METALLOPROTEINASES: ลักษณะหน้าที่และประเภท - ชีววิทยา - 2026

metalloproteinasesหรือ metalloproteases เอนไซม์โปรตีนที่ทำให้เสื่อมเสียและต้องมีการปรากฏตัวของอะตอมโลหะที่จะมีกิจกรรม แขนบริหารของกิจกรรมทั้งหมดที่ดำเนินการโดยเซลล์คือเอนไซม์

แม้ว่าโปรตีนหลายชนิดจะมีบทบาทในเชิงโครงสร้าง แต่โปรตีนจำนวนมากก็แสดงฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาบางอย่าง กลุ่มของเอนไซม์เหล่านี้มีหน้าที่ย่อยสลายโปรตีนอื่น ๆ

โครงสร้างของ metalloprotein MMP2 ถ่ายและแก้ไขจาก Emw จาก Wikimedia Commons

เอนไซม์เหล่านี้เรียกรวมกันว่าโปรตีนหรือโปรตีเอส กลุ่มของโปรตีเอสที่ต้องใช้อะตอมของโลหะเรียกว่า metalloproteinases

คุณสมบัติ

โดยทั่วไปโปรตีเอสตอบสนองกลุ่มงานที่สำคัญและมีจำนวนมากในเซลล์ ภารกิจระดับโลกที่สุดของทั้งหมดคือการอนุญาตให้มีการหมุนเวียนของโปรตีนที่มีอยู่ในเซลล์

นั่นคือกำจัดโปรตีนเก่าและให้โปรตีนใหม่ทดแทน โปรตีนใหม่จะถูกสังเคราะห์ de novo บนไรโบโซมระหว่างกระบวนการแปล

โดยเฉพาะอย่างยิ่งบทบาทที่สำคัญที่สุดของ metalloproteinases คือการควบคุมพฤติกรรมของเซลล์ สิ่งนี้ทำได้โดยโปรตีเอสกลุ่มนี้โดยการควบคุมการมีอยู่และเวลาที่มีอยู่ของตัวควบคุมการถอดเสียงผู้ไกล่เกลี่ยการตอบสนองตัวรับโปรตีนเมมเบรนที่มีโครงสร้างและออร์แกเนลล์ภายในเป็นต้น

โปรตีเอสรวมทั้ง metalloproteinases แบ่งออกเป็น endoproteases (metalloendoproteases) หรือ exoproteases (metalloexoproteases) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโหมดการย่อยสลาย

อดีตย่อยสลายโปรตีนจากปลายด้านหนึ่งของโปรตีน (เช่นอะมิโนหรือคาร์บอกซิล) ในทางกลับกันเอนโดโปรตีนตัดโปรตีนด้วยความจำเพาะบางอย่าง

ลักษณะทั่วไปของ metalloproteinases

Metalloproteinases อาจเป็นกลุ่มโปรตีเอสที่มีความหลากหลายมากที่สุดในหกชนิดที่มีอยู่ โปรตีเอสถูกจำแนกตามกลไกการเร่งปฏิกิริยา กลุ่มเหล่านี้ ได้แก่ โปรตีเอสของซีสเทอีนซีรีน ธ รีโอนีนกรดแอสปาร์ติกกรดกลูตามิกและเมทัลโลโปรตีน

metalloproteinases ทั้งหมดต้องการอะตอมของโลหะเพื่อทำการตัดตัวเร่งปฏิกิริยา โลหะที่มีอยู่ใน metalloproteinases ส่วนใหญ่ ได้แก่ สังกะสี แต่ metalloproteinases อื่น ๆ ใช้โคบอลต์

ในการทำหน้าที่ของมันอะตอมของโลหะจะต้องมีความซับซ้อนประสานกันกับโปรตีน สิ่งนี้ทำได้ผ่านจุดสัมผัสสี่จุด

สามในนั้นใช้หนึ่งในกรดอะมิโนฮิสติดีนไลซีนอาร์จินีนกลูตาเมตหรือแอสพาเทต จุดประสานงานที่สี่สร้างขึ้นโดยโมเลกุลของน้ำ

การจัดหมวดหมู่

International Union of Biochemistry and Molecular Biology ได้จัดตั้งระบบการจำแนกประเภทของเอนไซม์ ในระบบนี้เอนไซม์ถูกระบุด้วยตัวอักษร EC และระบบเข้ารหัสตัวเลขสี่ตัว

หมายเลขแรกระบุเอนไซม์ตามกลไกการทำงานและแบ่งออกเป็นหกคลาสใหญ่ ๆ หมายเลขที่สองจะแยกพวกมันตามวัสดุพิมพ์ที่พวกมันทำหน้าที่ อีกสองหมายเลขจะทำหารที่เฉพาะเจาะจงมากยิ่งขึ้น

เนื่องจาก metalloproteinases เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสจึงมีการระบุด้วยหมายเลข EC4 ตามระบบการจำแนกนี้ นอกจากนี้ยังอยู่ในคลาสย่อย 4 ซึ่งเป็นที่ตั้งของไฮโดรเลสทั้งหมดที่ทำหน้าที่ในพันธะเปปไทด์

Metalloproteinases เช่นเดียวกับโปรตีนที่เหลือสามารถจำแนกได้ตามตำแหน่งของสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่พวกมันโจมตี

-Metaloproteinases exopeptidases

พวกมันทำหน้าที่เกี่ยวกับพันธะเปปไทด์ของกรดอะมิโนเทอร์มินอลของโซ่โพลีเปปไทด์ metalloproteinases ทั้งหมดที่มีไอออนโลหะตัวเร่งปฏิกิริยาสองตัวและบางตัวมีไอออนของโลหะเดี่ยวรวมอยู่ที่นี่

-Metaloproteinases เอนโดเปปทิเดส

พวกมันทำหน้าที่กับพันธะเปปไทด์ใด ๆ ภายในห่วงโซ่โพลีเปปไทด์ส่งผลให้โมเลกุลโพลีเปปไทด์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าสองโมเลกุล

metalloproteinases หลายตัวที่มีไอออนโลหะตัวเร่งปฏิกิริยาตัวเดียวทำหน้าที่ในลักษณะนี้ ซึ่งรวมถึงเมทริกซ์ metalloproteinases และโปรตีน ADAM

เมทริกซ์ Metalloproteinases (MMP)

เป็นเอนไซม์ที่สามารถทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยากับส่วนประกอบบางส่วนของเมทริกซ์นอกเซลล์ เมทริกซ์นอกเซลล์คือชุดของสารและวัสดุทั้งหมดที่เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อและพบได้ที่ด้านนอกของเซลล์

พวกมันเป็นเอนไซม์กลุ่มใหญ่ที่มีอยู่ในกระบวนการทางสรีรวิทยาและมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาและการทำงานของเนื้อเยื่อหลายชนิด

ยกตัวอย่างเช่นในกล้ามเนื้อโครงร่างมีบทบาทสำคัญมากในการสร้างการเปลี่ยนแปลงและการสร้างเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ พวกเขายังทำหน้าที่กับคอลลาเจนประเภทต่างๆที่มีอยู่ในเมทริกซ์นอกเซลล์

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

เอนไซม์ไฮโดรไลติกที่ทำหน้าที่กับคอลลาเจน type I, II และ III ที่พบระหว่างเซลล์ ผลิตภัณฑ์จากการเร่งปฏิกิริยาของสารเหล่านี้ได้มาจากคอลลาเจนหรือเจลาตินที่ถูกทำลาย

ในสัตว์มีกระดูกสันหลังเอนไซม์นี้ผลิตโดยเซลล์ที่แตกต่างกันเช่นไฟโบรบลาสต์และมาโครฟาจรวมทั้งเซลล์เยื่อบุผิว นอกจากนี้ยังสามารถกระทำกับโมเลกุลอื่น ๆ ของเมทริกซ์นอกเซลล์

เจลาติเนส (MMP-2, MMP-9)

ช่วยในกระบวนการ catabolism ของ collagens ประเภท I, II และ III นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ในคอลลาเจนหรือเจลาตินที่ได้รับหลังจากการออกฤทธิ์ของคอลลาเจน

สโตรมาลิซิน (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

พวกมันทำหน้าที่กับคอลลาเจนประเภท IV และโมเลกุลอื่น ๆ ของเมทริกซ์นอกเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับคอลลาเจน กิจกรรมของเจลาตินมี จำกัด

Stromalisin โครงสร้างของเมทริกซ์ MMP3 metalloproteinase ถ่ายและแก้ไขจาก Emw จาก Wikimedia Commons

เมทริลิซิน (MMP-7, MMP-26)

สิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อชั้นใต้ดิน พวกเขามีส่วนร่วมในกิจกรรมโปรตีโอไลติกของ metalloproteinases อื่น ๆ ในเมทริกซ์

Neprilysin

Neprilysin เป็นเมทริกซ์ metalloproteinase ที่มีสังกะสีเป็นไอออนตัวเร่งปฏิกิริยา มีหน้าที่ในการไฮโดรไลซิงเปปไทด์ที่กากอะมิโนเทอร์มินอลที่ไม่ชอบน้ำ

เอนไซม์นี้พบได้ในอวัยวะต่างๆรวมทั้งไตสมองปอดกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดเช่นเดียวกับในเยื่อบุผนังหลอดเลือดหัวใจเลือดเซลล์ไขมันและไฟโบรบลาสต์

Neprilysin เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการย่อยสลายการเผาผลาญของ vasoactive peptides เปปไทด์เหล่านี้บางตัวทำหน้าที่เป็นยาขยายหลอดเลือด แต่บางตัวมีฤทธิ์ขยายหลอดเลือด

การยับยั้งเนพริซิลินร่วมกับการยับยั้งตัวรับแองจิโอเทนซินได้กลายเป็นการบำบัดทางเลือกที่มีแนวโน้มมากในการรักษาผู้ป่วยที่เป็นโรคหัวใจล้มเหลว

metalloproteinases เมทริกซ์อื่น ๆ

มี metalloproteinases บางตัวที่ไม่อยู่ในหมวดหมู่ใด ๆ ข้างต้น ตัวอย่างของพวกเขาเรามี MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 และ MMP-28

-ADAM โปรตีน

ADAMs (A Disintegrin และ Metalloprotease) เป็นกลุ่มของ metalloproteinases หรือที่เรียกว่า metalloproteases - disintegrins

ซึ่งรวมถึงเอนไซม์ที่ตัดหรือกำจัดส่วนของโปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์แยกออกจากเซลล์

ADAM บางตัวโดยเฉพาะในมนุษย์ขาดโดเมนโปรตีเอสที่ใช้งานได้ หน้าที่หลักของมัน ได้แก่ การทำหน้าที่ในการสร้างอสุจิและการหลอมรวมตัวอสุจิ - ไข่ พวกมันเป็นส่วนประกอบสำคัญของพิษของงูหลายชนิด

ฟังก์ชั่นและการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ

การปรับเปลี่ยนโปรตีน

Metalloproteinases สามารถมีส่วนร่วมในการปรับเปลี่ยน (การเจริญเติบโต) ของโปรตีนบางชนิดในกระบวนการหลังการแปล

สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นพร้อมกับหรือตามมาจากการสังเคราะห์โปรตีนเป้าหมายหรือที่ไซต์สุดท้ายที่มันอาศัยอยู่เพื่อทำหน้าที่ของมัน โดยทั่วไปสามารถทำได้ด้วยความแตกแยกของกรดอะมิโนที่ตกค้างจากโมเลกุลเป้าหมายในจำนวน จำกัด

ในปฏิกิริยาความแตกแยกที่กว้างขวางมากขึ้นโปรตีนเป้าหมายสามารถย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์

ผลกระทบต่อสุขภาพ

การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในการทำงานของ metalloproteinases อาจมีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ต่อสุขภาพของมนุษย์ นอกจากนี้กระบวนการทางพยาธิวิทยาอื่น ๆ บางส่วนเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์กลุ่มสำคัญนี้

ตัวอย่างเช่นเมทริกซ์ metalloproteinase 2 มีบทบาทสำคัญในการแพร่กระจายของมะเร็งการลุกลามและการแพร่กระจายรวมทั้งมะเร็งเยื่อบุโพรงมดลูก ในกรณีอื่น ๆ การเปลี่ยนแปลงสภาวะสมดุลของ MME นั้นเชื่อมโยงกับโรคข้ออักเสบการอักเสบและมะเร็งบางชนิด

ในที่สุด metalloproteinases จะทำหน้าที่อื่น ๆ ในธรรมชาติที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับสรีรวิทยาของแต่ละบุคคลที่ผลิตขึ้น ตัวอย่างเช่นสำหรับสัตว์บางชนิดการผลิตสารพิษมีความสำคัญในโหมดการอยู่รอด

ในความเป็นจริงพิษของงูหลายชนิดมีสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพผสมกันอย่างซับซ้อน ในจำนวนนี้มี metalloproteinases หลายชนิดที่ทำให้เลือดออกความเสียหายของเนื้อเยื่อบวมน้ำเนื้อร้ายและผลกระทบอื่น ๆ ในเหยื่อ

โรคที่เกี่ยวข้อง

เป็นไปได้ที่จะระบุได้ว่าเอนไซม์ของครอบครัว MMP มีส่วนร่วมในการพัฒนาโรคต่างๆ โรคผิวหนังความผิดปกติของหลอดเลือดตับแข็งถุงลมโป่งพองในปอดภาวะขาดเลือดในสมองโรคข้ออักเสบปริทันต์อักเสบและการแพร่กระจายของมะเร็งเป็นต้น

เป็นที่เชื่อกันว่าความหลากหลายของรูปแบบที่สามารถเกิดขึ้นได้ในเมทริกซ์ metalloproteinases อาจสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงกลไกต่างๆของการควบคุมทางพันธุกรรมซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในลักษณะทางพันธุกรรม

เพื่อยับยั้งการพัฒนาของโรคที่เกี่ยวข้องกับ MMP ได้มีการใช้สารยับยั้ง metallopreinases ที่แตกต่างกันทั้งจากธรรมชาติและเทียม

สารยับยั้งตามธรรมชาติถูกแยกออกจากสิ่งมีชีวิตในทะเลหลายชนิดรวมทั้งปลาหอยสาหร่ายและแบคทีเรีย สารยับยั้งสังเคราะห์สำหรับส่วนของพวกมันโดยทั่วไปประกอบด้วยหมู่คีเลตที่จับและปิดการใช้งานไอออนโลหะตัวเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามผลที่ได้รับจากการบำบัดเหล่านี้ยังไม่สามารถสรุปได้

ใช้ในการรักษา

เมทริกซ์ metalloproteinases มีประโยชน์ในการรักษาหลายประการ ใช้ในการรักษาแผลไฟไหม้และแผลประเภทต่างๆ นอกจากนี้ยังใช้ในการกำจัดเนื้อเยื่อแผลเป็นและเพื่ออำนวยความสะดวกในกระบวนการสร้างใหม่ในการปลูกถ่ายอวัยวะ

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , Roberts, K. Walters, P. (2014) Molecular Biology of the Cell, 6 ^th Edition. Garland Science กลุ่ม Taylor & Francis Abingdon-on-Thames, สหราชอาณาจักร
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinases และการรักษาบาดแผล ความก้าวหน้าในการดูแลบาดแผล 4: 225-234
3. Löffek, S. , Schilling, O. , Franzke, C.-W. (2554) บทบาททางชีวภาพของเมทริกซ์ metalloproteinases: สมดุลวิกฤต. European Respiratory Journal, 38: 191-208
4. Opalińska, M. , Jańska, H. (2018) AAA โปรตีเอส: ผู้พิทักษ์การทำงานของไมโทคอนเดรียและสภาวะสมดุล เซลล์ 7: 163 ดอย: 10.3390 / cells7100163.
5. Rima, M. , Alavi-Naini, SM, Karam, M. , Sadek, R. , Sabatier, J.-M. , Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: แหล่งโมเลกุลออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่อุดมสมบูรณ์ โมเลกุล