Les metaloendopeptidases, també conegudes com a AspN, endoproteinasa Asp-N i Mep72 peptidasa, són un tipus d'enzim proteolític que s'encarrega de desdoblar els enllaços peptídics interns i fragmentar proteïnes en subunitats d'igual mida. El prefix metalo- (en anglès metallo-) fa referència a l'existència d'elements metàl·lics en aquest tipus d'endopeptidases. Un dels més freqüents i estudiats és el zinc o zenc. Més enllà de la cadena d'aminoàcids presents en la cadena polipeptídica, l'element metàl·lic tendeix a estar unit a la proteïna mitjançant aminoàcids essencials com les histidines o d'altres no essencials com el glutamat o la tirosina.
Els subgrups de les peptidases van ser creats per F.R Hartley. No obstant, no va ser fins a la correcció posterior del científic Barret, on l'any 1980, les metaloendopeptidases van ser afegides. Finalment, l'any 1984 The Nomenclature Committee of I.U.B. va recomanar aquesta terminologia. Inicialment, les aminopeptidases, les carboxipeptidases i les dipeptidases formaven part d'aquest grup, avui en dia ja no ho fan, ja que són considerades exopeptidases.
L'existència de diversos subgrups de metaloendopeptidases explica la diversitat funcional d'aquest enzim. Tanmateix, una de les funcions més generalistes d'aquest grup i de la majoria de subgrups és la hidròlisi d'enllaços peptídics en substrats de menys de 40 aminoàcids. Tendeixen a hidrolitzar enllaços interns coneguts com a alfa-pèptids on els ions metàl·lics de les endopeptidases acaben unint-se a aminoàcids amb una certa càrrega. Una altra funció relacionada amb la hidròlisi és l'eliminació de senyals proteics en la superfície cel·lular.
L'any 2016 es van fer estudis que confirmaven la presència i importància de les metaloendopeptidases com a constituent del verí de diferents espècies de serps verinoses.
Activitat i inhibició Les metaloendopeptidases són enzims que tenen activitats catalítiques. A les reaccions de les quals formen part, produeixen una catalització de la hidròlisi dels enllaços alfa peptídics interns de les cadenes polipeptídiques. En aquesta reacció, l'aigua actua com un nucleòfil (cedeix un parell d'electrons a les molècules de la reacció) mentre que un parell d'ions metàl·lics fan que la molècula d'aigua es mantingui estàtica al seu lloc. A més, les cadenes laterals dels aminoàcids amb càrrega fan de lligant per als ions metàl·lics que actuen en aquesta reacció, com ara el del zinc.
Com que aquestes endopeptidases tendeixen a actuar a PH d'entre 7 i 9, podem dir que són enzims que tendeixen a actuar en medis bàsics.
D'altra banda, els inhibidors de les metaloendopeptidases són capaços de reduir, prevenir la seva activitat o aturar la catalització de la hidròlisi dels enllaços peptídics que no són terminals en una cadena d'aminoàcids i que contenen un ió metàl·lic en els llocs de major activitat.
La majoria d'aquests inhibidors actuen com a quelants, és a dir, com a compostos químics que s'uneixen als ions metàl·lics, en aquest cas als del zinc. El més freqüent dels inhibidors és la 1,10-fenolftaleïna, encara que de vegades també s'utilitza l'EDTA.
Estructura Les metaloendopeptidases formen un dels grups més diversos de peptidases, essent reconegudes unes 30 families. A través de la cristal·lografia de raig X s'ha demostrat que el motiu His-Glu-Xaa-Xaa-His o HEXXH és present a més de la meitat de les famílies. Aquest motiu forma comunament part del lloc d'unió de l'àtom de metall (normalment de Zinc). miniatura|Esquema del disseny molecular de les metaloendopeptidases|294x294px
El pentapèptid HEXXH és molt comú en seqüències de proteïnes i només una cinquena part de les aparicions del motiu a la base de dades Swiss-Prot es troben en metaloendopeptidases. El motiu és suficientment curt per haver sorgit independentment en diverses ocasions, per la qual cosa caldrien proves addicionals abans de poder suggerir que tots els enzims que contenen HEXXH estan relacionats taxonòmicament. Una forma més precisa de definir el pentapèptid HEXXH és com a abXHEbbHbc, on b és un residu sense càrrega, c és un residu hidrofòbic i X pot ser pràcticament qualsevol aminoàcid. Totes les estructures terciàries disponibles per a les metalopeptidases que contenen HEXXH mostren el motiu en una hèlix, on els residus a solen ser Val o Thr. Aquest motiu ha estat molt usat per a identificar llocs d'unió amb zinc a les metalopeptidases i per a construir les diferents tribus i clans que formen.
Els ions metàl·lics estan ancorats, gràcies a les cadenes laterals, a la part inferior de la fissura del lloc actiu de l'enzim. Els residus d'unió de metalls són principalment histidines, aspartats i glutamats, que s'inclouen en motius d'unió al zinc que són característics de tribus, clans i famílies de metaloendopeptidases particulars. En la majoria dels casos, l'entorn general del lloc actiu es troba en una conformació competent per a la catàlisi en l'enzim madur abans de reclutar el substrat peptídic, que s'uneix en una conformació estesa, de manera que les cadenes laterals del substrat superiors (denominades P1, P2, P3, etc.) i inferiors (P1 ’, P2’, P3 ’, etc.) de l'enllaç en tisora se situen en les escletxes dels llocs actius secundaris (S1, S2, S3, etc. i S1’, S2 ’, S3’, etc.) del enzim, respectivament. En general, l'especificitat del substrat s'exerceix en les metaloendopeptidases a través de S1 ’. El clivatge també es pot produir dins dels segments proteics que adopten estructures terciàries compactes, fins i tot conformacions helicoidals, en estat no lligat, ja que la interacció i la unió a la peptidasa pot compensar energèticament que el substrat es desfaci i produeixi una conformació estesa adequada per a la catàlisi.
Classificació Una classificació àmpliament acceptada, tant d'aquests enzims com d'enzims proteolítics en general la proporciona la base de dades MEROPS, que classifica jeràrquicament conjunts homòlegs de peptidases i inhibidors de proteïnes en diferents espècies, families i clans segons la semblança de seqüències i les distàncies filogèniques evolutives. Dins de MEROPS, les metaloendopeptidases es classifiquen dins de la familia M72 amb un cladograma filogenètic i amb un cladograma d'espècies. De la mateixa manera, la base de dades ENZYME classifica aquests enzims en dins del Numero EC (Enzime Comission Number) 3.4.24. Tot i així, una classificació molt utilitzada en l'àmbit científic és segons el motiu polipèptid que presenten les diferents families com a lligand amb l'ió metàl·lic.
El pentapèptid HEXXH és molt comú en seqüències de proteïnes i una cinquena part de les aparicions d'aquest motiu a la base de dades SwissProt es troba a families de metaloendopeptidases. Seguint aquesta classificació, la classe de les metaloendopeptidasses es poden agrupar en dues tribus: les zicines, que contenen el motiu HEXXH i en formen part els clans de les Gluzincines (HEXXH+E), les Aspzincines (HEEXH+D) i les Metzincines (HEXXHXXGXXH/D); i les inverzincines, on estan agrupades aquelles famílies amb el motiu d'unió invertida al zinc HXXEH.
Clan de la metaloendopeptidasa HEXXH + E (MA) El clan MA conté metaloendopeptidases d'organismes tant procariotes com eucariotes. Un exemple d'aquest clan és la Termolisina. L'estructura tridimensional de la Termolisina mostra que, segons el motiu HEXXH, els seus residus His són lligands del zinc, mentre que el Glu té una funció catalítica. Aquest Glu característic dona nom al clan com a Gluzincines. Com a terme característic d'aquest clan, les proteïnes que el conformen estan molt glicosilades i solen presentar ponts disulfur. Dins d'aquest Clan hi ha diferents famílies:
Familia de la Termolisina (M4): La família de les termolisines només conté endopeptidases eubacterianes secretades, tant de bacteris gram-positius com de gram-negatius. Els enzims són tots d'una mida moderada, a la regió de 35 kDa. L'estructura terciària de la termolisina mostra que els lligands de zinc són His142, His-146 i Glu-166, i el residu catalític Glu-143. L'estructura també mostra quatre llocs d'unió al calci que confereixen una inusual estabilitat tèrmica a l'enzim. Altres membres de la família inclouen enzims de patògens (per exemple, Legionella, Listeria, Pseudomonas, Vibrio). La pseudolisina (Pseudomonas elastase) causa danys als teixits en degradar-se collagens, elastina i fibronectina L'estructura de la pseudolisina mostra una estreta relació amb la termolisina, i el seu precursor no té residus de cisteína. L'especificitat del substrat de la majoria dels membres de la família M4 és principalment per a un residu aromàtic en PI '. Familia de la Mycolisina (M5): La micolisina, l'únic membre de la família M5, és secretada per Streptomyces griseus i per diversos altres Streptomyces spp. L'enzim té una especificitat similar a la de la termolisina i els residus directament implicats en l'activitat també són els mateixos que els de la teromilsina. Familia de la Neprilisina (M13): La neprilisina és un enzim dels mamifers amb la capacitat de degradar encefalines i altres pèptids biològicament actius. Aquesta família conté oligopeptidases procariotes i eucariotes amb els lligands de zinc anàlegs als de la termolisina, tot i que son proteines molt més grans (90kDa). Familia de l'Alanil Aminopeptidasa (M1): Aquesta família només conté aminopeptidases d'una gran varietat d'organismes, incloent les eubacteries, llevats, les nemàtodes i els mamifers. Les aminopeptidases es diferencien molt en especificitat, hidrolitzant residus N-terminals àcids, bàsics o neutres. Un exemple d'aquesta família és la leucotrien-A₄ hidrolasa. Així mateix les alanil Aminopeptidases i les glutamil aminnopeptidases de membrana son quantitativament molt importants (un 5% del total de les proteines) a la membrana que forma la paret intestinal. Familia de la Peptidil-Dipeptidasa A (M2): La peptidil-dipeptidasa A, també coneguda com a enzim convertidor de la angiotensina, és una peptidasa dels mamifers que talla els dipeptids del C-terminal, notablement per a convertir l'Angiotensina I a la Angiotensina II. Aquest enzim, però, és incapaç de tallar enllaços on hi hagi una prolina. Aquesta família està conformada per dues formes d'aquest enzim, que presenten dominis transmembrana que estan altament glicosilats.
Clan de la Metaloendopeptidasa HEXXH + H (MB) Aquesta clan es conforma de diferents famílies on els enllaços amb l'àtom essencial de zinc estàn formats per tres residus His, dos que provenen del motiu HEXXH i un tercer de sis residus C-terminals lluny d'aquests. A més a més, un residu de Met-143 és conservat a tot el clan MB, pel que suposa una funció vital a la estructura dels llocs actius dels enzims. Aquest residu Met dona nom al clan com a Metzincines. Un altre residu, Gly-95, totalment conservat en el motiu del lloc actiu, HEXXHXXGXXH, contribueix a un bucle en tija que permet a aquesta tercera His unir-se al zinc. La majoria de proteïnes d'aquest clan son solubles i secretades, però algunes de la família M12 son proteïnes integrals de membrana.
Familia de l'Astacina (M12): Tots els membres coneguts d'aquesta família provenen d'animals. Seguin les seqüències filogèniques, la família M12 es pot classificar en dues subfamílies; la subfamília de la reprolisina i la subfamília de l'astacina. Aquesta divergència és significant, però tot i així formen part de la mateixa família a causa de les relacions entre el domini peptídic de la proteïna morfogènica òssia 1 i la ruberlisina i l'atrolisina C. Subfamilia de l'astacina: L'estructura cristal·litzada de l'astacina mostra que el residu Tyr.145 actua com a quart lligand del zinc. Aquest residu de Tyr es troba en el motiu Ser-Xaa-Met-His-Tyr, present a totes les proteïnes d'aquesta subfamília. També son conservats a tota la subfamília dos ponts disulfur, així com residus de cisteïna als dominis peptídics que podrien contenir un tercer pont disulfur.