METALOPROTEINASAS: CARACTERÍSTIQUES, FUNCIONS I TIPUS - BIOLOGIA - 2025

Les metaloproteinasas o metal·loproteases són enzims que degraden proteïnes i que requereixen de la presència d'un àtom metàl·lic per tenir activitat. El braç executor de totes les activitats que porta a terme una cèl·lula són els enzims.

Encara que moltes proteïnes compleixen un paper estructural, un altre gran nombre, si no la majoria, presenten alguna activitat catalítica. Un grup d'aquests enzims s'encarreguen de degradar a altres proteïnes.

Estructura de la metaloproteína MMP2. Presa i editada de EMW, from Wikimedia Commons.

Col·lectivament aquests enzims es diuen proteïnases o proteases. A el grup de proteases que requereixen d'un àtom metàl·lic per a ser actives s'anomenen metaloproteinasas.

funcions

Les proteases, en general, compleixen un important i nombrós grup de tasques en una cèl·lula. La tasca més global de totes és permetre el recanvi de les proteïnes presents en una cèl·lula.

És a dir, eliminar les proteïnes velles, i permetre la seva substitució per proteïnes noves. Les proteïnes noves són sintetitzades de novo en els ribosomes durant el procés de traducció.

El paper més important de les metal·loproteïnases, en particular, és el de regular el comportament de la cèl·lula. Això ho aconsegueix aquest particular grup de proteases controlant la presència i temps de presència de reguladors transcripcionals, mediadors de resposta, receptors, proteïnes estructurals de membrana i orgànuls interns, etc.

Depenent de la seva manera de degradació, les proteases, incloent les metal·loproteïnases, es classifiquen en endoproteasas (metaloendoproteasas) o exoproteasas (metaloexoproteasas).

Les primeres degraden a les proteïnes a partir d'un dels extrems de la proteïna (és a dir, amino o carboxil). Les endoproteasas, per contra, realitzen talls a l'interior de la proteïna amb una determinada especificitat.

Característiques generals de les metal·loproteïnases

Les metaloproteinasas constitueixen potser el grup de proteases més divers dels sis que existeixen. Les proteases es classifiquen d'acord al seu mecanisme catalític. Aquests grups són les proteases de cisteïna, serina, treonina, àcid aspàrtic, àcid glutàmic i les metal·loproteïnases.

Totes les metal·loproteïnases requereixen d'un àtom metàl·lic per poder executar la seva cort catalític. Els metalls presents en les metal·loproteïnases inclouen majoritàriament a l'zinc, però altres metaloproteinasas fan servir cobalt.

Per poder dur a terme la seva funció, l'àtom metàl·lic ha de ser acomplexat coordinadament a la proteïna. Això es realitza a través de quatre punts de contacte.

Tres d'ells fan servir algun dels aminoàcids amb càrrega histidina, lisina, arginina, glutamat o aspartat. El quart punt de coordinació el realitza una molècula d'aigua.

classificació

La Unió Internacional de Bioquímica i Biologia Molecular ha establert un sistema de classificació dels enzims. En aquest sistema s'identifica els enzims per les lletres EC i un sistema codificat de quatre nombres.

El primer número identifica als enzims segons el seu mecanisme d'acció, i les divideix en sis grans classes. El segon número les separa segons el substrat sobre el qual actuen. Els altres dos nombres realitzen divisions encara més específiques.

A causa de que les metal·loproteïnases catalitzen reaccions d'hidròlisi, estan identificades amb el número EC4, segons aquest sistema de classificació. Addicionalment, pertanyen a la subclasse 4, que allotja a totes les hidrolases que actuen sobre enllaços peptídics.

Les metaloproteinasas, com la resta de les proteïnases, poden ser classificades d'acord a el lloc de la cadena polipeptídica que atac.

-Metaloproteinasas exopeptidasas

Actuen sobre els enllaços peptídics dels aminoàcids terminals de la cadena polipèptida. Aquí estan incloses totes les metal·loproteïnases que posseeixen dos ions metàl·lics catalítics i algunes amb un sol ió metàl·lic.

-Metaloproteinasas endopeptidasas

Actuen sobre qualsevol enllaç peptídic a l'interior de la cadena polipèptida donant com a resultat dues molècules de polipèptids de menor pes molecular.

Moltes de les metal·loproteïnases amb un sol ió metàl·lic catalític actuen d'aquesta manera. Aquí s'inclouen les metal·loproteïnases de la matriu i les proteïnes ADAM

Metaloproteinases de la Matriu (MMP)

Són enzims capaços d'actuar catalíticament sobre alguns components de la matriu extracel·lular. La matriu extracel·lular és el conjunt de totes les substàncies i materials que formen part d'un teixit i que es troben a la part exterior de les cèl·lules.

Són un grup nombrós d'enzims presents en els processos fisiològics, i participen en alteracions morfològiques i funcionals de molts teixits.

A la musculatura esquelètica, per exemple, juguen un paper molt important en la formació, remodelació i regeneració de el teixit muscular. També actuen sobre els diversos tipus de col·làgens presents en la matriu extracel·lular.

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

Enzims hidrolítics que actuen sobre el col·lagen de tipus I, II i III que es troba entre les cèl·lules. Producte de l'catabolisme d'aquestes substàncies s'obté col·lagen desnaturalitzat o gelatina.

En vertebrats, aquest enzim és produïda per diferents cèl·lules, com són fibroblasts i macròfags, així com per cèl·lules epitelials. També poden actuar sobre altres molècules de la matriu extracel·lular.

Gelatinases (MMP-2, MMP-9)

Coadjuven en el procés de catabolisme de col·làgens tipus I, II i III. També actuen sobre el col·lagen desnaturalitzat o gelatina obtingut després de l'acció de les colagenasas.

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

Actuen sobre col·làgens de tipus IV i sobre altres molècules de la matriu extracel·lular associades amb el col·lagen. La seva activitat sobre la gelatina és limitada.

Estromalisina. Estructura de la metaloproteinasa de la matriu MMP3. Presa i editada de EMW, from Wikimedia Commons.

Matrilisinas (MMP-7, MMP-26)

Aquestes formen part de les membranes basals. Participen en les activitats proteolítics d'altres metal·loproteïnases de la matriu.

Neprilisina

La neprilisina, és una metaloproteinasa de la matriu que posseeix zinc com ió catalitzador. S'encarrega d'hidrolitzar els pèptids en el residu hidrofòbic amino-terminal.

Aquest enzim es troba en nombrosos òrgans, entre ells el ronyó, cervell, pulmó, el múscul llis vascular, així com en cèl·lules endotelials, cardíaques, sanguínies, adiposes i en fibroblasts.

La neprilisina és fonamental per degradació metabòlica de pèptids vasoactius. Alguns d'aquests pèptids actuen com vasodilatadors, però altres tenen efectes vasoconstrictors.

La inhibició de la neprisilina, en conjunt amb la inhibició de l'receptor de l'angiotensina s'ha convertit en una teràpia alternativa molt promissòria en el tractament de pacients que presenten falles cardíaques.

Altres metaloproteinases de la matriu

Hi ha algunes metaloproteinasas que no entren en cap de les categories anteriors. Exemple d'elles tenim els MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 i MMP-28.

-proteïnes ADAM

Les ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease, pel seu nom en anglès) són un grup de metaloproteinasas, conegudes com metal·loproteases - desintegrines.

Entre elles s'inclouen enzims que tallen o eliminen porcions de proteïnes que queden excloses de la cèl·lula per la membrana d'aquesta.

Algunes ADAM, especialment en humans, no tenen un domini de proteasa funcional. Entre les seves funcions principals estan actuar en l'espermatogènesi i en la fusió esperma - òvul. Són un component important de l'verí de moltes serps.

Altres funcions i alteracions

Modificació de proteïnes

Les metaloproteinasas poden participar en la modificació (maduració) d'algunes proteïnes en processos post-traduccionals.

Això pot ocórrer concomitant amb, o posterior a, la síntesi de la proteïna blanc o al lloc final on resideix la mateixa per exercir la seva funció. Això generalment s'aconsegueix amb el clivatge d'un limitat nombre de residus d'aminoàcids de la molècula blanc.

En reaccions de clivatge més extenses, les proteïnes blanc poden ser degradades completament.

Efectes en la salut

Qualsevol alteració en el funcionament de les metal·loproteïnases pot tenir efectes indesitjats en la salut de l'ésser humà. Complementàriament, alguns altres processos patològics involucren d'alguna manera la participació d'aquest important grup d'enzims.

La metaloproteinasa de matriu 2, per exemple, compleix en paper important en la invasió per càncer, la seva progressió i metàstasi, incloent el càncer d'endometri. En altres casos, l'alteració de l'homeòstasi de les MMEs s'ha relacionat amb artritis, inflamació i alguns tipus de càncer.

Finalment, les metal·loproteïnases compleixen altres funcions en la naturalesa no relacionades directament amb la fisiologia de l'individu que les produeix. Per a alguns animals, per exemple, la producció de verins és important en la seva manera de supervivència.

De fet, el verí de moltes serps conté una complexa barreja de compostos bioactius. Entre ells es troben diverses metaloproteinasas que ocasionen en la víctima sagnat, dany tissular, edema, necrosi, entre d'altres efectes.

patologies associades

S'ha aconseguit determinar que els enzims de la família de les MMP participen en el desenvolupament de diverses malalties; malalties de la pell, disfuncions vasculars, cirrosi, emfisema pulmonar, isquèmia cerebral, artritis, periodontitis i metàstasi de el càncer, entre d'altres.

Es creu que la gran varietat de formes que es poden presentar en les metal·loproteïnases de matriu pot afavorir l'alteració de diversos mecanismes de regulació genètica, conduint d'aquesta manera a un canvi en el perfil genètic.

Per inhibir el desenvolupament de patologies associades a MMP han estat emprats diferents inhibidors de les metalopreinasas, tant naturals com artificials.

Els inhibidors naturals han estat aïllats de nombrosos organismes marins, inclosos peixos, mol·luscs, algues i bacteris. Els inhibidors sintètics, per la seva banda, generalment contenen un grup quelant que s'uneix i inactiva a l'ió metàl·lic catalític. Els resultats obtinguts amb aquestes teràpies, però, no han estat concloents.

usos terapèutics

Les metal·loproteïnases de la matriu posseeixen diversos usos terapèutics. Són usades per a tractar cremades, així com diversos tipus d'úlceres. També han estat utilitzades per eliminar teixits de cicatrius i per facilitar el procés de regeneració en trasplantaments d'òrgans.

referències

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walters, P. (2014) Molecular biology of the cell, 6 ^th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, United Kingdom.
2. Caley, MP, Martins, VLC, O'Toole, EA (2015) Metalloproteinases and wound healing. Advances in Wound Care, 4: 225-234.
3. Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) Biological rol dels matrix metalloproteinases: a critical balanç. European Respiratory Journal, 38: 191-208.
4. Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA proteases: guardians of mitochondrial function and homeòstasi. Cells, 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: a rich source of Bioactive molecules. Molecules.