金属蛋白酶：特征，功能和类型 - 生物学 - 2024

所述金属蛋白酶或金属蛋白酶是酶降解蛋白质和需要的金属原子的存在下具有活性。细胞进行的所有活动的执行臂是酶。

尽管许多蛋白质起着结构性作用，但即使不是大多数，许多蛋白质也具有一定的催化活性。这些酶中的一组负责降解其他蛋白质。

金属蛋白MMP2的结构。摘自Wikimedia Commons的Emw。

这些酶统称为蛋白酶或蛋白酶。需要金属原子有活性的一组蛋白酶称为金属蛋白酶。

特征

通常，蛋白酶在细胞中完成重要且众多的任务。最重要的任务是允许细胞中存在的蛋白质更新。

也就是说，消除旧蛋白质，并允许它们被新蛋白质替代。在翻译过程中，新蛋白质从核糖体重新合成。

金属蛋白酶最重要的作用尤其是调节细胞的行为。这是通过控制转录调节因子，反应介质，受体，结构膜蛋白和内部细胞器等的存在和存在的时间而通过这一特定组的蛋白酶实现的。

根据它们的降解方式，包括金属蛋白酶在内的蛋白酶可分为内切蛋白酶（金属内切蛋白酶）或外切蛋白酶（金属外切蛋白酶）。

前者从蛋白质的一端（即氨基或羧基）降解蛋白质。另一方面，内切蛋白酶以一定的特异性切入蛋白质内部。

金属蛋白酶的一般特征

金属蛋白酶可能是存在的六种蛋白酶中最多样化的一组。蛋白酶根据其催化机理进行分类。这些基团是半胱氨酸，丝氨酸，苏氨酸，天冬氨酸，谷氨酸和金属蛋白酶的蛋白酶。

所有的金属蛋白酶都需要一个金属原子来进行催化切割。存在于金属蛋白酶中的金属主要包括锌，但其他金属蛋白酶使用钴。

为了执行其功能，金属原子必须与蛋白质配位络合。这是通过四个接触点完成的。

其中三个使用带电荷的氨基酸之一，组氨酸，赖氨酸，精氨酸，谷氨酸或天冬氨酸。第四配位点是由水分子产生的。

分类

国际生物化学与分子生物学联合会已经建立了酶的分类系统。在该系统中，酶由字母EC和四个数字的编码系统标识。

第一个数字根据酶的作用机理鉴定酶，并将其分为六大类。第二个数字根据它们作用在其上的基材将它们分开。其他两个数字甚至执行更具体的除法。

由于金属蛋白酶催化水解反应，因此根据此分类系统，其编号为EC4。此外，它们属于亚类4，其中包含所有作用于肽键的水解酶。

与其他蛋白酶一样，金属蛋白酶可以根据它们攻击的多肽链的位置进行分类。

-金属蛋白酶外肽酶

它们作用于多肽链末端氨基酸的肽键上。此处包含所有具有两个催化金属离子，有些具有单个金属离子的金属蛋白酶。

-金属蛋白酶内肽酶

它们作用于多肽链内的任何肽键，产生两个较低分子量的多肽分子。

具有单个催化金属离子的许多金属蛋白酶都以这种方式起作用。这包括基质金属蛋白酶和ADAM蛋白。

基质金属蛋白酶（MMP）

它们是能够催化作用于细胞外基质某些成分的酶。细胞外基质是在细胞外部发现的属于组织一部分的所有物质和材料的集合。

它们是生理过程中存在的一大类酶，并参与许多组织的形态和功能改变。

例如，在骨骼肌中，它们在肌肉组织的形成，重塑和再生中起着非常重要的作用。它们还作用于细胞外基质中存在的各种类型的胶原蛋白。

胶原蛋白（MMP-1，MMP-8，MMP-13，MMP-18）

作用于细胞之间的I型，II型和III型胶原的水解酶。这些物质的分解代谢产物是变性的胶原蛋白或明胶。

在脊椎动物中，这种酶是由不同的细胞（如成纤维细胞和巨噬细胞）以及上皮细胞产生的。它们还可以作用于细胞外基质的其他分子。

明胶酶（MMP-2，MMP-9）

它们有助于I，II和III型胶原蛋白的分解代谢过程。它们还作用于在胶原酶作用后获得的变性胶原或明胶。

溶基质素（MMP-3，MMP-10，MMP-11）

它们作用于IV型胶原蛋白以及与胶原蛋白相关的细胞外基质的其他分子。它对明胶的活性是有限的。

基质蛋白 MMP3基质金属蛋白酶的结构。摘自Wikimedia Commons的Emw。

基质胶（MMP-7，MMP-26）

这些是基底膜的一部分。它们参与基质中其他金属蛋白酶的蛋白水解活性。

脑啡肽酶

脑啡肽酶是一种以锌为催化剂离子的基质金属蛋白酶。它负责水解氨基末端疏水残基处的肽。

该酶存在于许多器官中，包括肾脏，脑，肺，血管平滑肌以及内皮，心脏，血液，脂肪细胞和成纤维细胞。

脑啡肽酶对于血管活性肽的代谢降解至关重要。这些肽中的一些充当血管扩张剂，但其他一些具有血管收缩作用。

抑制neprisilin结合抑制血管紧张素受体，已成为治疗心力衰竭患者的一种非常有前途的替代疗法。

其他基质金属蛋白酶

有些金属蛋白酶不属于上述任何类别。其中一个例子是MMP-12；MMP-9；MMP-20；MMP-22；MMP-23和MMP-28。

-ADAM蛋白

ADAM（一种名为Disintegrin和Metalloprotease的英文名称）是一组金属蛋白酶，称为金属蛋白酶-Disintegrins。

这些包括剪切或去除被细胞膜从细胞中排除的蛋白质部分的酶。

一些ADAM，特别是在人类中，缺乏功能性蛋白酶结构域。它的主要功能包括作用于精子发生和精子-卵子融合。它们是许多蛇毒的重要组成部分。

其他功能和变更

蛋白质修饰

金属蛋白酶可以参与翻译后过程中某些蛋白质的修饰（成熟）。

这可以与靶蛋白的合成同时或之后发生，或在其发挥作用的最终位点处发生。通常这是通过从靶分子上切割有限数量的氨基酸残基来实现的。

在更广泛的裂解反应中，靶蛋白可以被完全降解。

对健康的影响

金属蛋白酶功能的任何改变都可能对人体健康产生不良影响。另外，一些其他病理过程以某种方式涉及该重要酶的参与。

例如，基质金属蛋白酶2在包括子宫内膜癌在内的癌症侵袭，进展和转移中起着重要作用。在其他情况下，MME动态平衡的改变与关节炎，炎症和某些类型的癌症有关。

最后，金属蛋白酶履行自然界中与产生它们的个体的生理没有直接关系的其他功能。例如，对于某些动物，毒物的产生对于它们的生存方式很重要。

实际上，许多蛇的毒液中都含有生物活性化合物的复杂混合物。其中有几种金属蛋白酶会导致出血，组织损伤，水肿，坏死，以及其他对受害者的影响。

相关病理

有可能确定MMP家族的酶参与了各种疾病的发展。皮肤疾病，血管功能障碍，肝硬化，肺气肿，脑缺血，关节炎，牙周炎和癌症转移等。

据信，基质金属蛋白酶中可能出现的多种形式可能有利于遗传调控的各种机制的改变，从而导致遗传概况的改变。

为了抑制与MMP有关的病理学的发展，已经使用了天然和人工的多种金属葡聚糖酶抑制剂。

天然抑制剂已从众多海洋生物中分离出来，包括鱼类，软体动物，藻类和细菌。就其本身而言，合成抑制剂通常包含结合并灭活催化金属离子的螯合基团。然而，通过这些疗法获得的结果尚无定论。

治疗用途

基质金属蛋白酶具有几种治疗用途。它们用于治疗烧伤以及各种类型的溃疡。它们也已用于去除疤痕组织并促进器官移植中的再生过程。

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