METALLOPROTEINASE: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG VÀ LOẠI - SINH HỌC - 2026

Các metalloproteinase hoặc metalloprotease là các enzym phân hủy protein và yêu cầu sự hiện diện của một nguyên tử kim loại để có hoạt tính. Cánh tay điều hành tất cả các hoạt động được thực hiện bởi một tế bào là các enzym.

Mặc dù nhiều protein đóng vai trò cấu trúc, nhưng một số lượng lớn, nếu không muốn nói là hầu hết, thể hiện một số hoạt tính xúc tác. Một nhóm các enzym này chịu trách nhiệm phân hủy các protein khác.

Cấu trúc của metalloprotein MMP2. Lấy và chỉnh sửa từ Emw, từ Wikimedia Commons.

Gọi chung các enzyme này được gọi là proteinase hoặc protease. Nhóm các protease cần nguyên tử kim loại để hoạt động được gọi là metalloproteinase.

Đặc trưng

Nói chung, protein hoàn thành một nhóm nhiều nhiệm vụ quan trọng trong một tế bào. Nhiệm vụ toàn cầu nhất là cho phép luân chuyển các protein có trong tế bào.

Đó là, loại bỏ các protein cũ và cho phép thay thế chúng bằng các protein mới. Các protein mới được tổng hợp de novo trên ribosome trong quá trình dịch mã.

Đặc biệt, vai trò quan trọng nhất của metalloproteinase là điều chỉnh hành vi của tế bào. Điều này đạt được nhờ nhóm protease cụ thể này bằng cách kiểm soát sự hiện diện và thời gian có mặt của chất điều hòa phiên mã, chất trung gian đáp ứng, thụ thể, protein màng cấu trúc và các bào quan bên trong, v.v.

Tùy thuộc vào phương thức phân hủy của chúng, protease, bao gồm cả metalloproteinase, được phân loại thành endoprotease (metalloendoprotease) hoặc exoprotease (metalloexoproteases).

Trước đây phân hủy protein từ một đầu của protein (tức là amino hoặc carboxyl). Mặt khác, endoproteases cắt bên trong protein với một độ đặc hiệu nhất định.

Đặc điểm chung của metalloproteinase

Metalloproteinase có lẽ là nhóm protease đa dạng nhất trong số sáu loại tồn tại. Protein được phân loại theo cơ chế xúc tác của chúng. Các nhóm này là protease của cysteine, serine, threonine, axit aspartic, axit glutamic và các metalloproteinase.

Tất cả các metalloproteinase đều yêu cầu một nguyên tử kim loại để thực hiện quá trình cắt xúc tác của chúng. Các kim loại có trong metalloproteinase chủ yếu bao gồm kẽm, nhưng các metalloproteinase khác sử dụng coban.

Để thực hiện chức năng của nó, nguyên tử kim loại phải được phối hợp phức tạp với protein. Điều này được thực hiện thông qua bốn điểm tiếp xúc.

Ba trong số chúng sử dụng một trong các axit amin tích điện histidine, lysine, arginine, glutamate hoặc aspartate. Điểm phối trí thứ tư được tạo ra bởi một phân tử nước.

Phân loại

Liên minh Hóa sinh và Sinh học Phân tử Quốc tế đã thiết lập một hệ thống phân loại cho các enzym. Trong hệ thống này, các enzym được xác định bằng các chữ cái EC và một hệ thống mã hóa gồm bốn số.

Số đầu tiên xác định các enzym theo cơ chế hoạt động của chúng, và chia chúng thành sáu lớp lớn. Số thứ hai phân tách chúng theo chất nền mà chúng hoạt động. Hai số còn lại thực hiện các phép chia cụ thể hơn.

Vì metalloproteinase xúc tác phản ứng thủy phân, chúng được xác định bằng số EC4, theo hệ thống phân loại này. Ngoài ra, chúng thuộc phân lớp 4, chứa tất cả các hydrolase hoạt động trên liên kết peptit.

Metalloproteinase, giống như phần còn lại của các proteinase, có thể được phân loại tùy theo vị trí của chuỗi polypeptide mà chúng tấn công.

-Metaloproteinases exopeptidases

Chúng hoạt động trên các liên kết peptit của các axit amin đầu cuối của chuỗi polypeptit. Tất cả các metalloproteinaza có hai ion kim loại xúc tác và một số có một ion kim loại duy nhất đều được đưa vào đây.

-Metaloproteinases endopeptidases

Chúng hoạt động trên bất kỳ liên kết peptit nào trong chuỗi polypeptit dẫn đến hai phân tử polypeptit có trọng lượng phân tử thấp hơn.

Nhiều metalloproteinase với một ion kim loại xúc tác duy nhất hoạt động theo cách này. Điều này bao gồm metalloproteinase nền và protein ADAM.

Matrix Metalloproteinase (MMP)

Chúng là những enzym có khả năng hoạt động xúc tác trên một số thành phần của chất nền ngoại bào. Chất nền ngoại bào là tập hợp tất cả các chất và vật liệu là một phần của mô và được tìm thấy ở bên ngoài tế bào.

Chúng là một nhóm lớn các enzym hiện diện trong các quá trình sinh lý, và tham gia vào sự thay đổi hình thái và chức năng của nhiều mô.

Ví dụ như ở cơ xương, chúng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành, tu sửa và tái tạo mô cơ. Chúng cũng hoạt động trên nhiều loại collagens khác nhau có trong chất nền ngoại bào.

Ảnh ghép (MMP-1, MMP-8, MMP-13, MMP-18)

Các enzym thủy phân hoạt động trên collagen loại I, II và III được tìm thấy giữa các tế bào. Sản phẩm của quá trình dị hóa các chất này là collagen hoặc gelatin biến tính.

Ở động vật có xương sống, enzym này được sản xuất bởi các tế bào khác nhau, chẳng hạn như nguyên bào sợi và đại thực bào, cũng như bởi các tế bào biểu mô. Chúng cũng có thể tác động lên các phân tử khác của chất nền ngoại bào.

Gelatinase (MMP-2, MMP-9)

Chúng giúp trong quá trình dị hóa các collagens loại I, II và III. Chúng cũng hoạt động trên collagen hoặc gelatin biến tính thu được sau tác động của các collagenase.

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

Chúng hoạt động trên collagens loại IV và các phân tử khác của chất nền ngoại bào liên kết với collagen. Hoạt động của nó trên gelatin bị hạn chế.

Stromalisin Cấu trúc của ma trận MMP3 metalloproteinase. Lấy và chỉnh sửa từ Emw, từ Wikimedia Commons.

Matrilisins (MMP-7, MMP-26)

Đây là một phần của màng đáy. Chúng tham gia vào các hoạt động phân giải protein của các metalloproteinaza khác trong chất nền.

Neprilysin

Neprilysin là một metalloproteinase nền có kẽm là ion xúc tác. Nó chịu trách nhiệm thủy phân các peptit ở phần cặn kỵ nước ở đầu amino.

Enzyme này được tìm thấy trong nhiều cơ quan, bao gồm thận, não, phổi, cơ trơn mạch máu, cũng như trong tế bào nội mô, tim, máu, tế bào mỡ và nguyên bào sợi.

Neprilysin rất cần thiết cho quá trình thoái hóa trao đổi chất của các peptit hoạt tính. Một số peptit này hoạt động như thuốc giãn mạch, nhưng một số peptit khác có tác dụng co mạch.

Sự ức chế neprisilin, cùng với sự ức chế thụ thể angiotensin, đã trở thành một liệu pháp thay thế rất hứa hẹn trong điều trị bệnh nhân suy tim.

Metalloproteinase ma trận khác

Có một số metalloproteinase không thuộc bất kỳ loại nào ở trên. Một ví dụ về chúng, chúng tôi có MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 và MMP-28.

-ADAM Protein

ADAMs (tên tiếng Anh là Disintegrin And Metalloprotease) là một nhóm các metalloproteinase, được gọi là metalloproteases - disgrins.

Chúng bao gồm các enzym cắt hoặc loại bỏ các phần của protein bị màng tế bào loại trừ khỏi tế bào.

Một số ADAM, đặc biệt là ở người, thiếu vùng protease chức năng. Các chức năng chính của nó bao gồm hoạt động trên quá trình sinh tinh và hợp nhất tinh trùng-noãn. Chúng là thành phần quan trọng tạo nên nọc độc của nhiều loài rắn.

Các chức năng và thay đổi khác

Biến đổi protein

Metalloproteinase có thể tham gia vào quá trình biến đổi (trưởng thành) của một số protein trong quá trình sau dịch mã.

Điều này có thể xảy ra đồng thời với hoặc sau quá trình tổng hợp protein đích hoặc tại vị trí cuối cùng nơi nó cư trú để thực hiện chức năng của nó. Điều này thường đạt được với sự phân cắt một số lượng hạn chế gốc axit amin khỏi phân tử đích.

Trong các phản ứng phân cắt rộng rãi hơn, các protein đích có thể bị phân hủy hoàn toàn.

Ảnh hưởng sức khỏe

Bất kỳ thay đổi nào trong hoạt động của metalloproteinase đều có thể gây ra những tác dụng không mong muốn đối với sức khỏe con người. Ngoài ra, một số quá trình bệnh lý khác về một mặt nào đó có sự tham gia của nhóm enzym quan trọng này.

Ví dụ, ma trận metalloproteinase 2 đóng một vai trò quan trọng trong sự xâm lấn, tiến triển và di căn của ung thư, bao gồm cả ung thư nội mạc tử cung. Trong các trường hợp khác, sự thay đổi cân bằng nội môi MME có liên quan đến viêm khớp, viêm và một số loại ung thư.

Cuối cùng, metalloproteinase thực hiện các chức năng khác trong tự nhiên không liên quan trực tiếp đến sinh lý của cá nhân tạo ra chúng. Ví dụ, đối với một số loài động vật, việc tạo ra chất độc rất quan trọng trong phương thức sinh tồn của chúng.

Trên thực tế, nọc độc của nhiều loài rắn chứa một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hoạt tính sinh học. Trong số đó có một số metalloproteinase gây chảy máu, tổn thương mô, phù nề, hoại tử, cùng các tác dụng khác ở nạn nhân.

Bệnh lý liên quan

Có thể xác định rằng các enzym của họ MMP tham gia vào sự phát triển của các bệnh khác nhau; bệnh ngoài da, rối loạn chức năng mạch máu, xơ gan, khí phế thũng phổi, thiếu máu cục bộ não, viêm khớp, viêm nha chu và di căn ung thư, trong số những bệnh khác.

Người ta tin rằng rất nhiều dạng có thể xuất hiện trong các metalloproteinase nền có thể tạo điều kiện cho sự thay đổi các cơ chế điều hòa di truyền khác nhau, do đó dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc di truyền.

Để ức chế sự phát triển của các bệnh lý liên quan đến MMP, các chất ức chế khác nhau của metallopreinase, cả tự nhiên và nhân tạo, đã được sử dụng.

Các chất ức chế tự nhiên đã được phân lập từ nhiều sinh vật biển, bao gồm cá, động vật thân mềm, tảo và vi khuẩn. Về phần chúng, các chất ức chế tổng hợp thường chứa một nhóm chelat liên kết và làm bất hoạt ion kim loại xúc tác. Tuy nhiên, kết quả thu được với những liệu pháp này vẫn chưa được kết luận.

Sử dụng trị liệu

Matrix metalloproteinase có một số công dụng chữa bệnh. Chúng được sử dụng để điều trị bỏng, cũng như các loại loét khác nhau. Chúng cũng đã được sử dụng để loại bỏ mô sẹo và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tái tạo trong cấy ghép nội tạng.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Sinh học phân tử của tế bào, Ấn bản ^{lần thứ} 6 . Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Vương quốc Anh.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinase và chữa lành vết thương. Những tiến bộ trong Chăm sóc vết thương, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Vai trò sinh học của chất nền metalloproteinase: sự cân bằng quan trọng. Tạp chí Hô hấp Châu Âu, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA protease: người bảo vệ chức năng ti thể và cân bằng nội môi. Ô, 7: 163. doi: 10.3390 / cells7100163.
5. Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Vipers of the Middle East: một nguồn phong phú các phân tử hoạt tính sinh học. Các phân tử.