METALLOPROTEINASES: CIRI, FUNGSI DAN JENISNYA - BIOLOGI - 2026

The metalloproteinases atau metaloprotease enzim bahawa protein merendahkan dan memerlukan kehadiran atom logam mempunyai aktiviti. Bahagian eksekutif semua aktiviti yang dilakukan oleh sel adalah enzim.

Walaupun banyak protein memainkan peranan struktur, sebilangan besar, jika tidak kebanyakan, menunjukkan beberapa aktiviti pemangkin. Sekumpulan enzim ini bertanggungjawab untuk merosakkan protein lain.

Struktur metalloprotein MMP2. Diambil dan diedit dari Emw, dari Wikimedia Commons.

Secara kolektif enzim ini dipanggil proteinase atau protease. Kumpulan protease yang memerlukan atom logam untuk aktif disebut metalloproteinases.

ciri-ciri

Protease, secara umum, memenuhi tugas yang penting dan banyak dalam sel. Tugas yang paling global adalah membenarkan peralihan protein yang terdapat dalam sel.

Maksudnya, hilangkan protein lama, dan biarkan penggantiannya dengan protein baru. Protein baru disintesis de novo pada ribosom semasa proses terjemahan.

Peranan metalloproteinases yang paling penting, khususnya, adalah mengatur tingkah laku sel. Ini dicapai oleh kumpulan protease tertentu dengan mengawal kehadiran dan masa kehadiran pengatur transkrip, mediator tindak balas, reseptor, protein membran struktur dan organel dalaman, dll.

Bergantung pada mod degradasinya, protease, termasuk metalloproteinases, diklasifikasikan menjadi endoproteases (metalloendoproteases) atau exoproteases (metalloexoproteases).

Bekas menurunkan protein dari satu hujung protein (iaitu, amino atau karboksil). Endoproteases, sebaliknya, memotong protein dengan kekhususan tertentu.

Ciri umum metalloproteinases

Metalloproteinases mungkin kumpulan protease yang paling pelbagai dari enam yang ada. Protease dikelaskan mengikut mekanisme pemangkinnya. Kumpulan ini adalah protease cysteine, serine, threonine, aspartic acid, glutamic acid dan metalloproteinases.

Semua metalloproteinases memerlukan atom logam untuk melakukan pemotongan pemangkinnya. Logam yang terdapat dalam metalloproteinases terutamanya termasuk zink, tetapi metalloproteinases lain menggunakan kobalt.

Untuk menjalankan fungsinya, atom logam mesti dikoordinasikan secara koordinat dengan protein. Ini dilakukan melalui empat titik hubungan.

Tiga daripadanya menggunakan salah satu asid amino histidin, lisin, arginin, glutamat, atau aspartat. Titik koordinasi keempat dibuat oleh molekul air.

Pengelasan

Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul telah mewujudkan sistem klasifikasi untuk enzim. Dalam sistem ini, enzim dikenal pasti dengan huruf EC dan sistem pengkodan empat nombor.

Nombor pertama mengenal pasti enzim mengikut mekanisme tindakannya, dan membahagikannya kepada enam kelas besar. Nombor kedua memisahkan mereka mengikut substrat di mana mereka bertindak. Dua nombor yang lain melakukan pembahagian yang lebih khusus.

Oleh kerana metalloproteinases memangkin reaksi hidrolisis, mereka dikenal pasti dengan nombor EC4, mengikut sistem klasifikasi ini. Selain itu, mereka tergolong dalam subkelas 4, yang menempatkan semua hidrolase yang bertindak pada ikatan peptida.

Metalloproteinases, seperti proteinase yang lain, dapat dikelaskan mengikut tempat rantai polipeptida yang mereka serang.

-Metaloproteinases exopeptidases

Mereka bertindak pada ikatan peptida asid amino terminal rantai polipeptida. Semua metalloproteinases yang mempunyai dua ion logam pemangkin dan beberapa dengan ion logam tunggal disertakan di sini.

-Metaloproteinases endopeptidases

Mereka bertindak pada sebarang ikatan peptida dalam rantai polipeptida sehingga menghasilkan dua molekul polipeptida berat molekul yang lebih rendah.

Sebilangan besar metalloproteinases dengan ion logam pemangkin tunggal bertindak dengan cara ini. Ini merangkumi metalloproteinases matriks dan protein ADAM.

Metalloproteinases Matriks (MMP)

Mereka adalah enzim yang mampu bertindak secara pemangkin pada beberapa komponen matriks ekstraselular. Matriks ekstraselular adalah kumpulan semua zat dan bahan yang merupakan sebahagian daripada tisu dan terdapat di bahagian luar sel.

Mereka adalah sekumpulan besar enzim yang terdapat dalam proses fisiologi, dan berpartisipasi dalam perubahan morfologi dan fungsi banyak tisu.

Pada otot rangka, misalnya, mereka memainkan peranan yang sangat penting dalam pembentukan, pembentukan semula dan pertumbuhan semula tisu otot. Mereka juga bertindak terhadap pelbagai jenis kolagen yang terdapat dalam matriks ekstraselular.

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

Enzim hidrolitik yang bertindak pada kolagen jenis I, II dan III yang terdapat di antara sel. Produk katabolisme zat-zat ini diperoleh kolagen atau gelatin yang didenaturasi.

Pada vertebrata, enzim ini dihasilkan oleh sel yang berlainan, seperti fibroblas dan makrofag, serta oleh sel epitelium. Mereka juga boleh bertindak terhadap molekul lain dari matriks ekstraselular.

Gelatinase (MMP-2, MMP-9)

Mereka membantu dalam proses katabolisme kolagen jenis I, II dan III. Mereka juga bertindak pada kolagen denatin atau gelatin yang diperoleh setelah tindakan kolagenase.

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

Mereka bertindak pada kolagen jenis IV dan molekul lain dari matriks ekstraselular yang berkaitan dengan kolagen. Aktivitinya pada gelatin adalah terhad.

Stromalisin Struktur metalloproteinase matriks MMP3. Diambil dan diedit dari Emw, dari Wikimedia Commons.

Matrilisin (MMP-7, MMP-26)

Ini adalah sebahagian daripada membran bawah tanah. Mereka mengambil bahagian dalam aktiviti proteolitik metalloproteinases lain dalam matriks.

Neprilysin

Neprilysin adalah metalloproteinase matriks yang mempunyai zink sebagai ion pemangkin. Ia bertanggungjawab untuk menghidrolisis peptida pada residu hidrofobik amino-terminal.

Enzim ini terdapat di banyak organ, termasuk ginjal, otak, paru-paru, otot polos vaskular, serta endotel, jantung, darah, sel-sel lemak, dan fibroblas.

Neprilysin sangat penting untuk penurunan metabolisme peptida vasoaktif. Sebilangan peptida ini bertindak sebagai vasodilator, tetapi yang lain mempunyai kesan vasokonstriktor.

Inhibisi neprisilin, bersamaan dengan penghambatan reseptor angiotensin, telah menjadi terapi alternatif yang sangat menjanjikan dalam rawatan pesakit dengan kegagalan jantung.

Metalloproteinases matriks lain

Terdapat beberapa metalloproteinases yang tidak termasuk dalam kategori di atas. Contohnya kita mempunyai MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 dan MMP-28.

-ADAM Protein

ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease) adalah sekumpulan metalloproteinases, yang dikenali sebagai metalloproteases - disintegrin.

Ini termasuk enzim yang memotong atau membuang bahagian protein yang dikeluarkan dari sel oleh membran sel.

Beberapa ADAM, terutama pada manusia, kekurangan domain protease yang berfungsi. Fungsi utamanya termasuk bertindak pada spermatogenesis dan peleburan sperma-ovum. Mereka adalah komponen penting dari racun banyak ular.

Fungsi dan perubahan lain

Pengubahsuaian protein

Metalloproteinases dapat mengambil bahagian dalam pengubahsuaian (pematangan) beberapa protein dalam proses pasca terjemahan.

Ini boleh berlaku bersamaan dengan, atau setelah, sintesis protein sasaran atau di lokasi akhir di mana ia berada untuk menjalankan fungsinya. Ini secara amnya dapat dicapai dengan pembelahan sejumlah sisa asid amino dari molekul sasaran.

Dalam reaksi pembelahan yang lebih meluas, protein sasaran dapat merosot sepenuhnya.

Kesan kesihatan

Sebarang perubahan fungsi metalloproteinases boleh memberi kesan yang tidak diingini terhadap kesihatan manusia. Di samping itu, beberapa proses patologi lain melibatkan penyertaan kumpulan enzim penting ini.

Matrix metalloproteinase 2, misalnya, memainkan peranan penting dalam pencerobohan, perkembangan, dan metastasis kanser, termasuk barah endometrium. Dalam kes lain, perubahan homeostasis MME dikaitkan dengan arthritis, keradangan, dan beberapa jenis barah.

Akhirnya, metalloproteinases memenuhi fungsi lain di alam yang tidak berkaitan langsung dengan fisiologi individu yang menghasilkannya. Bagi sesetengah haiwan, misalnya, penghasilan racun penting dalam cara hidup mereka.

Sebenarnya, racun banyak ular mengandungi campuran sebatian bioaktif yang kompleks. Antaranya ialah beberapa metalloproteinases yang menyebabkan pendarahan, kerosakan tisu, edema, nekrosis, antara kesan lain pada mangsa.

Patologi yang berkaitan

Adalah mungkin untuk menentukan bahawa enzim keluarga MMP mengambil bahagian dalam perkembangan pelbagai penyakit; penyakit kulit, disfungsi vaskular, sirosis, emfisema paru, iskemia serebrum, artritis, periodontitis, dan metastasis barah, antara lain.

Diyakini bahawa pelbagai bentuk yang dapat terjadi dalam metalloproteinases matriks dapat mendorong perubahan pelbagai mekanisme peraturan genetik, sehingga menyebabkan perubahan profil genetik.

Untuk menghalang perkembangan patologi yang berkaitan dengan MMP, perencat metallopreinases yang berbeza, baik secara semula jadi dan buatan, telah digunakan.

Inhibitor semula jadi telah diasingkan dari banyak organisma laut, termasuk ikan, moluska, alga, dan bakteria. Inhibitor sintetik, secara amnya, mengandungi kumpulan chelating yang mengikat dan mematikan ion logam pemangkin. Hasil yang diperoleh dengan terapi ini, bagaimanapun, tidak dapat disimpulkan.

Penggunaan terapeutik

Metalloproteinases matriks mempunyai beberapa kegunaan terapeutik. Mereka digunakan untuk merawat luka bakar, serta pelbagai jenis bisul. Mereka juga digunakan untuk menghilangkan tisu parut dan untuk mempermudah proses regenerasi dalam pemindahan organ.

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Molekul Biologi Sel, Edisi ^ke- 6 . Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, United Kingdom.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinases dan penyembuhan luka. Kemajuan dalam Penjagaan Luka, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Peranan biologi metalloproteinases matriks: keseimbangan kritikal. Jurnal Pernafasan Eropah, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA protease: penjaga fungsi mitokondria dan homeostasis. Sel, 7: 163. doi: 10.3390 / sel7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: sumber molekul bioaktif yang kaya. Molekul.