייכים לתת-klasse 4, הכוללת את כל ההידרולאזים הפועלים על קשרי פפטיד.

Metalloproteinases, כמו שאר החלבונים, ניתן לסווג לפי מקום שרשרת הפוליפפטיד שהם תוקפים.

-מטופלופרוטאינזות exopeptidases

הם פועלים על קשרי הפפטיד של חומצות האמינו הסופיות של שרשרת הפוליפפטיד. כל הכלולים המתכת-פרוטאינזים שיש להם שני יוני מתכת קטליטים וחלקם עם יון מתכת יחיד כלולים כאן.

-מטופלופרוטאינאזים אנדופפטידידים

הם פועלים על כל קשר פפטידי בתוך שרשרת הפוליפפטיד וכתוצאה מכך שתי מולקולות פוליפפטיד במשקל מולקולרי נמוך יותר.

רבים מהמטלופרוטאינאזים עם יון מתכתי קטליטי יחיד פועלים בדרך זו. זה כולל מטריטרmetroproteinases מטריקס וחלבוני ADAM.

מטטרופרוטאוטאז-מטריצות (MMP)

הם אנזימים המסוגלים לפעול באופן קטליטי על מרכיבים מסוימים של המטריצה החוץ תאית. המטריצה החוץ תאית היא הקבוצה של כל החומרים והחומרים המהווים חלק מרקמה ונמצאים בחלק החיצוני של התאים.

הם קבוצה גדולה של אנזימים שנמצאים בתהליכים פיזיולוגיים ומשתתפים בשינויים מורפולוגיים ותפקודיים של רקמות רבות.

בשרירי השלד, למשל, הם ממלאים תפקיד חשוב מאוד ביצירה, שיפוץ והתחדשות של רקמת השריר. הם פועלים גם על סוגים שונים של קולגן שנמצאים במטריקס החוץ תאי.

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

אנזימים הידרוליטיים הפועלים על קולגן מסוג I, II ו- III שנמצאים בין התאים. תוצר של קטבוליזם של חומרים אלה מתקבל קולגן או ג'לטין מפוענחים.

בחוליות, אנזים זה מיוצר על ידי תאים שונים, כגון פיברובלסטים ומקרופאגים, וכן על ידי תאי אפיתל. הם יכולים לפעול גם על מולקולות אחרות של המטריצה החוץ תאית.

ג'לטינזים (MMP-2, MMP-9)

הם מסייעים בתהליך הקטבוליזם של קולאזנים מסוג I, II ו- III. הם פועלים גם על קולגן או ג'לטין מפושטים המתקבלים לאחר פעולת קולגןאז.

סטרומליזינים (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

הם פועלים על קולגנים מסוג IV ומולקולות אחרות של המטריצה החוץ תאית הקשורה לקולגן. פעילותו בג'לטין מוגבלת.

סטרומליסין מבנה מטריצת המטאל-פרוטאינאז של MMP3. צולם ונערך מ- Emw, מ- Wikimedia Commons.

מטריאליס (MMP-7, MMP-26)

אלה הם חלק מממברנות המרתף. הם משתתפים בפעילות הפרוטאוליטית של מתכות אחרות במטריקס.

נפריליסין

נפריליסין הוא מטטרול-פרוטאינאז מטריצה שיש בו אבץ כיון זרז. זה אחראי על הידרוליזה של הפפטידים בשקע הידרופובי של האמינו.

אנזים זה נמצא באיברים רבים, כולל כליות, מוח, ריאה, שריר חלקיקי כלי הדם, וכן באנדותל, לב, דם, תאי שומן ופיברובלסטים.

נפריליסין חיוני לירידה מטבולית של פפטידים vasoactive. חלק מהפפטידים הללו פועלים כמתמירים לכלי דם, אך לאחרים יש השפעות vasoconstrictor.

עיכוב נפריסילין, בשילוב עם עיכוב הקולטן לאנגיוטנסין, הפך לטיפול אלטרנטיבי מבטיח מאוד בטיפול בחולים עם אי ספיקת לב.

מטטרופרוטאוטאינזים אחרים

ישנם כמה מטלופרוטאינאזים שאינם נופלים באף אחת מהקטגוריות שלעיל. דוגמא להם יש לנו MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 ו- MMP-28.

-ADAM חלבונים

ADAMs (A Disintegrin and Metalloprotease) הם קבוצה של מתכות-פרוטאינזיות, הידועות בשם Metaloproteases - מתפרקות.

אלה כוללים אנזימים החותכים או מסירים חלקים של חלבונים המוחרגים מהתא על ידי קרום התא.

חלקם של ADAM, בעיקר אצל בני אדם, אינם בעלי תחום פרוטאזי תפקודי. תפקידיו העיקריים כוללים פעולה על פי זרע ואיחוי זרע-ביצית. הם מרכיב חשוב בארס של נחשים רבים.

פונקציות ושינויים אחרים

שינוי חלבון

Metalloproteinases יכולים להשתתף בשינוי (התבגרות) של כמה חלבונים בתהליכים שלאחר התרגום.

זה יכול להתרחש במקביל לסינתזה של חלבון היעד או באתר הסופי בו הוא שוכן כדי להפעיל את תפקידו. זה מושג בדרך כלל עם מחשוף של מספר מצומצם של שאריות חומצות אמינו ממולקולת המטרה.

בתגובות מחשוף נרחבות יותר, ניתן לשבור לחלוטין את חלבוני המטרה.

השפעות בריאותיות

כל שינוי בתפקוד המתכת-פרוטאינזית יכול להשפיע על בריאות האדם. בנוסף, כמה תהליכים פתולוגיים אחרים כרוכים בדרך כלשהי בהשתתפות קבוצת אנזימים חשובה זו.

מטריצת מטלופרוטאינאז 2, למשל, ממלאת תפקיד חשוב בפלישה לסרטן, בהתקדמות ובגרורות, כולל סרטן רירית הרחם. במקרים אחרים, שינוי בהומאוסטזיס של MME נקשר לדלקת פרקים, דלקת וכמה סוגים של סרטן.

לבסוף, מתכות מתכתיות ממלאות פונקציות אחרות בטבע שאינן קשורות ישירות לפיזיולוגיה של הפרט המייצר אותן. עבור בעלי חיים מסוימים, למשל, ייצור רעלים חשוב במצב ההישרדות שלהם.

למעשה הארס של נחשים רבים מכיל תערובת מורכבת של תרכובות ביו-אקטיביות. ביניהם כמה מטלופרוטאינזים הגורמים לדימום, נזק לרקמות, בצקת, נמק, בין תופעות אחרות אצל הקורבן.

פתולוגיות קשורות

ניתן היה לקבוע כי האנזימים ממשפחת ה- MMP משתתפים בהתפתחות מחלות שונות; מחלות עור, בעיות בתפקוד כלי הדם, שחמת, אמפיזמת ריאות, איסכמיה מוחית, דלקת פרקים, פריודונטיטיס וגרורות סרטן, בין היתר.

ההערכה היא כי המגוון הרחב של צורות שיכולות להופיע במטרופולין-מטריצות מטריצות עשויים להעדיף את שינוי המנגנונים השונים של ויסות גנטי, ובכך יוביל לשינוי בפרופיל הגנטי.

כדי לעכב את התפתחות הפתולוגיות הקשורות ל- MMP, נעשה שימוש במעכבים שונים של metallopreinases, טבעיים ומלאכותיים כאחד.

מעכבים טבעיים מבודדים ממספר אורגניזמים ימיים, כולל דגים, רכיכות, אצות וחיידקים. מעכבים סינטטיים מצידם מכילים בדרך כלל קבוצת צ'לציה הקושרת ומפעילה את יון המתכת הקטליטי. עם זאת, התוצאות שהתקבלו בטיפולים אלה לא היו חד משמעיות.

שימושים טיפוליים

למטרופולין-מטריצות מטריקס ישנם מספר שימושים טיפוליים. הם משמשים לטיפול בכוויות, כמו גם כיבים מסוגים שונים. הם שימשו גם להסרת רקמת צלקת וכדי להקל על תהליך ההתחדשות בהשתלות איברים.

הפניות

אלברטס, ב, ג 'ונסון, א, לואיס, ג', רף, M., רוברטס, ק וולטרס, פ (2014) ביולוגיה מולקולרית של התא, 6 ^th Edition. גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס. Abingdon-on-Thames, בריטניה.
Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) מטלופרוטאינזים וריפוי פצעים. התקדמות בטיפול בפצעים, 4: 225-234.
Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) תפקיד ביולוגי של מטריצת מטלופרוטאינים: מאזן קריטי. כתב העת הנשמה האירופי, 38: 191-208.
Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA מוחה: שומרי תפקוד מיטוכונדריאלי והומאוסטזיס. תאים, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) צפע המזרח התיכון: מקור עשיר למולקולות ביו-אקטיביות. מולקולות.

METALLOPROTEINASES: מאפיינים, פונקציות וסוגים - ביולוגיה - 2025