METALOPROTEINASE: KARAKTERISTIK, FUNGSI DAN TIPE - BIOLOGI - 2025

The metaloproteinase atau metalloproteases adalah enzim-enzim yang mendegradasi protein dan membutuhkan kehadiran atom logam memiliki aktivitas. Lengan pelaksana dari semua aktivitas yang dilakukan oleh sel adalah enzim.

Meskipun banyak protein memainkan peran struktural, sejumlah besar, jika tidak sebagian besar, menunjukkan beberapa aktivitas katalitik. Sekelompok enzim ini bertanggung jawab untuk mendegradasi protein lain.

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

Secara kolektif, enzim ini disebut proteinase atau protease. Kelompok protease yang membutuhkan atom logam untuk aktif disebut metaloproteinase.

fitur

Protease, secara umum, memenuhi sekelompok tugas penting dan banyak di dalam sel. Tugas paling global dari semuanya adalah memungkinkan pergantian protein yang ada di dalam sel.

Artinya, hilangkan protein lama, dan biarkan penggantinya dengan protein baru. Protein baru disintesis de novo pada ribosom selama proses penerjemahan.

Peran metaloproteinase yang paling penting, khususnya, adalah mengatur perilaku sel. Hal ini dicapai oleh kelompok protease khusus ini dengan mengontrol keberadaan dan waktu keberadaan regulator transkripsi, mediator respons, reseptor, protein membran struktural dan organel internal, dll.

Tergantung pada mode degradasinya, protease, termasuk metaloproteinase, diklasifikasikan menjadi endoprotease (metaloendoprotease) atau eksoprotease (metaloeksoprotease).

Yang pertama mendegradasi protein dari salah satu ujung protein (yaitu amino atau karboksil). Endoprotease, di sisi lain, memotong di dalam protein dengan kekhususan tertentu.

Karakteristik umum metaloproteinase

Metaloproteinase mungkin adalah kelompok protease yang paling beragam dari enam yang ada. Protease diklasifikasikan menurut mekanisme katalitiknya. Kelompok-kelompok ini adalah protease dari sistein, serin, treonin, asam aspartat, asam glutamat dan metaloproteinase.

Semua metaloproteinase membutuhkan atom logam untuk melakukan pemotongan katalitiknya. Logam yang ada dalam metaloproteinase terutama termasuk seng, tetapi metaloproteinase lainnya menggunakan kobalt.

Untuk menjalankan fungsinya, atom logam harus dikomplekskan secara terkoordinasi dengan protein. Ini dilakukan melalui empat titik kontak.

Tiga di antaranya menggunakan salah satu asam amino bermuatan histidin, lisin, arginin, glutamat, atau aspartat. Titik koordinasi keempat dibuat oleh molekul air.

Klasifikasi

Persatuan Internasional Biokimia dan Biologi Molekuler telah menetapkan sistem klasifikasi untuk enzim. Dalam sistem ini, enzim diidentifikasi dengan huruf EC dan sistem pengkodean empat angka.

Angka pertama mengidentifikasi enzim menurut mekanisme kerjanya, dan membaginya menjadi enam kelas besar. Angka kedua memisahkannya sesuai dengan media tempat mereka bekerja. Dua nomor lainnya melakukan pembagian yang lebih spesifik.

Karena metaloproteinase mengkatalisis reaksi hidrolisis, mereka diidentifikasi dengan nomor EC4, menurut sistem klasifikasi ini. Selain itu, mereka termasuk dalam subclass 4, yang menampung semua hidrolase yang bekerja pada ikatan peptida.

Metaloproteinase, seperti proteinase lainnya, dapat diklasifikasikan menurut tempat rantai polipeptida yang mereka serang.

-Metaloproteinases exopeptidases

Mereka bekerja pada ikatan peptida dari asam amino terminal dari rantai polipeptida. Semua metaloproteinase yang memiliki dua ion logam katalitik dan beberapa dengan ion logam tunggal disertakan di sini.

-Metaloproteinase endopeptidase

Mereka bekerja pada setiap ikatan peptida dalam rantai polipeptida yang menghasilkan dua molekul polipeptida dengan berat molekul lebih rendah.

Banyak metaloproteinase dengan ion logam katalitik tunggal bekerja dengan cara ini. Ini termasuk metaloproteinase matriks dan protein ADAM.

Matriks Metalloproteinase (MMP)

Mereka adalah enzim yang mampu bertindak secara katalitik pada beberapa komponen matriks ekstraseluler. Matriks ekstraseluler adalah himpunan semua zat dan bahan yang merupakan bagian dari jaringan dan yang ditemukan di luar sel.

Mereka adalah sekelompok besar enzim yang hadir dalam proses fisiologis, dan berpartisipasi dalam perubahan morfologis dan fungsional banyak jaringan.

Pada otot rangka, misalnya, mereka memainkan peran yang sangat penting dalam pembentukan, perombakan dan regenerasi jaringan otot. Mereka juga bekerja pada berbagai jenis kolagen yang ada dalam matriks ekstraseluler.

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

Enzim hidrolitik yang bekerja pada kolagen tipe I, II dan III ditemukan di antara sel. Produk dari katabolisme zat ini diperoleh kolagen atau gelatin yang didenaturasi.

Pada vertebrata, enzim ini diproduksi oleh sel yang berbeda, seperti fibroblas dan makrofag, serta oleh sel epitel. Mereka juga dapat bekerja pada molekul lain dari matriks ekstraseluler.

Gelatinase (MMP-2, MMP-9)

Mereka membantu dalam proses katabolisme kolagen tipe I, II dan III. Mereka juga bekerja pada kolagen atau gelatin yang didenaturasi yang diperoleh setelah aksi kolagenase.

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

Mereka bekerja pada kolagen tipe IV dan molekul lain dari matriks ekstraseluler yang terkait dengan kolagen. Aktivitasnya pada gelatin dibatasi.

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

Matrilisins (MMP-7, MMP-26)

Ini adalah bagian dari membran basal. Mereka berpartisipasi dalam aktivitas proteolitik dari metaloproteinase lain dalam matriks.

Neprilysin

Neprilysin adalah matriks metaloproteinase yang memiliki zinc sebagai ion katalis. Ini bertanggung jawab untuk menghidrolisis peptida pada residu hidrofobik terminal-amino.

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

Neprilysin penting untuk degradasi metabolik peptida vasoaktif. Beberapa dari peptida ini bertindak sebagai vasodilator, tetapi yang lain memiliki efek vasokonstriktor.

Penghambatan neprisilin, bersamaan dengan penghambatan reseptor angiotensin, telah menjadi terapi alternatif yang sangat menjanjikan dalam pengobatan pasien gagal jantung.

Metaloproteinase matriks lainnya

Ada beberapa metaloproteinase yang tidak termasuk dalam kategori di atas. Contoh dari mereka kami memiliki MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 dan MMP-28.

Protein -ADAM

ADAMs (A Disintegrin And Metalloprotease) adalah sekelompok metaloproteinase, yang dikenal sebagai metaloprotease - disintegrins.

Ini termasuk enzim yang memotong atau menghilangkan bagian protein yang dikeluarkan dari sel oleh membran sel.

Beberapa ADAM, terutama pada manusia, tidak memiliki domain protease fungsional. Fungsi utamanya termasuk bekerja pada spermatogenesis dan fusi sperma-ovum. Mereka adalah komponen penting dari racun banyak ular.

Fungsi dan perubahan lainnya

Modifikasi protein

Metaloproteinase dapat berpartisipasi dalam modifikasi (pematangan) beberapa protein dalam proses pasca-translasi.

Hal ini dapat terjadi bersamaan dengan, atau setelah, sintesis protein target atau di tempat akhir di mana ia berada untuk menjalankan fungsinya. Ini umumnya dicapai dengan pemecahan sejumlah kecil residu asam amino dari molekul target.

Dalam reaksi pembelahan yang lebih ekstensif, protein target dapat terdegradasi sepenuhnya.

Efek kesehatan

Setiap perubahan dalam fungsi metaloproteinase dapat memiliki efek yang tidak diinginkan pada kesehatan manusia. Selain itu, beberapa proses patologis lain melibatkan partisipasi kelompok enzim yang penting ini.

Matriks metaloproteinase 2, misalnya, memainkan peran penting dalam invasi, perkembangan, dan metastasis kanker, termasuk kanker endometrium. Dalam kasus lain, perubahan homeostasis MME telah dikaitkan dengan artritis, peradangan, dan beberapa jenis kanker.

Akhirnya, metaloproteinase memenuhi fungsi lain di alam yang tidak terkait langsung dengan fisiologi individu yang memproduksinya. Untuk beberapa hewan, misalnya, produksi racun penting dalam cara bertahan hidup mereka.

Faktanya, bisa ular banyak mengandung campuran senyawa bioaktif yang kompleks. Diantaranya adalah beberapa metaloproteinase yang menyebabkan perdarahan, kerusakan jaringan, edema, nekrosis, dan efek lainnya pada korban.

Patologi terkait

Dimungkinkan untuk menentukan bahwa enzim dari keluarga MMP berpartisipasi dalam perkembangan berbagai penyakit; penyakit kulit, disfungsi vaskular, sirosis, emfisema paru, iskemia serebral, artritis, periodontitis, dan metastasis kanker.

Dipercaya bahwa berbagai macam bentuk yang dapat terjadi dalam metaloproteinase matriks dapat mendukung perubahan berbagai mekanisme regulasi genetik, sehingga mengarah pada perubahan profil genetik.

Untuk menghambat perkembangan patologi yang terkait dengan MMP, berbagai inhibitor metalopreinase, baik alami maupun buatan, telah digunakan.

Penghambat alami telah diisolasi dari banyak organisme laut, termasuk ikan, moluska, alga, dan bakteri. Inhibitor sintetis, pada bagiannya, umumnya mengandung gugus pengkelat yang mengikat dan menonaktifkan ion logam katalitik. Hasil yang diperoleh dengan terapi ini, bagaimanapun, belum meyakinkan.

Penggunaan terapeutik

Metaloproteinase matriks memiliki beberapa kegunaan terapeutik. Mereka digunakan untuk mengobati luka bakar, serta berbagai jenis bisul. Mereka juga telah digunakan untuk menghilangkan jaringan parut dan untuk memfasilitasi proses regenerasi dalam transplantasi organ.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Biologi Molekuler dari Cell, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Inggris Raya.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinase dan penyembuhan luka. Kemajuan dalam Perawatan Luka, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Peran biologis metaloproteinase matriks: keseimbangan kritis. Jurnal Pernapasan Eropa, 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) Ular berbisa dari Timur Tengah: sumber yang kaya molekul bioaktif. Molekul.