Желатиназы представляют собой ферменты , способные расщеплять желатин путем гидролиза , играя важную роль в деградации внеклеточного матрикса и ремоделировании тканей . Желатаназы представляют собой тип матриксных металлопротеиназ (ММП), семейства ферментов, которые зависят от цинка как кофактора и могут расщеплять части внеклеточного матрикса . [1] ММП имеют несколько подгрупп, включая желатиназу А ( ММП-2 ) и желатиназу В ( ММП-9 ). Желатиназам присвоены различные номера Комиссии по ферментам : желатиназа A использует номер 3.4.24.24, а желатиназа B использует номер 3.4.24.35, в котором первые три цифры одинаковы. Первая цифра 3 — это класс. Ферменты класса 3 — это гидролазы , ферменты, катализирующие реакции гидролиза, то есть расщепляющие связи в присутствии воды. Следующая цифра представляет подкласс 4, или протеазы , которые представляют собой ферменты, гидролизующие пептидные связи в белках. Следующим номером является подподкласс из 24, который состоит из металлоэндопептидаз , которые содержат ионы металлов в своих активных центрах, в данном случае цинка, которые помогают расщеплять пептидные связи. Последняя часть номера EC — это серийный номер, идентифицирующий конкретные ферменты внутри подкласса. 24 представляет собой желатиназу А, которая представляет собой металлопротеиназу, расщепляющую желатин и коллаген, а 35 представляет собой желатиназу В, которая гидролизует пептидные связи. [2]
Ферменты желатиназы можно обнаружить у ряда эукариот , включая млекопитающих и птиц; бактерии , включая Pseudomonas aeruginosa и Serratia marcescens ), и грибы , но могут иметь различия между видами, основанные на идентификации и функции типа желатиназы. У человека экспрессируемые желатиназы представляют собой матриксные металлопротеиназы MMP2 и MMP9 . [3] Кроме того, было доказано, что желатиназы A (MMP2) и B (MMP9) способствуют развитию новых кровеносных сосудов в роговицах крыс и кроликов при повреждении роговицы. Раны роговицы у этих грызунов могут привести к большей экспрессии и активности фермента. Желатаназа помогает ремоделировать поврежденный внеклеточный матрикс (EMC) путем удаления поврежденных белков матрикса (с помощью MMP-9), вызывая ангиогенный ответ или образование новых кровеносных сосудов. Это указывает на ремоделирование коллагена в репарационной ткани стромы роговицы с помощью желатиназ. [4]
Эти специфические протеазы используют гидролиз для расщепления желатина в два последовательных этапа. Первый производит полипептидные продукты, за ним следуют аминокислоты (обычно альфа-аминокислоты). [5] Субстратом в данном случае является желатин , а продуктами — образовавшиеся полипептиды. Желатаза связывается с субстратом, желатином, благодаря специфичности связывающих взаимодействий на поверхности клетки. Катализ, связанный с ионом цинка и аминокислотными остатками, разрывает пептидные связи на полипептиды путем расщепления. Полипептиды далее превращаются в аминокислоты, второй последовательный этап и продукт реакции. Дополнительные белки, такие как TIMP-2 и другие TIMP , действуют как ингибиторы, регулируя и контролируя ферментативный путь путем связывания с активным центром желатиназы, что предотвращает распад субстрата. [6]
Желатаназы могут регулировать активацию и активность ферментов путем взаимодействия на поверхности клетки. Поверхностные белки регулируют такие функции, как локализация, ингибирование и интернализация. Связывание фермента с поверхностью приводит его в близкое соответствие с определенными субстратами в околоклеточном пространстве, чтобы регулировать функцию ММП. Локализация позволяет им разрушать определенные элементы ЭМС за счет тесной ассоциации с клеточной поверхностью. [7]
Желатиназы содержат каталитический домен (расположенный в С-концевой области), который необходим для ферментативной активности и гидролиза пептидных связей в молекулах субстрата. Этот домен содержит пять бета-цепей в скрученном бета-листе , соединенном тремя альфа-спиралями . Активный сайт расположен между бета-цепью и альфа-спиралью, содержащей остатки гистидина , а другая спираль содержит остаток гистидина, образуя петли. Эти гистидины находятся по отношению к каталитическому иону цинка, играющему важную роль в катализе гидролиза пептидных связей в белках. Также в С-концевой области имеется гемопексиноподобный домен, который взаимодействует с частью клеточной мембраны. [8] Способствует специфичности, сродству и локализации фермента, состоит из четырех лезвий с антипараллельными бета-скрученными бета-листами. [9] Кроме того, существует фибронектин типа II (FNII), важный для распознавания, сворачивания и опосредования взаимодействий желатина из-за участия белок-белковых взаимодействий, и имеет решающее значение для субстратной специфичности. FNII состоит из двух двухцепочечных антипараллельных бета-листов. Первичные структуры отдельных MMP могут иметь разный состав доменов, а расположение доменов и структур помогает сворачиванию и стабильности фермента, поскольку сворачивание способствует активности фермента.
Некоторые из желатиназ представляют собой цинк-зависимые протеиназы. Известные активные центры этих белков расположены в каталитических доменах и обычно содержат атом цинка в известном сайте, который важен для катализа. Активные центры также содержат остатки гистидина и глутамата , образующие каталитическую область активного центра, связывающего цинк. [10] Эти остатки координируются с ионом цинка для стабилизации и конформации. Этот активный центр способствует гидролизу пептидных связей в субстратах, таких как желатин и коллаген, за счет координации ионов цинка и аминокислотных остатков . Они также влияют на катализ желатиназы и связывание субстратов. [11]