خصائص البروتينات المعدنية والوظائف والأنواع

ال metalloproteinases أو metalloproteases هي إنزيمات تعمل على تحطيم البروتينات وتتطلب وجود ذرة معدنية للقيام بنشاط. إن ذراع التنفيذ لجميع الأنشطة التي تقوم بها الخلية هي الإنزيمات.

على الرغم من أن العديد من البروتينات تلعب دورًا هيكليًا ، إلا أن عددًا كبيرًا آخر ، إن لم يكن معظمه ، يظهر بعض النشاط الحفاز. مجموعة من هذه الإنزيمات هي المسؤولة عن تحطيم البروتينات الأخرى.

مجتمعة تسمى هذه الإنزيمات البروتينات أو البروتياز. مجموعة البروتياز التي تتطلب ذرة معدنية لتكون نشطة تسمى metalloproteinases.

مؤشر

• 1 وظائف
• 2 الخصائص العامة للبروتينات المعدنية
• 3 التصنيف
  • 3.1-ميتالوبروتيناز إكسوبيبتيداس
  • 3.2-ميتالوبروتيناز endopeptidasas
• 4 وظائف أخرى والتعديلات
  • 4.1 تعديل البروتينات
  • 4.2 الآثار على الصحة
• 5 الأمراض المرتبطة
• 6 الاستخدامات العلاجية
• 7 المراجع

وظائف

تؤدي البروتياز ، بشكل عام ، مجموعة مهمة وعديدة من المهام في الخلية. تتمثل المهمة الأكثر شيوعًا على الإطلاق في السماح باستبدال البروتينات الموجودة في الخلية.

وهذا هو ، القضاء على البروتينات القديمة ، والسماح لاستبدالها بالبروتينات الجديدة. يتم تصنيع البروتينات الجديدة دي نوفو على الريبوسومات أثناء عملية الترجمة.

أهم دور للبروتينات المعدنية ، على وجه الخصوص ، هو تنظيم سلوك الخلية. يتم تحقيق ذلك من خلال هذه المجموعة الخاصة من البروتياز التي تتحكم في وجود ووقت وجود منظمات النسخ ، وسطاء الاستجابة ، والمستقبلات ، والبروتينات الهيكلية للأغشية والعضيات الداخلية ، إلخ..

اعتمادًا على طريقة تدهورها ، تصنف البروتياز ، بما في ذلك البروتينات المعدنية ، إلى داخل البروتينات (metalloendoproteases) أو البروتينات الخارجية (البروتينات المعدنية)..

تتحلل البروتينات السابقة من أحد طرفي البروتين (أي الأمينية أو الكربوكسيل). من ناحية أخرى ، تقوم الجراحات الداخلية بإجراء جروح داخل البروتين بخصوصية معينة.

الخصائص العامة لل metalloproteinases

ربما تعد البروتينات المعدنية أكثر مجموعة متنوعة من البروتياز في الستة الموجودة. يتم تصنيف البروتياز وفقًا لآلية التحفيز الخاصة بهم. هذه المجموعات هي البروتياز من السيستين ، سيرين ، ثريونين ، حمض الأسبارتيك ، حمض الجلوتاميك والبروتينات المعدنية.

جميع البروتينات المعدنية تتطلب ذرة معدنية لتكون قادرة على تنفيذ قطع الحفاز. المعادن الموجودة في البروتينات المعدنية تشمل الزنك بشكل رئيسي ، ولكن البروتينات المعدنية الأخرى تستخدم الكوبالت.

من أجل القيام بوظيفتها ، يجب تنسيق ذرة المعدن بطريقة منسقة مع البروتين. يتم ذلك من خلال أربع نقاط اتصال.

ثلاثة منهم يستخدمون بعض الأحماض الأمينية المحملة بالهيستيدين أو الليسين أو الأرجينين أو الغلوتامات أو الأسبارتات. تتكون نقطة التنسيق الرابعة بواسطة جزيء الماء.

تصنيف

أنشأ الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية نظامًا لتصنيف الإنزيمات. في هذا النظام ، يتم تحديد الإنزيمات بالأحرف EC ونظام مشفر مكون من أربعة أرقام.

يحدد الرقم الأول الإنزيمات وفقًا لآلية عملها ، ويقسمها إلى ستة فصول كبيرة. الرقم الثاني يفصل بينهما وفقا للركيزة التي تعمل بها. يجعل الرقمان الآخران الانقسامات أكثر تحديدًا.

نظرًا لأن البروتينات المعدنية تحفز تفاعلات التحلل المائي ، يتم تحديدها برقم EC4 ، وفقًا لنظام التصنيف هذا. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تنتمي إلى الفئة الفرعية 4 ، التي تضم جميع hydrolases التي تعمل على الروابط الببتيد.

يمكن تصنيف البروتينات المعدنية ، مثل بقية البروتينات ، وفقًا لمكان سلسلة الببتيد التي تهاجم.

-Exopeptidase metalloproteinases

إنها تعمل على روابط الببتيد للأحماض الأمينية الطرفية لسلسلة الببتيد. هنا يتم تضمين جميع البروتينات المعدنية التي تحتوي على اثنين من أيونات المعادن الحفزية وبعضها مع أيون معدن واحد.

-البروتينات metalloproteinases الإندوببتيداز

أنها تعمل على أي رابطة الببتيد داخل سلسلة البولي ببتيد مما أدى إلى جزيئين من ببتيدات منخفضة الوزن الجزيئي.

يعمل الكثير من البروتينات المعدنية مع أيون معدني حفاز واحد بهذه الطريقة. هنا هي مصفوفة البروتينات المعدنية والبروتينات ADAM

مصفوفة البروتينات المعدنية (MMP)

إنها إنزيمات قادرة على التصرف الحفاز على بعض مكونات المصفوفة خارج الخلية. المصفوفة خارج الخلية هي مجموعة من جميع المواد والمواد التي تشكل جزءًا من نسيج وتقع في خارج الخلايا.

إنها مجموعة متعددة من الإنزيمات الموجودة في العمليات الفسيولوجية ، وتشارك في التغيرات المورفولوجية والوظيفية للعديد من الأنسجة.

في عضلات الهيكل العظمي ، على سبيل المثال ، يلعبون دورًا مهمًا للغاية في تكوين الأنسجة العضلية وإعادة تشكيلها وتجديدها. كما أنها تعمل على أنواع مختلفة من الكولاجين الموجودة في المصفوفة خارج الخلية.

كولاجيناز (MMP-1 ، MMP-8 ، MMP-13 ، MMP-18)

إنزيمات التحلل المائي التي تعمل على النوع الأول والثاني والثالث من الكولاجين الموجود بين الخلايا. يتم الحصول على المنتج من هدم هذه المواد المشوهة الكولاجين أو الجيلاتين.

في الفقاريات ، يتم إنتاج هذا الإنزيم بواسطة خلايا مختلفة ، مثل الخلايا الليفية والبلاعم ، وكذلك الخلايا الظهارية. يمكنهم أيضًا العمل على جزيئات أخرى من المصفوفة خارج الخلية.

جيلاتيناز (MMP-2، MMP-9)

أنها تسهم في عملية هدم من النوع الأول والثاني والثالث الكولاجين. كما أنها تعمل على الكولاجين التشويه أو الجيلاتين التي تم الحصول عليها بعد عمل الكولاجيناز.

إستروماليسين (MMP-3 ، MMP-10 ، MMP-11)

وهي تعمل على الكولاجين من النوع الرابع وعلى جزيئات أخرى من المصفوفة خارج الخلية المرتبطة بالكولاجين. نشاطها على الجيلاتين محدود.

Matrilysins (MMP-7 ، MMP-26).

هم metalloproteinasas أبسط هيكليا من البقية. إنها مرتبطة بالخلايا الظهارية للورم.

الأغشية المعدنية المرتبطة بالأغشية (MT-MMP)

هذه جزء من الأغشية القاعدية. يشاركون في أنشطة التحلل للبروتينات المصفوفة الأخرى.

neprilysin

النيبيليزين عبارة عن ميتالوبروتيناز مصفوفة يحتوي على الزنك كعامل محفز. وهي مسؤولة عن التحلل المائي للببتيدات في بقايا مسعور الأمينية.

يوجد هذا الإنزيم في العديد من الأعضاء ، بما في ذلك الكلى والدماغ والرئة والعضلات الملساء الوعائية ، وكذلك الخلايا البطانية والقلبية والدم والخلايا الدهنية والأورام الليفية..

النيبيلين ضروري لتدهور التمثيل الغذائي للببتيد فعال في الأوعية. بعض هذه الببتيدات تعمل بمثابة موسعات للأوعية الدموية ، لكن البعض الآخر له آثار تضيق الأوعية.

أصبح تثبيط النيبريسيلين ، إلى جانب تثبيط مستقبلات أنجيوتنسين ، علاجًا بديلاً واعداً للغاية في علاج المرضى الذين يعانون من قصور القلب..

المصفوفات metalloproteinases الأخرى

هناك بعض البروتينات المعدنية التي لا تندرج في أي من الفئات السابقة. مثال على ذلك لدينا MMP-12 ؛ MMP-9؛ MMP-20؛ MMP-22؛ MMP-23 و MMP-28.

-بروتينات آدم

ADAM (A Disintegrin and Metalloprotease ، باسمها باللغة الإنجليزية) هي مجموعة من البروتينات المعدنية ، والمعروفة باسم metalloproteases - disintegrins.

وتشمل هذه الإنزيمات التي تقطع أو تقضي على أجزاء من البروتينات المستبعدة من الخلية بواسطة غشاء هذه الخلية..

بعض ADAM ، وخاصة في البشر ، تفتقر إلى مجال البروتياز الوظيفية. من بين وظائفها الرئيسية تعمل على تكوين الحيوانات المنوية والانصهار البويضة. هم عنصر مهم من سم العديد من الثعابين.

وظائف والتعديلات الأخرى

تعديل البروتين

يمكن أن تشارك البروتينات المعدنية في تعديل (نضوج) بعض البروتينات في عمليات ما بعد التحويلية.

قد يحدث هذا بالتزامن مع أو بعد تخليق البروتين المستهدف أو في الموقع النهائي حيث يتواجد لأداء وظيفته. يتم تحقيق ذلك عادة من خلال انشقاق عدد محدود من بقايا الأحماض الأمينية للجزيء المستهدف.

في تفاعلات الانقسام الأكثر شمولاً ، يمكن أن تتحلل البروتينات البيضاء تمامًا.

الآثار على الصحة

أي تغيير في عمل البروتينات المعدنية يمكن أن يكون له آثار غير مرغوب فيها على صحة الإنسان. بالإضافة إلى ذلك ، تنطوي بعض العمليات المرضية الأخرى بطريقة ما على مشاركة هذه المجموعة المهمة من الإنزيمات.

يلعب Matrix metalloproteinase 2 ، على سبيل المثال ، دورًا مهمًا في غزو السرطان وتطوره ورم خبيث ، بما في ذلك سرطان بطانة الرحم. في حالات أخرى ، يرتبط تغيير التوازن في MMEs بالتهاب المفاصل والتهاب وبعض أنواع السرطان.

أخيرًا ، تؤدي البروتينات المعدنية وظائفًا أخرى في الطبيعة لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا بفيزيولوجيا الفرد الذي ينتجها. بالنسبة لبعض الحيوانات ، على سبيل المثال ، يكون إنتاج السموم مهمًا في طريقة بقائها.

في الواقع ، سم العديد من الثعابين يحتوي على مزيج معقد من المركبات النشطة بيولوجيا. من بينها العديد من البروتينات المعدنية التي تسبب النزيف ، تلف الأنسجة ، وذمة ، نخر ، من بين الآثار الأخرى في الضحية.

الأمراض المرتبطة

تم تحديد أن أنزيمات عائلة MMP تشارك في تطور الأمراض المختلفة ؛ الأمراض الجلدية ، اختلالات الأوعية الدموية ، تليف الكبد ، انتفاخ الرئة ، نقص تروية الدماغ ، التهاب المفاصل ، التهاب اللثة والسرطان..

من المعتقد أن التنوع الكبير للأشكال التي يمكن أن تحدث في المصفوفات المعدنية يمكن أن يغير تغيير عدة آليات للتنظيم الجيني ، مما يؤدي في هذا الطريق إلى تغيير في المظهر الجيني.

لمنع تطور الأمراض المرتبطة مثبطات MMP أنها استخدمت في مختلف metalopreinasas، سواء كانت طبيعية أو اصطناعية.

تم عزلها مثبطات طبيعية من العديد من الكائنات البحرية، بما في ذلك الأسماك والمحار والطحالب والبكتيريا. مثبطات الاصطناعية، وفي الوقت نفسه، عموما تحتوي على مجموعة مخلبية التي تربط لويثبط نشاط أيون الفلز الحفاز. النتائج المتحصل عليها مع هذه العلاجات، ومع ذلك، فقد كانت غير حاسمة.

الاستخدامات العلاجية

ومصفوفة metalloproteinases يكون لها استخدامات عدة العلاجية. وهي تستخدم لعلاج الحروق وأنواع مختلفة من القرحة. كما أنها استخدمت لإزالة ندبا وتسهيل عملية تجديد في زراعة الأعضاء.

مراجع

1. Alberts، B.، Johnson، A.، Lewis، J.، Raff، M.، Roberts، K.، Walters، P. (2014) البيولوجيا الجزيئية للخلية ، 6^عشر طبعة. جارلاند ساينس ، تايلور وفرانسيس جروب. Abingdon-on-Thames ، المملكة المتحدة.
2. Caley، M. P.، Martins، V.L.C، O'Toole، E.A (2015) Metalloproteinases and healing healing. التقدم في العناية بالجروح ، 4: 225-234.
3. Löffek، S.، Schilling، O.، Franzke، C.-W. (2011) الدور البيولوجي لمصفوفة ميتالوبروتينات: توازن حرج. المجلة التنفسية الأوروبية ، 38: 191-208.
4. Opalińska، M.، Jańska، H. (2018) AAA proteases: الأوصياء على وظيفة الميتوكوندريا والتوازن. خلايا ، 7: 163. Doi: 10.3390 / cells7100163.
5. ريما، M.، علوي-النائيني، S. M.، كرم، M.، صادق، R.، ساباتتيه، J.-M.، Fajloun، Z. (2018) الأفاعي في الشرق الأوسط: مصدر غني من الجزيئات النشطة بيولوجيا. جزيئات.