البروتينات المعدنية: الخصائص والوظائف والأنواع - مادة الاحياء - 2025

و metalloproteinases أو metalloproteases هي الانزيمات التي البروتينات تتحلل وتتطلب وجود ذرة المعدن أن يكون النشاط. الذراع التنفيذي لجميع الأنشطة التي تقوم بها الخلية هي الإنزيمات.

على الرغم من أن العديد من البروتينات تلعب دورًا هيكليًا ، فإن عددًا كبيرًا ، إن لم يكن معظمها ، يُظهر بعض النشاط التحفيزي. مجموعة من هذه الإنزيمات مسؤولة عن تحطيم البروتينات الأخرى.

هيكل البروتين المعدني MMP2. مأخوذة وتحرير من Emw ، من ويكيميديا ​​كومنز.

مجتمعة تسمى هذه الإنزيمات بروتينات أو بروتياز. تسمى مجموعة البروتياز التي تتطلب نشاط ذرة معدنية بالبروتينات المعدنية.

المميزات

يؤدي البروتياز ، بشكل عام ، إلى مجموعة مهمة ومتعددة من المهام في الخلية. المهمة الأكثر عالمية هي السماح بدوران البروتينات الموجودة في الخلية.

أي التخلص من البروتينات القديمة والسماح باستبدالها ببروتينات جديدة. يتم تصنيع بروتينات جديدة على الريبوسومات أثناء عملية الترجمة.

إن أهم دور للبروتينات المعدنية ، على وجه الخصوص ، هو تنظيم سلوك الخلية. يتم تحقيق ذلك من خلال هذه المجموعة الخاصة من البروتياز من خلال التحكم في وجود ووقت وجود منظمات النسخ ، ووسطاء الاستجابة ، والمستقبلات ، وبروتينات الغشاء الهيكلي والعضيات الداخلية ، إلخ.

اعتمادًا على طريقة تحللها ، يتم تصنيف البروتياز ، بما في ذلك البروتينات المعدنية ، إلى بروتينات داخلية (metalloendoproteases) أو exoproteases (metalloexoproteases).

تتحلل البروتينات السابقة من أحد طرفي البروتين (أي أمينو أو كربوكسيل). من ناحية أخرى ، تقطع Endoproteases داخل البروتين بخصوصية معينة.

الخصائص العامة للبروتينات المعدنية

ربما تكون البروتينات المعدنية هي المجموعة الأكثر تنوعًا من البروتياز الستة الموجودة. يتم تصنيف البروتياز وفقًا لآليتها التحفيزية. هذه المجموعات هي بروتياز السيستين ، والسيرين ، والثريونين ، وحمض الأسبارتيك ، وحمض الجلوتاميك ، والبروتينات المعدنية.

تتطلب جميع البروتينات المعدنية ذرة معدنية لأداء القطع الحفزي. تشتمل المعادن الموجودة في البروتينات المعدنية بشكل أساسي على الزنك ، لكن البروتينات المعدنية الأخرى تستخدم الكوبالت.

من أجل القيام بوظيفتها ، يجب أن تكون ذرة المعدن معقدة بشكل متناسق مع البروتين. يتم ذلك من خلال أربع نقاط اتصال.

ثلاثة منهم يستخدمون أحد الأحماض الأمينية المشحونة هيستيدين أو ليسين أو أرجينين أو جلوتامات أو أسبارتات. يتم إجراء نقطة التنسيق الرابعة بواسطة جزيء الماء.

تصنيف

أنشأ الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية نظام تصنيف للإنزيمات. في هذا النظام ، يتم التعرف على الإنزيمات بالحرفين EC ونظام تشفير من أربعة أرقام.

يحدد الرقم الأول الإنزيمات وفقًا لآلية عملها ، ويقسمها إلى ست فئات كبيرة. الرقم الثاني يفصلهم حسب الركيزة التي يعملون عليها. يؤدي الرقمان الآخران إلى تقسيمات 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 روابط الببتيد.

يمكن تصنيف البروتينات المعدنية ، مثل بقية البروتينات ، وفقًا لمكان سلسلة البولي ببتيد التي تهاجمها.

- البروتينات المعدنية exopeptidases

تعمل على روابط الببتيد للأحماض الأمينية الطرفية لسلسلة البولي ببتيد. يتم تضمين جميع البروتينات المعدنية التي تحتوي على أيوني فلز محفز وبعضها يحتوي على أيون معدني واحد.

- إنزيمات البروتينات المعدنية

إنها تعمل على أي رابطة ببتيدية داخل سلسلة عديد الببتيد مما ينتج عنه جزيئين منخفضي الوزن الجزيئي متعدد الببتيد.

تعمل العديد من البروتينات المعدنية التي تحتوي على أيون معدني حفزي واحد بهذه الطريقة. ويشمل ذلك البروتينات المعدنية المصفوفة وبروتينات ADAM.

مصفوفة البروتينات المعدنية (MMP)

إنها إنزيمات قادرة على العمل بشكل تحفيزي على بعض مكونات المصفوفة خارج الخلية. المصفوفة خارج الخلية هي مجموعة جميع المواد والمواد التي تشكل جزءًا من نسيج والتي توجد على السطح الخارجي للخلايا.

هم مجموعة كبيرة 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 وإعادة تشكيل وتجديد الأنسجة العضلية. كما أنها تعمل على أنواع مختلفة من الكولاجين الموجودة في المصفوفة خارج الخلية.

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

إنزيمات التحلل المائي التي تعمل على الكولاجين من النوع الأول والثاني والثالث الموجود بين الخلايا. يتم الحصول على منتج تقويض هذه المواد من الكولاجين أو الجيلاتين المشوه.

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

الجيلاتيناز (MMP-2 ، MMP-9)

أنها تساعد في عملية هدم الكولاجين من النوع الأول والثاني والثالث. كما أنها تعمل على تغيير طبيعة الكولاجين أو الجيلاتين الذي تم الحصول عليه بعد تأثير الكولاجين.

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

وهي تعمل على الكولاجين من النوع الرابع والجزيئات الأخرى للمصفوفة خارج الخلية المرتبطة بالكولاجين. نشاطه على الجيلاتين محدود.

ستروماليسين هيكل MMP3 metalloproteinase مصفوفة MMP3. مأخوذة وتحرير من Emw ، من ويكيميديا ​​كومنز.

ماتريليزين (MMP-7 ، MMP-26)

هذه جزء من أغشية القاع. يشاركون في أنشطة التحلل للبروتينات المعدنية الأخرى في المصفوفة.

نيبريليسين

النيبريليسين عبارة عن بروتين معدني مصفوف يحتوي على الزنك كأيون محفز. إنها مسؤولة عن التحلل المائي للببتيدات في البقايا الأمينية الطرفية الكارهة للماء.

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

يعتبر النبريليسين ضروريًا للتدهور الأيضي للببتيدات النشطة في الأوعية. تعمل بعض هذه الببتيدات كموسعات للأوعية ، لكن البعض الآخر له تأثيرات مضيق للأوعية.

أصبح تثبيط النبريسيلين ، بالتزامن مع تثبيط مستقبلات الأنجيوتنسين ، علاجًا بديلًا واعدًا جدًا في علاج مرضى قصور القلب.

أخرى مصفوفة البروتينات المعدنية

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

- بروتينات آدم

ADAMs (A Disintegrin و Metalloprotease ، لاسمها باللغة الإنجليزية) هي مجموعة من البروتينات المعدنية ، والمعروفة باسم metalloproteases - disintegrins.

وتشمل هذه الإنزيمات التي تقطع أو تزيل أجزاء من البروتينات التي يستبعدها غشاء الخلية من الخلية.

تفتقر بعض آدم ، خاصة عند البشر ، إلى مجال بروتياز وظيفي. تشمل وظائفه الرئيسية العمل على تكوين الحيوانات المنوية واندماج الحيوانات المنوية والبويضة. هم عنصر مهم في سم العديد من الثعابين.

وظائف وتعديلات أخرى

تعديل البروتين

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

يمكن أن يحدث هذا بالتزامن مع تخليق البروتين المستهدف أو لاحقًا له أو في الموقع النهائي حيث يتواجد لممارسة وظيفته. يتم تحقيق ذلك بشكل عام من خلال انقسام عدد محدود من بقايا الأحماض الأمينية من الجزيء المستهدف.

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

الآثار الصحية

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

على سبيل المثال ، تلعب مادة المصفوفة metalloproteinase 2 دورًا مهمًا في غزو السرطان وتطوره وانتشاره ، بما في ذلك سرطان بطانة الرحم. في حالات أخرى ، تم ربط تغيير توازن MME بالتهاب المفاصل والالتهابات وبعض أنواع السرطان.

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

في الواقع ، يحتوي سم العديد من الثعابين على مزيج معقد من المركبات النشطة بيولوجيًا. من بينها العديد من البروتينات المعدنية التي تسبب النزيف وتلف الأنسجة والوذمة والنخر ، من بين آثار أخرى في الضحية.

الأمراض المرتبطة

كان من الممكن تحديد أن إنزيمات عائلة MMP تشارك في تطور الأمراض المختلفة ؛ أمراض الجلد واختلالات الأوعية الدموية وتليف الكبد وانتفاخ الرئة ونقص التروية الدماغية والتهاب المفاصل والتهاب اللثة والسرطان النقيلي ، من بين أمراض أخرى.

من المعتقد أن مجموعة متنوعة من الأشكال التي يمكن أن تحدث في البروتينات المعدنية المصفوفة قد تفضل تغيير الآليات المختلفة للتنظيم الجيني ، مما يؤدي إلى تغيير في المظهر الجيني.

لمنع تطور الأمراض المرتبطة بـ MMP ، تم استخدام مثبطات مختلفة من metallopreinases ، الطبيعية منها والاصطناعية.

تم عزل المثبطات الطبيعية من العديد من الكائنات البحرية ، بما في ذلك الأسماك والرخويات والطحالب والبكتيريا. تحتوي المثبطات الاصطناعية ، من جانبها ، بشكل عام على مجموعة مخلبية تربط أيون المعدن التحفيزي وتعطله. ومع ذلك ، فإن النتائج التي تم الحصول عليها بهذه العلاجات لم تكن حاسمة.

الاستخدامات العلاجية

تمتلك مصفوفة البروتينات المعدنية العديد من الاستخدامات العلاجية. يتم استخدامها لعلاج الحروق وكذلك أنواع مختلفة من القرحة. كما تم استخدامها لإزالة الأنسجة الندبية وتسهيل عملية التجديد في عمليات زرع الأعضاء.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ، روبرتس ، ك.والترز ، بي (2014) البيولوجيا الجزيئية للخلية ، الإصدار ^السادس. جارلاند ساينس ، مجموعة تايلور وفرانسيس. أبينجدون أون تيمز ، المملكة المتحدة.
2. Caley ، MP ، Martins ، VLC ، O'Toole ، EA (2015) البروتينات المعدنية والتئام الجروح. التقدم في العناية بالجروح 4: 225-234.
3. لوفيك ، س. ، شيلينغ ، أو. ، فرانزكي ، سي-دبليو. (2011) الدور البيولوجي للبروتينات المعدنية المصفوفة: توازن حرج. المجلة الأوروبية للجهاز التنفسي ، 38: 191-208.
4. Opalińska، M.، Jańska، H. (2018) بروتياز AAA: الأوصياء على وظيفة الميتوكوندريا والتوازن. الخلايا ، 7: 163. دوى: 10.3390 / الخلايا 7100163.
5. ريما ، م ، علوي نيني ، إس إم ، كرم ، م ، صادق ، ر. جزيئات.