Das Metalloproteinasen oder Metalloproteasen sind Enzyme, die Proteine abbauen und die die Anwesenheit eines Metallatoms erfordern, um Aktivität zu haben. Der ausführende Arm aller von einer Zelle ausgeführten Aktivitäten sind Enzyme.
Obwohl viele Proteine eine strukturelle Rolle spielen, hat eine große Anzahl, wenn nicht die meisten, eine gewisse katalytische Aktivität. Eine Gruppe dieser Enzyme ist für den Abbau anderer Proteine verantwortlich.
Zusammen werden diese Enzyme Proteinasen oder Proteasen genannt. Die Gruppe von Proteasen, für deren Aktivität ein Metallatom erforderlich ist, wird als Metalloproteinasen bezeichnet.
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Proteasen erfüllen im Allgemeinen eine wichtige und zahlreiche Gruppe von Aufgaben in einer Zelle. Die globalste Aufgabe von allen ist es, den Umsatz von Proteinen zu ermöglichen, die in einer Zelle vorhanden sind.
Das heißt, alte Proteine eliminieren und deren Ersatz durch neue Proteine ermöglichen. Neue Proteine werden synthetisiert de novo auf Ribosomen während des Translationsprozesses.
Die wichtigste Rolle von Metalloproteinasen ist insbesondere die Regulierung des Zellverhaltens. Dies wird durch diese spezielle Gruppe von Proteasen erreicht, indem das Vorhandensein und die Zeit des Vorhandenseins von Transkriptionsregulatoren, Antwortmediatoren, Rezeptoren, Strukturmembranproteinen und inneren Organellen usw. gesteuert werden..
Proteasen, einschließlich Metalloproteinasen, werden je nach Abbauart in Endoproteasen (Metalloendoproteasen) oder Exoproteasen (Metalloexoproteasen) eingeteilt..
Ersteres baut Proteine von einem Ende des Proteins (dh Amino oder Carboxyl) ab. Endoproteasen machen dagegen Schnitte innerhalb des Proteins mit einer bestimmten Spezifität.
Metalloproteinasen sind möglicherweise die vielfältigste Gruppe von Proteasen der sechs existierenden. Proteasen werden nach ihrem katalytischen Mechanismus klassifiziert. Diese Gruppen sind die Proteasen von Cystein, Serin, Threonin, Asparaginsäure, Glutaminsäure und den Metalloproteinasen..
Alle Metalloproteinasen benötigen ein Metallatom, um ihre katalytische Spaltung durchzuführen. Die in Metalloproteinasen vorhandenen Metalle umfassen hauptsächlich Zink, aber andere Metalloproteinasen verwenden Kobalt.
Um seine Funktion zu erfüllen, muss das Metallatom koordiniert mit dem Protein komplexiert werden. Dies erfolgt über vier Kontaktpunkte.
Drei von ihnen verwenden eine der geladenen Aminosäuren Histidin, Lysin, Arginin, Glutamat oder Aspartat. Der vierte Koordinationspunkt wird von einem Wassermolekül gebildet.
Die Internationale Union für Biochemie und Molekularbiologie hat ein Klassifizierungssystem für Enzyme eingerichtet. In diesem System werden die Enzyme durch die Buchstaben EC und ein kodifiziertes System von vier Zahlen identifiziert.
Die erste Zahl identifiziert Enzyme nach ihrem Wirkungsmechanismus und unterteilt sie in sechs große Klassen. Die zweite Zahl trennt sie nach dem Substrat, auf das sie einwirken. Die beiden anderen Zahlen führen noch spezifischere Unterteilungen durch.
Da Metalloproteinasen Hydrolysereaktionen katalysieren, werden sie gemäß diesem Klassifizierungssystem mit der Nummer EC4 identifiziert. Zusätzlich gehören sie zur Unterklasse 4, in der alle Hydrolasen untergebracht sind, die auf Peptidbindungen wirken..
Metalloproteinasen können wie die übrigen Proteinasen nach dem Ort der Polypeptidkette klassifiziert werden, die angreift.
Sie wirken auf die Peptidbindungen der terminalen Aminosäuren der Polypeptidkette. Alle Metalloproteinasen mit zwei katalytischen Metallionen und einige mit einem einzigen Metallion sind hier enthalten..
Sie wirken auf jede Peptidbindung innerhalb der Polypeptidkette, was zu zwei Polypeptidmolekülen mit niedrigerem Molekulargewicht führt..
Viele der Metalloproteinasen mit einem einzigen katalytischen Metallion wirken auf diese Weise. Dies schließt Matrixmetalloproteinasen und ADAM-Proteine ein.
Sie sind Enzyme, die in der Lage sind, auf einige Komponenten der extrazellulären Matrix katalytisch zu wirken. Die extrazelluläre Matrix ist die Menge aller Substanzen und Materialien, die Teil eines Gewebes sind und sich außerhalb der Zellen befinden.
Sie sind eine große Gruppe von Enzymen, die in physiologischen Prozessen vorhanden sind und an morphologischen und funktionellen Veränderungen vieler Gewebe beteiligt sind..
In Skelettmuskeln spielen sie beispielsweise eine sehr wichtige Rolle bei der Bildung, dem Umbau und der Regeneration von Muskelgewebe. Sie wirken auch auf die verschiedenen Arten von Kollagenen, die in der extrazellulären Matrix vorhanden sind.
Hydrolytische Enzyme, die auf Kollagen Typ I, II und III wirken, das zwischen Zellen gefunden wird. Produkt des Katabolismus dieser Substanzen wird denaturiertes Kollagen oder Gelatine erhalten.
Bei Wirbeltieren wird dieses Enzym von verschiedenen Zellen wie Fibroblasten und Makrophagen sowie von Epithelzellen produziert. Sie können auch auf andere Moleküle der extrazellulären Matrix einwirken.
Sie helfen beim Katabolismus von Kollagenen des Typs I, II und III. Sie wirken auch auf denaturiertes Kollagen oder Gelatine, die nach der Wirkung von Kollagenasen erhalten werden..
Sie wirken auf Kollagene vom Typ IV und auf andere mit Kollagen assoziierte extrazelluläre Matrixmoleküle. Seine Aktivität auf Gelatine ist begrenzt.
Sie sind strukturell einfachere Metalloproteinasen als die anderen. Sie sind mit Tumorepithelzellen verwandt.
Diese sind Teil der Basalmembranen. Sie sind an den proteolytischen Aktivitäten anderer Matrixmetalloproteinasen beteiligt.
Neprilysin ist eine Matrix-Metalloproteinase, die Zink als Katalysatorion enthält. Es ist für die Hydrolyse der Peptide am aminoterminalen hydrophoben Rest verantwortlich.
Dieses Enzym kommt in zahlreichen Organen vor, darunter in Niere, Gehirn, Lunge, glatten Gefäßmuskeln sowie in Endothel-, Herz-, Blut-, Fett- und Fibroblastenzellen..
Neprilysin ist essentiell für den metabolischen Abbau von vasoaktiven Peptiden. Einige dieser Peptide wirken als Vasodilatatoren, andere haben vasokonstriktive Wirkungen..
Die Neprisilin-Hemmung ist in Verbindung mit der Angiotensin-Rezeptor-Hemmung eine vielversprechende alternative Therapie bei der Behandlung von Patienten mit Herzinsuffizienz geworden.
Es gibt einige Metalloproteinasen, die in keine der oben genannten Kategorien fallen. Ein Beispiel dafür haben wir den MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 und MMP-28.
ADAMs (A Disintegrin And Metalloprotease) sind eine Gruppe von Metalloproteinasen, die als Metalloproteasen - Desintegrine - bekannt sind..
Dazu gehören Enzyme, die Teile von Proteinen schneiden oder entfernen, die von der Zellmembran aus der Zelle ausgeschlossen werden..
Einige ADAMs, insbesondere beim Menschen, haben keine funktionelle Protease-Domäne. Seine Hauptfunktionen umfassen die Wirkung auf die Spermatogenese und die Spermien-Ei-Fusion. Sie sind ein wichtiger Bestandteil des Giftes vieler Schlangen.
Metalloproteinasen können an der Modifikation (Reifung) einiger Proteine in posttranslationalen Prozessen beteiligt sein.
Dies kann gleichzeitig mit oder nach der Synthese des Zielproteins oder an der endgültigen Stelle auftreten, an der es sich befindet, um seine Funktion auszuüben. Dies wird im Allgemeinen durch die Abspaltung einer begrenzten Anzahl von Aminosäureresten vom Zielmolekül erreicht..
Bei umfangreicheren Spaltungsreaktionen können die Zielproteine vollständig abgebaut werden.
Jede Veränderung der Funktion von Metalloproteinasen kann unerwünschte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Einige andere pathologische Prozesse beinhalten in gewisser Weise die Beteiligung dieser wichtigen Gruppe von Enzymen.
Beispielsweise spielt die Matrix-Metalloproteinase 2 eine wichtige Rolle bei der Invasion, Progression und Metastasierung von Krebs, einschließlich Endometriumkrebs. In anderen Fällen wurde eine Veränderung der MME-Homöostase mit Arthritis, Entzündungen und einigen Arten von Krebs in Verbindung gebracht.
Schließlich erfüllen Metalloproteinasen andere Funktionen in der Natur, die nicht direkt mit der Physiologie des Individuums zusammenhängen, das sie produziert. Für einige Tiere ist beispielsweise die Produktion von Giften wichtig für ihre Überlebensart..
Tatsächlich enthält das Gift vieler Schlangen eine komplexe Mischung bioaktiver Verbindungen. Darunter befinden sich mehrere Metalloproteinasen, die unter anderem Blutungen, Gewebeschäden, Ödeme und Nekrosen beim Opfer verursachen..
Es konnte festgestellt werden, dass die Enzyme der MMP-Familie an der Entwicklung verschiedener Krankheiten beteiligt sind; Hautkrankheiten, Gefäßstörungen, Zirrhose, Lungenemphysem, zerebrale Ischämie, Arthritis, Parodontitis und Krebsmetastasen.
Es wird angenommen, dass die große Vielfalt von Formen, die in Matrixmetalloproteinasen auftreten können, die Veränderung mehrerer Mechanismen der genetischen Regulation begünstigen kann, was zu einer Veränderung des genetischen Profils führt.
Um die Entwicklung von Pathologien zu hemmen, die mit MMP assoziiert sind, wurden verschiedene Inhibitoren von natürlichen und künstlichen Metallopreinasen verwendet..
Natürliche Inhibitoren wurden aus zahlreichen Meeresorganismen isoliert, darunter Fische, Weichtiere, Algen und Bakterien. Synthetische Inhibitoren enthalten andererseits im Allgemeinen eine Chelatgruppe, die das katalytische Metallion bindet und inaktiviert. Die mit diesen Therapien erzielten Ergebnisse waren jedoch nicht schlüssig.
Matrix-Metalloproteinasen haben mehrere therapeutische Anwendungen. Sie werden zur Behandlung von Verbrennungen sowie verschiedenen Arten von Geschwüren eingesetzt. Sie wurden auch verwendet, um Narbengewebe zu entfernen und den Regenerationsprozess bei Organtransplantationen zu erleichtern..
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