明膠酶（英語：Gelatinase）是一種能夠通過水解降解明膠的酶，在細胞外基質的降解和組織重塑中發揮重要作用。明膠酶屬於基質金屬蛋白酶（MMP）家族，該家族是依賴鋅作為輔因子的酶家族，具有在生理和病理過程中降解細胞外基質的成分的能力。[1][2]
明膠酶分為兩種類型，即明膠酶A（MMP-2）以及明膠酶B（MMP-9）。其中，明膠酶A的EC編號為3.4.24.24；而明膠酶B的EC編號為3.4.24.35。它們的功能有很多，明膠酶A可降解明膠以及I、IV、V和IV型膠原蛋白，並參與脈管系統重塑、子宮內膜月經破裂、血管生成、組織修復、腫瘤侵襲、炎症和動脈粥樣硬化斑塊破裂[3][2]；而明膠酶B可降解IV、V、VII、X和XIV型膠原蛋白、I和V型明膠以及纖連蛋白，並且它被認為在細胞外基質的局部蛋白水解、白血球遷移以及骨的破骨細胞吸收中發揮作用。[4][2]
明膠酶在物種中的應用[編輯]
明膠酶存在於許多真核生物中，包括哺乳動物、鳥類、和真菌；該酶也存在於一些細菌中，如銅綠假單胞菌和粘質沙雷氏菌。基於明膠酶類型的識別和功能，物種之間可能存在差異。在人類中，表達的明膠酶是基質金屬蛋白酶MMP-2和MMP-9。[5]此外，明膠酶A和B已被證明有助於在大鼠和兔子的角膜受損時在角膜中形成新血管。這些齧齒動物的角膜傷口可以產生更大的酶表達和活性。明膠酶通過去除受損的基質蛋白（由MMP-9介導）來幫助重塑受損的細胞外基質，從而產生血管生成反應或形成新血管。這表明在角膜基質修復組織中存在明膠酶引發的膠原蛋白重塑。[6]
酶途徑[編輯]
這些特定的蛋白酶利用水解作用，通過兩個連續步驟分解明膠。首先是多肽產物，然後是胺基酸（尤其是α胺基酸）。[7]在這種情況下，底物是明膠，產物是形成的多肽。由於細胞表面結合相互作用的特異性，明膠酶與底物明膠結合。與鋅離子和胺基酸殘基相關的催化作用通過裂解將肽鍵斷裂成多肽。多肽進一步轉化為胺基酸，這是反應的第二個連續步驟和產物。其他蛋白質，如TIMP-2和其他TIMP，可作為抑制劑，通過與明膠酶活性位點結合來調節和控制酶途徑，從而防止底物分解。[8]
細胞表面締合[編輯]
明膠酶可以通過細胞表面的相互作用來調節酶的激活和活性。表面蛋白調節定位、抑制和內化等功能。酶與細胞表面的結合使其與細胞周間隙中的某些底物緊密結合，從而調節基質金屬蛋白酶的功能。定位使它們能夠通過與細胞表面的密切關聯來降解細胞外基質的特定成分。[9]
晶體結構[編輯]
明膠酶含有催化結構域（位於C端區域），這對於酶活性和底物分子中肽鍵的水解至關重要。該結構域包含五條β鏈構成的扭曲β片層，並由三個α螺旋相互連接。活性位點位於β鏈和α螺旋之間，含有組氨酸殘基，並有另一個螺旋含有一個組氨酸殘基，形成環狀結構。這些組氨酸與催化鋅離子有關，在催化蛋白質中肽鍵的水解中發揮重要作用。同樣在C端區域，有一個血紅素結合蛋白樣結構域，它與細胞膜的一部分相互作用。[10]該結構域由四個具有反向平行的β片層的葉片組成，有助於酶的特異性、親和力和定位。[11]此外，還有II型纖連蛋白（FNII），由於涉及蛋白質交互作用，對於明膠相互作用的識別、摺疊和介導很重要，並且對底物的特異性具有關鍵作用。FNII由兩條雙鏈反向平行β片層組成。各個基質金屬蛋白酶的主要結構可能由不同的結構域組成，結構域和結構的排列有助於酶的摺疊和穩定性，因為摺疊是促進酶活性的因素。
活性位點[編輯]
明膠酶是鋅依賴的蛋白酶。這些蛋白質已知的活性位點位於催化結構域中，並且通常在已知位點含有一個鋅原子，這對於催化是很重要的。活性位點還含有組氨酸和穀氨酸殘基，被稱為催化鋅結合活性位點區域。[12]這些殘基與鋅離子配位以實現穩定和構象調整。由於鋅離子和胺基酸殘基的配位，該活性位點有助於水解底物中的肽鍵，如明膠和膠原。此外，它們還影響明膠酶催化和底物結合。[13]
參考文獻[編輯]
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