metaloproteinase atau metalloproteases adalah enzim-enzim yang mendegradasi protein dan membutuhkan kehadiran atom logam memiliki aktivitas. Lengan pelaksana semua aktivitas yang dilakukan oleh sel adalah enzim.
Meskipun banyak protein memainkan peran struktural, sejumlah besar, jika bukan sebagian besar, menunjukkan beberapa aktivitas katalitik. Sekelompok enzim ini bertanggung jawab untuk mendegradasi protein lain.
Struktur metaloprotein MMP2. Diambil dan diedit dari Emw [CC BY-SA 3.0 atau GFDL], dari Wikimedia Commons.
Secara kolektif enzim ini disebut proteinase atau protease. Kelompok protease yang membutuhkan atom logam untuk aktif disebut metalloproteinase.
Indeks artikel
Fitur
Protease, secara umum, memenuhi kelompok tugas yang penting dan banyak dalam sel. Tugas paling global dari semuanya adalah memungkinkan pergantian protein yang ada dalam sel.
Dengan kata lain, hilangkan protein lama dan biarkan mereka digantikan oleh protein baru. Protein baru disintesis de novo pada ribosom selama proses translasi.
Peran paling penting dari metaloproteinase, khususnya, adalah untuk mengatur perilaku sel. Ini dicapai oleh kelompok protease khusus ini dengan mengendalikan keberadaan dan waktu keberadaan regulator transkripsi, mediator respons, reseptor, protein membran struktural dan organel internal, dll.
Tergantung pada cara degradasinya, protease, termasuk metalloproteinase, diklasifikasikan menjadi endoprotease (metalloendoprotease) atau eksoprotease (metalloexoprotease).
Yang pertama mendegradasi protein dari salah satu ujung protein (yaitu, amino atau karboksil). Endoprotease, di sisi lain, memotong bagian dalam protein dengan kekhususan tertentu.
Karakteristik umum metaloproteinase
Metalloproteinase mungkin merupakan kelompok protease yang paling beragam dari enam yang ada. Protease diklasifikasikan menurut mekanisme katalitiknya. Kelompok-kelompok ini adalah sistein, serin, treonin, asam aspartat, asam glutamat, dan protease metaloproteinase.
Semua metaloproteinase membutuhkan atom logam untuk melakukan pembelahan katalitiknya. Logam yang ada dalam metaloproteinase terutama mencakup seng, tetapi metaloproteinase lain 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 memisahkan mereka sesuai dengan substrat tempat mereka bertindak. Dua angka lainnya melakukan pembagian yang lebih spesifik.
Karena metalloproteinase mengkatalisis reaksi hidrolisis, mereka diidentifikasi dengan nomor EC4, menurut sistem klasifikasi ini. Selain itu, mereka termasuk dalam subkelas 4, yang menampung semua hidrolase yang bekerja pada ikatan peptida.
Metalloproteinase, seperti proteinase lainnya, dapat diklasifikasikan menurut tempat rantai polipeptida yang menyerang.
-Metaloproteinase eksopeptidase
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 ikatan peptida apa pun 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 matriks metaloproteinase dan protein ADAM.
Matrix Metalloproteinase (MMP)
Mereka adalah enzim yang mampu bertindak secara katalitik pada beberapa komponen matriks ekstraseluler. Matriks ekstraseluler adalah kumpulan semua zat dan bahan yang merupakan bagian dari jaringan dan ditemukan di bagian 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, recaraling 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-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 terdenaturasi atau gelatin yang diperoleh setelah aksi kolagenase.
Stromalysin (MMP-3, MMP-10, MMP-11)
Mereka bekerja pada kolagen tipe IV dan pada molekul lain dari matriks ekstraseluler yang terkait dengan kolagen. Aktivitasnya pada gelatin terbatas.
Stromalin Struktur matriks metaloproteinase MMP3. Diambil dan diedit dari Emw [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) atau GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], dari Wikimedia Commons.
Matrilisin (MMP-7, MMP-26).
Mereka adalah metaloproteinase yang secara struktural lebih sederhana daripada yang lain. Mereka terkait dengan sel-sel epitel tumor.
Metaloprotease terkait membran (MT-MMP)
Ini adalah bagian dari membran basal. Mereka berpartisipasi dalam aktivitas proteolitik dari matriks metaloproteinase lainnya.
Neprilysin
Neprilysin adalah matriks metaloproteinase yang memiliki seng 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 sel endotel, jantung, darah, adiposa, dan fibroblas.
Neprilysin sangat penting untuk degradasi metabolik peptida vasoaktif. Beberapa peptida ini bertindak sebagai vasodilator, tetapi yang lain memiliki efek vasokonstriksi.
Penghambatan neprisilin, dalam hubungannya dengan penghambatan reseptor angiotensin, telah menjadi terapi alternatif yang sangat menjanjikan dalam pengobatan pasien dengan gagal jantung.
Metaloproteinase matriks lainnya
Ada beberapa metaloproteinase yang tidak termasuk dalam kategori di atas. Contohnya kita punya MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 dan MMP-28.
-ADAM Protein
ADAMs (A Disintegrin And Metalloprotease) adalah sekelompok metaloproteinase, yang dikenal sebagai metalloprotease – disintegrin.
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 bertindak pada spermatogenesis dan fusi sperma-telur. Mereka adalah komponen penting dari racun banyak ular.
Fungsi dan perubahan lainnya
Modifikasi protein
Metalloproteinase dapat berpartisipasi dalam modifikasi (pematangan) beberapa protein dalam proses pasca-translasi.
Hal ini dapat terjadi bersamaan dengan, atau setelah, sintesis protein target atau di situs terakhir di mana ia berada untuk menjalankan fungsinya. Hal ini umumnya dicapai dengan pembelahan sejumlah residu asam amino dari molekul target.
Dalam reaksi pembelahan yang lebih luas, protein target dapat terdegradasi sepenuhnya.
Efek kesehatan
Setiap perubahan dalam fungsi metaloproteinase dapat memiliki efek yang tidak diinginkan pada kesehatan manusia. Sebagai pelengkap, beberapa proses patologis lainnya melibatkan partisipasi kelompok enzim yang penting ini.
Matrix metalloproteinase 2, misalnya, memainkan peran penting dalam invasi, perkembangan dan metastasis kanker, termasuk kanker endometrium. Dalam kasus lain, perubahan homeostasis MME telah dikaitkan dengan radang sendi, peradangan, dan beberapa jenis kanker.
Akhirnya, metalloproteinase memenuhi fungsi lain di alam yang tidak terkait langsung dengan fisiologi individu yang memproduksinya. Untuk beberapa hewan, misalnya, produksi racun penting dalam cara mereka bertahan hidup.
Faktanya, racun banyak ular mengandung campuran senyawa bioaktif yang kompleks. Diantaranya adalah beberapa metaloproteinase yang menyebabkan perdarahan, kerusakan jaringan, edema, nekrosis, antara lain efek 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, radang sendi, periodontitis dan metastasis kanker, antara lain.
Diyakini bahwa variasi besar bentuk yang dapat terjadi pada matriks metaloproteinase dapat mendukung perubahan beberapa 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.
Inhibitor alami telah diisolasi dari berbagai organisme laut, termasuk ikan, moluska, alga, dan bakteri. Inhibitor sintetis, di sisi lain, umumnya mengandung gugus pengkelat yang mengikat dan menonaktifkan ion logam katalitik. Hasil yang diperoleh dengan terapi ini, bagaimanapun, belum konklusif.
Kegunaan terapeutik
Matrix metalloproteinase 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
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. Walters, P. (2014) Biologi Molekuler Sel, Edisi ke- 6 . Ilmu Garland, Taylor & Francis Group. Abingdon-on-Thames, Inggris Raya.
- Caley, MP, Martins, VLC, O’Toole, EA (2015) Metalloproteinase dan penyembuhan luka. Kemajuan dalam Perawatan Luka, 4: 225-234.
- Löffek, S., Schilling, O., Franzke, C.-W. (2011) peran biologis matriks metaloproteinase: keseimbangan kritis. Jurnal Pernafasan Eropa, 38: 191-208.
- Opalińska, M., Jańska, H. (2018) AAA protease: penjaga fungsi mitokondria dan homeostasis. Sel, 7:163. doi: 10.3390 / sel7100163.
- Rima, M., Alavi-Naini, SM, Karam, M., Sadek, R., Sabatier, J.-M., Fajloun, Z. (2018) Ular berbisa dari Timur Tengah: sumber molekul bioaktif yang kaya. Molekul.
