Пропептиди: прекурсорни протеини, тяхното преработване и биологични роли

Пропептидът е сегмент, свързан с зреенето на прекурсорния протеин, който обикновено се отстранява по време на определен ензимен процес. Въпреки това, преди да бъде отстранен, той може да изпълнява важни биологични функции. В зависимост от протеина, той може да помага при правилното фалдиране, да предотвратява преждевременното биологично действие, да влияе върху съставянето на молекулярните структури или да регулира момента и мястото, където зрелият продукт става достъпен.

Това означава, че пропептида не трябва да се разбира просто като друго наименование на малкия пептид. Той не е също така автоматично активен хормон, сигнален пептид или съставка за козметика. Този термин описва връзката между определена последователност и процеса на зреене на по-голямата прекурсорна молекула.

Това разграничение е особено важно, тъй като пропептидът, пробаламинът, прохормонът, препробаламинът, сигналният пептид и продомена описват свързани, но различни биологични понятия. В същото време в козметиката и в търговските продукти понякога се използват термини като „пропептид”, които не трябва да се отнасят до биологичния прекурсор.

Понимание на начина на образуване и обработка на прекурсорните протеини помага за разбирането както на научната терминология, така и на наименованията, използвани в търговските продукти.

В тази статия процесът на преработка на прекурсорите е представен чрез примери за производството на хормони, зреенето на ензимите, регулацията на растежните фактори и биологията на колагена. Тези примери показват определени биологични механизми при конкретни експериментални условия. Те не доказват, че козметиката или друг продукт причинява същия ефект само защото в нейното наименование се среща терминът „pro-пептид”.

Какво представлява пропептидът?

Секторът, участващ в зреенето на протеина

Много протеини първоначално не се синтезират точно в такава молекулярна форма, в която в крайна сметка изпълняват своята функция.

Костните клетки първо могат да произвеждат предшественична молекула, съдържаща допълнителни аминокиселинни последователности. По време на зреене някои от тези последователности могат да бъдат отстранени, химически модифицирани, реорганизирани или подложени на други процеси, преди да се образува окончателният функционален продукт.

Пропептид обикновено означава сегмент от такъв прекурсор, свързан с неговия зреене, докато протеинът се отнася по-широко до по-голяма прекурсорна молекула, съдържаща този регион.

Това разграничение е полезно, въпреки че биологичната терминология не е напълно еднаква във всички семейства на протеините.

В някои публикации терминът „пропептид” се използва за сравнително голям структурен регион, а „пропептид” за съответния му сегмент. Други автори използват термина „пропептид“ в по-широк смисъл при обсъждане на прекурсорните молекули.

Затова най-вероятният подход не е да се интерпретира само предлогът. Трябва по-скоро да се анализират границите на последователността, структурата на молекулата, етапите на обработка и терминологията, използвана от изследователите, занимаващи се с конкретния белтък.

Представката „pro” в този биологичен контекст означава връзка с предшественика или процеса на зреене.

Това не означава, че съставката е професионално разработена, по-силна, по-напреднала, по-ефективна или непременно по-полезна при добавяне към козметичен продукт.

Пропептидите не са просто ненужно „опаковане”

Лесно е да си представим пропептида като ненужно молекулярно опаковъчно тяло, което просто се отстранява и отхвърля по време на образуването на зрелия протеин.

Биологията обаче често е по-сложна.

Изтриваният сегмент може да изпълнява важни функции, преди да изчезне от зрелия фрагмент.

Проучванията на бактериалния ензим субтизинин E са особено ясен пример. Учените установиха, че синтетичният пропептид може да помогне на денатурирания ензим да възстанови активната триизмерна структура. Този същият пропептид можеше също да се свързва с зрелия ензим и да потиска неговата активност. [1]

Тези наблюдения показват две отделни биологични функции.

Първо, пропептидът може да участва в протеиновото флъкиране.

Второ, може да помага за ограничаване на ензимната активност до съответния етап на зреене.

Подобна помощ при фалдиране се определя като функция на вътреклетъчното защитно протеин. Това е част от прекурсорната молекула, която помага на друг фрагмент от същата молекула да придобие правилна структура.

Примерът с субтизинулин показва защо липсата на даден сегмент в окончателната активна форма на ензима не означава, че той е биологично безполезен.

В същото време резултатите от тези проучвания не трябва да се обобщават прекалено общо.

Сутинилът е бактериален ензим. Показването на определена функция, свързана с фалдовенето и инхибирането в тази система, не означава, че всеки човешки пропептид изпълнява същите функции.

По-късни изследвания върху про-субитилина свързаха няколко етапа на зреене, включително фалдиране, самопреобразуване, отделяне на пропептид и активиране на ензим.[2]

Тези експерименти показват още една важна принципа: зреенето на прекурсора може да представлява координирана последователност от молекулярни процеси, а не отделен процес, който веднага води до пълна биологична активност.

Моментът на освобождаване на пропептида може да бъде толкова важен, колкото самият начален процес на разделяне.

Как да различим свързаните понятия?

В дискусиите относно прекурсорните протеини редовно се появяват няколко свързани термини, но те не трябва да се разглеждат като едно цяло.

Тези категории частично се допълват, тъй като описват различни аспекти на биологията на предшествениците, но не са синоними.

Прохормонът например е определен тип прекурсор, свързан с образуването на хормона или свързаните с него пептиди.

Пропептид може обаче да означава само един сегмент от много по-голяма предшествена молекула.

Това разграничение е важно при интерпретирането на изследванията, тъй като биологичната функция зависи от действителната молекула и от изследванияя път на нейното преобразуване.

Препарати и преработка на прекурсорите

Секундацията „pre” отговаря за насочването на протеина

При много белтъчни секрети най-ранната форма на прекурсор съдържа първоначалната аминокиселинна последователност, която помага за насочването на новосинтезираната молекула към съответния вътреклетъчен път.

Този сериен код е общоизвестно известен като сигнален пептид или — в терминологията на препробите — като част от „pre”.

Ролята ѝ се различава от функциите на пропептида, който по-късно участва в фалдирането, блокирането, сгъстяването или активацията.

Структурните изследвания на съединението за разпознаване на сигнал от насекоми анализираха начина, по който вътреклетъчен механизъм за насочване на протеини разпознава възникващата сигнализираща последователност още по време на синтеза на протеина в рибозома и помага за координирането му на транспортирането към мембраната. [3]

Това е вътреклетъчен механизъм за насочване на протеините.

Не трябва да се тълкува като доказателство, че пептидът, използван външно в козметиката, автоматично прониква в клетките на кожата или следва същата пътека.

Отстраняването на сигнален сигнал и последващото обработване на прекурсора представляват следователно отделни биологични събития.

Те могат да се намират на различни места в клетките, да включват различни ензими и да изпълняват различни функции.

Опростено казано, този маршрут може да бъде представен по следния начин:

препробивното пробиво → пробиво → зрелият продукт

Това обаче е само учебен модел. Различните белтъци могат да претърпят допълнителни модификации, междинни етапи на разкъсване, навиване, транспортиране и сглобяване.

Не всеки прекурсор ражда по идентичен времеви график.

Пример за инсулин

Инсулинът е един от най-известните примери за хормон, който се синтезира чрез преработка на прекурсор.

Най-ранният предшественик, препроинсулина, съдържа управляваща секвенция.

След отстраняването на този сигнален сигнал остава проинсулинът.

След това проинсулинът подлежи на допълнителна обработка, по време на която свързващият регион се отделя от фрагментите, които в крайна сметка образуват зрелите вериги на инсулина.

Този пример показва защо препротеин, протеин и зрелият протеин не са взаимозаменяеми понятия. Те описват различни молекулярни етапи от същия биосинтетичен път.

В едно от изследванията върху преработването на проинсулин учените експремирали проинсулин заедно с потенциални ензими за преработка в култивирани клетки. Бяха наблюдавани различни предпочитания за резитба за PC2 и PC3, което потвърди участието им в зреенето на инсулина. [4]

В по-късната терминология PC3 е общоизвестно означена като PC1/3.

Основното правило гласи, че обработката на прекурсорите е селективна.

Ензимите, които преработват протеините, не прекъсват случайно преобразуването им в по-малки пептиди.

Разпознаването на определен контекст на последователността и местата на резитбата помага, от друга страна, да се определи кои зрели молекулни продукти ще бъдат произведени.

Експериментът с проинсулин също показва защо в научните описания трябва да се съдържат подробности като идентичността на ензима, вида на субстрата и експерименталната система.

Тези фактори могат да повлияят съществено на интерпретацията на резултатите.

Един прекурсор може да доведе до появата на няколко продукта

Предшествената молекула не трябва да води до появата само на един активен продукт.

Някои прекурсорни протеини съдържат няколко региона, от които в крайна сметка могат да се образуват различни биологично активни пептиди.

Важен пример е проапиомеланокортинонът, или POMC.

POMC включва множество региони, които могат да бъдат преобразувани в различни пептидни продукти. Какви продукти в крайна сметка се образуват зависи от ензимната система, която се намира в съответните клетки.

В изследване от 1991 г. учените съвместно експремираха POMC от PC1 или PC2 в няколко клетъчни модели. При отделните ензими бяха наблюдавани различни модели на тяхното отрязване. [5]

Експериментът така предостави пряк доказателствен материал, че различни ензими за преработка могат да генерират различни продукти на зреене от същия прекурсор.

Това обяснява защо познаването на последователността на прекурсора не е необходимо да каже на изследователите точно кои зрели пептиди ще се появят във всяка тъкан.

Аминокиселинната последователност определя молекулярния материал, който потенциално може да бъде преработен.

Вместо това ензимната среда и вътреклетъчните условия помагат да се определи какво всъщност ще бъде усвоявано и произвеждано при изследващите биологични условия.

Две клетки, произвеждащи същия прекурсор, могат да произвеждат различни смеси от зрели пептиди, ако различаващият се от тях механизъм за обработка е различен.

Обработката е нещо повече от пресичане на веригата

Протеолитичното резитене е само един от елементите на зреенето на протеина.

В зависимост от молекулата, зреенето може да включва също така навиване на протеина, създаване на двуазотни мостове, вътреклетъчен транспорт, свързване с други молекули и химични модификации.

Тези процеси могат взаимно да влияят на другите.

Местото на свързване може да бъде налично в аминокиселинната последователност, но да остане недостъпно за ензима за преработка поради триизмерната структура на протеина.

По същия начин правилното навиване може да зависи от предишните етапи на обработката.

Затова при оценката на изследванията върху прекурсорите е необходимо да се раздели три въпроса:

Прекурсорът е ли вече произведен?

Беше ли правилно преработен до идентифициран зрел продукт?

Разработеният продукт показал ли е подходяща биологична активност?

Тези въпроси са свързани помежду си, но не са равнозначни.

Измерването на количеството на прекурсора може да отговори на първия въпрос, без да дава отговор на втория и третия.

Например, тест, който открива едновременно прекурсор и няколко от неговите фрагмента, може да покаже значително количество протеин като предоставя малко информация за действителното количество зрели, активни продукти.

Ако биологичната интерпретация зависи от процеса на зреене, са необходими аналитични методи, които да позволят разграничаването на прекурсорния компонент, междинните продукти и зрелите форми на молекулата.

Обработването може да се извършва извън клетките

Не всеки важен етап на преработката на прекурсора се извършва вътре в слузните клетки или други клетъчни сегменти.

Важен пример за вътреклетъчен процес е биологията на колагена.

Частиците проколаген съдържат крайни пропептиди. Отстраняването на тези области участва в зреенето и образуването на колагенови влакна.

В изследване от 1996 г. бе идентифицирано костното морфогенетично протеин 1, или BMP-1, като C-протеазна тип I на проколаген. [6]

Проучването свърза конкретен ензим с отстраняването на C-концевите пропептиди от проколаген тип I.

Този пример е полезен по няколко причини.

Първо, това показва, че преработването на прекурсорите може да бъде важен компонент на зреенето на вътреклетъчната мембрана, а не само хормонална сигнализация.

На второ място, той показва защо наименованието на протеина не трябва да се тълкува само въз основа на познатата терминология. Въпреки своето име, BMP-1 не трябва автоматично да се счита за протеин, който действа по същия начин като всички други протеини, определени като костни морфогенетични протеини.

Трето, този пример показва защо пропептидът не е автоматично хормон.

При проколаген контекстът на биологията се отнася до образуването и зреенето на външната мембрана, а не до хормонална сигнализация, насочена към далечното тяло.

Активиране и рязане

Резането променя молекулярната идентичност

Протеолитичното рязане се състои в разкъсването на избрани пептидни връзки в рамките на прекурсора.

В зависимост от конкретната молекула и мястото на разрезаването този процес може да освободи зрели пептиди, да отстрани блокиращия регион, да разкрие мястото на свързване на рецептора, да позволи намогването на молекулярната структура, да създаде междинна форма или по друг начин да промени биологичните свойства на молекулата.

Но рязането и активацията не са синоними.

Разкъсването описва химичното събитие.

Активността описва нейната функционална последица.

Реженето може да активира молекулата, но също така може да я и деактивира, да създаде междинна форма или да доведе до образуването на фрагменти, чиито биологични функции остават неясни.

Това разграничение предотвратява прекомерно опростена интерпретация на експериментите, свързани с обработката на прекурсорите.

Доказателството, че прекурсорът е бил отрязан, само по себе си не доказва, че очакваната активност на зрелия продукт е нарасла.

За да се демонстрира активация, обикновено трябва също да се оцени биологичната функция на получения продукт.

Кроткият разрез не винаги означава незабавно освобождаване

Даже след прекъсване на ковалентното свързване, отстраненият сегмент все още може да остане физически свързан със своя партньор чрез нековалентни взаимодействия.

Това означава, че отрязването не трябва да води до незабавно освобождаване на напълно достъпната активна молекула.

Добър пример са структурните изследвания на скрития трансформиращ растежен фактор бета, или TGF-β.

Изследванията показаха как продомена може да скрие растежния фактор от възприемането от рецептора и свързаха активацията с структурни промени в скрития комплекс, включително с процеси, зависими от силата в изследваната система. [7]

Този пример показва, че регулацията може да надхвърли самото намаляване на цените.

Предшественикът вече може да бъде протеолитично преработен, докато биологично активният компонент продължава да бъде ограничен от взаимодействията с продомен или други молекулярни партньори.

Това не означава, че всеки пропептид се държи по същия начин като продомена на TGF-β.

По-общата концепция е, че активацията трябва да бъде доказана за конкретен биологичен механизъм, а не да се твърди, че „прекъснатата означава активна”.

Местата на нарязване и ензимите трябва да пасват един на друг

Много от предшествениците на хормоните съдържат основни аминокиселини в близост до важните места за обработка.

Присъствието на определена двойка или състав на аминокиселини не означава обаче, че всяко такова място ще бъде пресечено по същия начин.

Обработката зависи, наред с други неща, от спецификата на ензима, локалния контекст на последователността, формата на протеина, локализацията в клетката и наличието на подходящ ензимен комплекс.

Експериментите с проинсулина и POMC показват тази закономерност чрез примери с различни прекурсори и конвертази. [4][5]

Техните резултати потвърждават селективната ензимна обработка, а не универсалната норма, според която самият кратък мотив на последователността определя по-нататъшния ход на процеса.

Поради това мястото за рязане трябва най-добре да се разглежда като хипотеза, която може да бъде проверена.

Доказателството става по-силно, когато изследователите идентифицират действителния процес на обработка и свързват неговото протичане с предложения ензим и съответните биологични условия.

Какви експерименти потвърждават преработката на прекурсора?

Вярното твърдение относно обработката обикновено се основава на няколко допълващи се вида доказателства, а не на една изолирана наблюдателна точка.

Изследователите могат да идентифицират получените фрагменти чрез масова спектрометрия или секвениране. Те могат да сравняват количеството на прекурсора и зрелия продукт във времето, да променят предложеното място на разреза или да ограничат активността или експресията на потенциалния ензим за преработка.

Функционалните експерименти след това могат да определят дали полученият продукт показва биологична активност, присъща на зрелият му вид.

Всеки от тези подходи има своите ограничения.

Промяната на видимото количество на частиците в гела може да предполага обработка, но не идентифицира точното място на рязането.

Инхибиторът на ензим може да повлияе на повече от един биологичен път.

Промяната на предлаганото място на разреза може да наруши както гънкирането на протеина, така и неговото разпознаване от ензима.

Масовата спектроскопия може да идентифицира молекулярните продукти, но сама по себе си не потвърждава тяхната биологична активност.

Ето защо съвместимостта на резултатите, получени с независими аналитични и функционални методи, обикновено е по-доказателна от единствен измервателен резултат.

Тези правила служат за интерпретация на изследванията. Не трябва да се възприемат като лабораторна протокол или като твърдение, че всяко изследване, цитирано тук, е извършило всички възможни експерименти.

Видът на необходимите доказателства зависи от това дали изследователският въпрос се отнася до молекулярната идентичност, механизма на обработка, специфичността на ензима или биологичната функция.

Освободените фрагменти могат да показват собствена активност

Фрагмент, освободен от пропептидния регион или идентифициран в него, може понякога сам да стане обект на изследвания.

Подходящ пример идва от изследванията върху колагена.

Учените идентифицираха петпептид KTTKS в областта на пропептида на прокоагенеза тип I и изследваха неговата биологична активност в култивирани мезенхимни клетки. Откриха влияние върху производството на колаген и фибреноксин. [8]

Този резултат трябва да бъде описан на ниво, което действително е било демонстрирано.

Конкретен пептиден фрагмент промени измерените параметри, свързани с външната клетъчна мембрана, в експеримент с клетъчна култура.

Това не означава, че пълният пропептид на проколаген, изолираната последователност на KTTKS, химически модифицираните производни на KTTKS и всеки козметичен продукт, съдържащ подобен компонент, са еквивалентни.

Всеки от тези случаи представлява друг експериментален или формулиращ контекст.

Резултатът също така не доказва, че употребата на козметика върху човешката кожа възпроизвежда правилен вътреклетъчен или външен клетъчен процес на преработка на проколаген.

Биологичното произход може да представлява интересна научна основа за изследване на дадена пептидна последователност.

Това обаче не отстранява въпросите относно формулировката, концентрацията, стабилността, проникването, експозицията, действието на готовия продукт и резултатите от изпитванията при хора.

В контекста на козметиката е важно също да се раздели този механизъм от по-широкия въпрос. пептиди за сигнализация в козметичната грижа за кожата, Тъй като произходът на последователността от прекурсор не означава автоматично определено действие на готовия козметичен продукт.

Пропептидите и козметичното наименование „pro-peptide”

Обозначението върху етикета не идентифицира последователността

Терминът „пропептид” върху продукт за устни, серум, крем или друго козметика не само че идентифицира конкретна молекула.

Това може да се отнася до специфичен комплекс от съставки, собствена терминология на производителя, маркетингова концепция или обща декларация относно продукта.

Определянето на това, което всъщност се съдържа в продукта, изисква анализ на списъка с съставките и — ако са налични — на съответните технически документи.

Научно полезното молекулярно идентифициране трябва да определя съставната част, а в подходящи случаи и нейното аминокиселиново съдържание, модификация или химична форма.

Даже еднозначното установяване на самоличността отговаря само на част от въпроса.

Той не определя колко от дадения компонент се съдържа в готовия продукт, дали остава стабилен при съхранение, достига ли до подходящото биологично място или дали цялата формула дава видим ефект при хората.

Присъствието или липсата на свързващ член в наименованието не създава научна гаранция.

Терминът „propeptide”, „pro-peptide” и „propeptide” могат да доведат до частично съвпадащи резултати от търсенето, но появата на някой от тях в наименованието на продукта не трябва автоматично да се тълкува в съответствие с определението за пропептид, използвано в молекулярната биология.

Биологията на предшествениците не потвърждава декларациите за козметиката

Проучването, показващо, че пропептидът помага при фалцирането на ензима, предоставя информация за този ензим и за конкретната експериментална система.

Това не доказва, че козметиката за устни подобрява хидратацията.

По същия начин изследването относно обработката на проколаген не представлява само по себе си доказателство, че готовият крем намалява видимостта на бръчките.

Става дума за различни научни въпроси, изискващи различни видове доказателства.

Полезното козметично изследване трябва да определя готовия формуляр, начина на приложение, популацията, която трябва да бъде изследвана, сравнителен показател, продължителността и оценявания резултат.

Ако декларацията се отнася до влажността, трябва да се използва подходяща методика за оценка на влажността.

Ако става дума за изражението на бръчките, изследването трябва да използва подходящи крайни точки, свързани с външния вид, и да вземе предвид влиянието на овлажняващата основа на продукта.

Ако продукт конкретно декларира влияние върху преработката на прекурсорите, доказателствата трябва да показват съответно биологично събитие, а не просто да се позовават на обща публикация относно биологията на прекурсорите.

Ако изследванията, подкрепящи декларацията, обхващат само пречистени протеини, изчислителни модели или култивирани клетки, формулировката трябва да спазва тези ограничения.

„Проучване в клетъчен модел” не е равносилно на твърдението „е доказано при хора, които използват тази готова формула”.

Три въпроса улесняват оценката на декларацията

Три прости въпроса могат да улеснят оценката както на биологичните, така и на търговските твърдения.

Първото звучи така:

Какво точно е налице?

Това позволява да се определи дали дискусията се отнася до биологичния протеин, дефинираната синтетична последователност, модифицирания протеин, сместа или само търговската терминология.

Второто въпросно е:

Какво експеримент всъщност е проведено?

Това позволява да се определи дали доказателствата идват от изследвания на почистени протеини, клетки, животни, тестове върху съставните части или изследвания върху готовия продукт при хора.

Третото въпросно е:

Отговаря ли измерваният резултат действително на декларирания ефект?

Молекулярното въздействие не е автоматично доказателство за намаляване на бръчките. Повишеното експресиране на лабораторния маркер не е автоматично доказателство за видимо подобрение на външния вид на кожата.

Тези въпроси помагат да се предотврати ситуацията, при която научната терминология замества липсващите доказателства.

Козметиката може много добре да овлажнява кожата, без да съдържа биологичен пептид.

От друга страна, наличието на съединение, свързано с биологичния прекурсор, не гарантира видим ефект.

Готовият продукт може да бъде оценен въз основа на собствените му доказателства, без да е необходимо да се създава неоспорвано тълкувание, основано на активацията на прекурсора.

Такова разграничение позволява точно да се обсъжда както основната биология, така и косвените доказателства, без погрешното предположение, че предлогът „pro” представлява показател за ефективност.

Често задавани въпроси

1. Считат ли се пропептидите за активни хормони?

Не непременно. Много пропептиди представляват сегменти, свързани с прекурсорите, които участват в гъвкавостта на протеините, потискането на активността, структурирането или зреенето, а не в активните хормони. Някои прекурсорни протеини в крайна сметка водят до образуването на хормони, но други зреят до ензими, структурни протеини, растежни фактори или други биологични молекули. Обработката на проколаген и гъвкавостта на субтилзинин показват много различни функции на пропептидите. [6][1] Следователно, дали конкретен пропептид показва хормонална активност, трябва да бъде определено за тази конкретна молекула, а не да се извлича от самото определение.

2. Определя ли обозначението „pro-peptide” върху етикета на продукта конкретна молекула?

Не. Самото определение „пропептид” не осигурява еднозначна молекулярна идентификация. Може да означава търговска концепция, марков комплекс, маркетингов термин или собствено определение на съставния елемент, използвано от производителя, а не биологично дефиниран прекурсор сегмент. За да се установи коя съставка действително присъства, е необходим списък с съставните елементи и съответна техническа документация. Дори след установяване на идентичността е необходимо доказателство за готовия продукт, за да се определи дали осигурява декларирания ефект. Наименованието на продукта не може да замести нито молекулярната идентификация, нито доказателствата за ефективност.

3. Каква е разликата между пропептида и пробиотика?

Протеинът обикновено е по-голяма прекурсорна молекула, докато пропептидът обикновено означава свързан с зреене сегмент, който се намира в тази прекурсорна молекула или се отделя по време на неговото преработване. Терминологията може да варира между семействата на протеините, поради което са важни границите на секвенцията и определенията, използвани в конкретното изследване. Пропептидът също може да изпълнява важна функция преди деградацията, въпреки че не се съдържа в крайното зрело протеин. Следователно, използването на протеин и пропептид като точни синоними може да затрудни разбирането на описания механизъм на преработката.

4. Едва ли сигналният пептид е същият като пропептидът?

Не. Сигналният пептид по принцип помага да се насочи новосинтезираното протеин към подходящия вътреклетъчен път, докато пропептидът по-често участва в последващото узряване, фалдиране, инхибиране, свързване или активиране. Обажда се и в един и същ препробаленд, но изпълнява различни функции. Структурните изследвания за разпознаване на сигнала описват вътреклетъчния механизъм на насочване на протеините, а не функцията на узряването на всеки пропептид. [3] Затова трябва да се определи конкретна последователност и етап на обработка, вместо да се предполага, че всеки отстраняван регион изпълнява същата функция.

5. Защо клетките произвеждат прекурсори, а не само зрели протеини?

Производството на прекурсорните молекули позволява на клетките да координират много аспекти на биологията на протеините, включително тяхното насочване, фалдиране, транспортиране, сглобяване и момента на постигане на биологична активност. Някои протеини може да се нуждаят от оставане в неактивна или ограничена форма до момента на достигане на подходящото място или получаване на подходяща триизмерна структура. Изследванията на пропептида показват, че пропептидът може да подпомага фалдирането, като в същото време блокира ензима преди завършването на процеса на зреене. [1] Това е очевидна биологична полза за прекурсорната организация, въпреки че различните протеини използват различни стратегии за зреене.

6. Активира ли рязането винаги протеина?

Не. Резитбата може да активира молекулата, да я деактивира, да доведе до образуването на междинна форма или да създаде фрагменти с различни или несигурни функции. Дори след резитбата, отстраненият сегмент може понякога да остане нековалентно свързан с зрелия участък и да продължи да ограничава активността му. Изследванията на тайното TGF-β показват защо функционалната активация може да изисква нещо повече от просто прекъсване на пептидното свързване в прекурсора. [7] Затова активирането трябва да бъде потвърдено с подходящи функционални доказателства, а не да се прави извод за него само въз основа на резитбата.

7. Могат ли да се образуват няколко пептида от един прекурсор?

Да. Един прекурсор може да съдържа няколко региона, от които в крайна сметка се образуват различни пептидни продукти. Важен пример е POMC. Експериментите показват, че различни конвертази водят до различни модели на преработка на същия прекурсор. [5] Ензимите, които се обработват в конкретна клетка, влияят върху това кои зрели продукти ще се образуват и в какви пропорции. Серийният прекурсор определя възможните продукти, но сам по себе си не определя кои от тях ще доминират във всяка тъкан или биологична ситуация.

8. Разполагат ли се пропептидите винаги в началото на белтъка?

Не. Сегментите, свързани с прекурсора, могат да се намират на различни места в зависимост от структурата на даденото протеин. Проколагенът съдържа крайни пропептиди, включително C-концевия регион, който се отстранява по време на зреенето, докато проинсулинът съдържа вътрешен свързващ регион, който се отстранява по време на образуването на зрела инсулин. [6][4] Постацията е следователно свойство на конкретен прекурсор и не трябва да се приема като такова въз основа на самото предложеното „pro”.

9. Считат ли се пропептидите просто като отпадъчни продукти?

Не. Някои пропептиди изпълняват важни функции преди тяхното отстраняване, а някои освободени фрагменти също са изследвани за тяхната собствена биологична активност. Изследванията на сутизининовата киселина предоставят експериментални примери както за подпомагане на гънкирането, така и за инхибиране на ензима от пропептида. [1] Въпреки това, доказателството за важните функции на някои пропептиди не означава, че всеки освободен сегмент на предшественика има собствено благоприятно действие. Биологичната значимост трябва да се изучава индивидуално, вместо автоматично да се предполага наличието или липсата му.

10. Какво представлява интеркултурното поддържащо протеин?

Внутреклетъчното защитно протеин е регионът на предшественика на протеина, който помага на друга част от същата молекула да приеме правилна триизмерна структура. Пропептидът може да изпълнява такава функция, както беше показано в изследванията върху зреенето на субтилзинина. [2] Този термин описва механизма на сгъстяване на молекулата, а не категорията на козметичните съставки. Доказателството, че един ензим използва пропептид като вътреклетъчно защитно протеин, не означава, че несъвместим пептид или козметичен състав изпълнява същата функция.

11. Използва ли всеки прекурсор същия ензим за преработка?

Не. Различните ензими, които извършват преработката, разпознават различни субстрати и могат да имат различни предпочитания относно местата на разреза. Експериментите с проинсулин и POMC показват различни модели на преработка, свързани с различни конвертации. [4][5] Резултатите могат да бъдат повлияни от наличието на ензим, локалната аминокиселинна последователност, конформацията на протеина, локализацията в клетката и наличието на мястото на разреза. Общото определение „активиращи ензими” не предоставя по-голяма научнозначима информация от посочването на конкретен ензим и прекурсор, които действително са били изследвани.

12. Може ли обработката да се извършва извън клетката?

Да. Някои етапи на преработката на прекурсорите протичат вътреклетъчно. Пример за това е премахването на C-пропептида от прокоагента от BMP-1 при възрастните яйцеклетки. [6] Това се различава от преработката на много от прекурсорите на хормоните в рамките на хормоналния път на секреция. Поради това мястото на преработката зависи от конкретното протеин и трябва да бъде определено експериментално, а не общоприето въз основа на един известен прекурсорски комплекс.

13. Трябва ли пропептидите да бъдат много кратки?

Не. Терминът propeptide описва връзката с зреенето на прекурсора, а не точно определен брой аминокиселини. Пропептидът на субизинин, изследван експериментално, съдържа 77 аминокиселинни остатъка, което показва, че propeptide не трябва да означава много малък пептид, който често се появява в козметичната реклама. [1] Други сегменти, свързани с прекурсорите и prodomeny, могат да се различават значително по дължина и структурна сложност. Самото дължината на секвенцията не позволява да се установи дали дадена структура е биологичен propeptide.

14. Доказва ли откриването на прекурсора наличието на неговия зрелият продукт?

Не. Откриването на прекурсор потвърждава наличието на откритата форма на прекурсор. Това не означава непременно, че преработването е протичало правилно или че се е образувал зрелият, биологично активен продукт. Преработването може да бъде непълно или променено, а зрелият продукт може след това да бъде деградиран. Когато това разграничение е важно, са необходими тестове, които да позволят разграничаване между прекурсорната форма, междинната форма и зрелият продукт. Общата концентрация на протеин не трябва автоматично да се свързва с количеството активен продукт.

15. Едно и също ли е KTTKS с целия пропептид на колаген?

Не. KTTKS е кратка последователност, идентифицирана в региона на пропептида тип I прокоаген, а не целият пропептид. Изследователите изследваха KTTKS в култивирани клетки и описаха влиянието върху производството на външни матриксни компоненти. [8] Тези резултати трябва да останат свързани с точното изследваното секвентиране и експерименталната система. Пълният прекурсорен сегмент, изолираният KTTKS, химично модифицираните производни и готови козметика, съдържаща подобни съставки, са различни материали и не би трябвало автоматично да взаимстват доказателствата си.

16. Достатъчно ли е предвиденото място за рязане, за да бъде потвърден биологичният механизъм?

Не. Предвижданото място на разреза показва вероятната локализация на процеса, но не доказва, че при биологични условия разреза действително се случва именно на това място. Нужни са експерименти, които идентифицират образуваните продукти и свързват тяхното образуване с подходящия ензим и условията. Образуването на протеин и наличието на мястото на разреза също могат да определят дали теоретично разпознаваемото място действително ще бъде обработено. Следователно прогнозите са полезни за създаване и тестване на хипотези, но не трябва да се представят като завършена валидиране на механизма.

17. Какви доказателства могат да подкрепят козметичната декларация относно „про-пептида”?

Неоспоримо идентифицираният компонент заедно с подходящо проектираното изпитване на готовата формула предоставя много по-полезни доказателства от самата терминология. Изпитването трябва да оценява декларирания ефект с използване на подходящ компаратор, подходяща популация, подходящ период на действие и подходяща измервателна методология. Ако декларацията конкретно казва, че козметиката променя активацията или преработката на прекурсора, този механизъм също изисква пряко доказателство. Общата публикация в областта на молекулярната биология относно обработката на протеини, тяхното фалсифициране или активността на прекурсорите на колагена не може самата тя да потвърди действието на отделния продукт за козметика.

Резюме

Пропептидите са важна част от биологичните механизми, благодарение на които много белтъци се приготвят, регулират, транспортират, се сглобяват и подлежат на процес на зреене.

Те не се определят просто от кратката последователност на аминокиселините.

Този термин обаче описва връзката им с предшественика и процеса на неговото зреене.

Индивидуалните пропепти могат да изпълняват много различни функции.

Някои от тях помагат за правилното сгъстяване на протеините.

Други ограничават биологичната активност до съответния етап на зреене.

Някои от тях участват в синтеза на молекулярни структури, докато определени освободени фрагменти могат да показват собствена биологична активност и да стават независими обекти за изследване.

Прекурсорите на хормоните, прекурсорните форми на ензимите, системите на растежните фактори и проколагена показват колко разнообразни могат да бъдат тези механизми.

Особено важно е разграничаването между разрезаване и активация. Прекъсването на пептидния свързване може да промени молекулярната идентичност, без да предизвика незабавно биологична активност. Отпуснатата част може да продължи да бъде свързана с зрелия молекула, разрезаването може да доведе до образуването на междинна форма вместо крайния продукт, а правилното обработване не означава автоматично функционална активност.

По същия начин откриването на прекурсор не потвърждава наличието на зрели продукти.

Тези разлики обясняват защо биологията на предшествениците обикновено се определя въз основа на допълващи се доказателства относно молекулярната идентичност, преработката, ензимната специфичност и биологичната функция.

Терминът, използван в козметиката, изисква отделно тълкуване.

Продуктът, обозначен с обозначението „pro-peptide”, не трябва да съдържа биологичен пропептид, да възпроизвежда естествения процес на преработка на прекурсорите и да предоставя видими козметични ползи.

Първо трябва да се установи реалната самоличност на съставната част.

След това готовия формуляр трябва да бъде оценен въз основа на доказателствата за ефекта, който той действително декларира.

Експериментът с навиването на протеин не доказва овлажняването на кожата.

Изследването на процеса на преработване на проколаген не представлява само по себе си доказателство за намаляване на бръчките.

Експериментът с клетъчна култура относно последователността, произхождаща от прекурсор, не доказва ефективността на готовия козметичен продукт при хора.

Най-полезната принципа е следователно разделянето на молекулярната идентичност, биологичния механизъм, експерименталните доказателства и декларациите относно готовия продукт.

Такова разграничение позволява да се запази научната стойност на знанията за пропептидите, без да се разширяват лабораторните резултати извън онова, което действително е било демонстрирано в експериментите.

Забележка

Този материал има само образователна и научно-информационна цел. Той обяснява въпроси, свързани с прекурсорните протеини, пропептидите, преработката на протеините, разграждането, зреенето и интерпретацията на свързаната с това козметикална терминология.

Това не представлява препоръка относно козметичен продукт, пептиден компонент, хранителна добавка, лечение, формулировка, дозировка или начин на приложение.

Резултатите от лабораторните изследвания, включващи пречистени протеини, прекурсорни комплекси, култивирани клетки, ензими или отделни пептидни фрагменти, не трябва автоматично да се тълкуват като доказателства за клинично или козметично действие на подобни търговски съставки.

Продуктът, който съдържа термина „pro-peptide”, трябва да бъде оценен въз основа на действителния състав и доказателствата за готовия продукт, а не въз основа на предположението, че той възпроизвежда биологичния механизъм, свързан с прекурсора.

Въпроси относно лечението, болестите или индивидуалното здравословно състояние трябва при необходимост да се консултират с подходящо квалифициран здравен работник.

Препратки

1. Ohta, Y., Hojo, H., Aimoto, S., Kobayashi, T., Zhu, X., Jordan, F., & Inouye, M. (1991). Пропептид като вътрешен спомагател: Ренатурация на денатурираната сублитинизна E с синтетичен пропептид [корректиран]. Молекулярна микробиология, 5(6), 1507–1510. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.1991.tb00797.x
2. Yabuta, Y., Takagi, H., Inouye, M., & Shinde, U. (2001). Пътеката за сгъстяване, медиирана от интрамолекулярна шарандерна субстрат: освобождаването на пропептида модулира точността на активация на про-субтилизин. Журнал на Биологичната химия, 276(48), 44427–44434. https://doi.org/10.1074/jbc.M107573200
3. Jomaa, A., Eitzinger, S., Zhu, Z., Chandrasekar, S., Kobayashi, K., Shan, S. O., & Ban, N. (2021). Молекулярният механизъм на разпознаването и предаването на товара от сигналната частица на бозайниците. Cell Reports, 36(2), Член 109350. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109350
4. Smeekens, S. P., Montag, A. G., Thomas, G., Albiges-Rizo, C., Carroll, R., Benig, M., Phillips, L. A., Martin, S., Ohagi, S., & Gardner, P. (1992). Обработка на проинсулин от свързаните с сублитизин пропротеин конвертази – фурин, PC2 и PC3. Вестници на Националната академия на науките на Съединените щати на Америка, 89(18), 8822–8826. https://doi.org/10.1073/pnas.89.18.8822
5. Benjannet, S., Rondeau, N., Day, R., Chrétien, M., & Seidah, N. G. (1991). PC1 и PC2 са протеинови конвертази, способни да разграждат проапиомеланокортина в специфични двойки базови остатъци. Вестници на Националната академия на науките на Съединените щати на Америка, 88(9), 3564–3568. https://doi.org/10.1073/pnas.88.9.3564
6. Кеслър, Е., Тахара, К., Биниаминов, Л., Брюсел, М. & Грийнспан, Д. С. (1996). Бонусморфогенетичен протеин-1: Протеиназата тип I procollagen C. Наука, 271(5247), 360–362. https://doi.org/10.1126/science.271.5247.360
7. Shi, M., Zhu, J., Wang, R., Chen, X., Mi, L., Walz, T., & Springer, T. A. (2011). Латентна структура и активация на TGF-β. Природа, 474(7351), 343–349. https://doi.org/10.1038/nature10152
8. Катаяма, К., Армадериз-Борунда, Дж., Рагху, Р., Канг, А. Х. и Сайер, Дж. М. (1993). Пептид с формула pentapeptide от тип I проколлаген стимулира производството на екстрацелуларна матрица. Журналът на Биологично-химичната академия, 268(14), 9941–9944. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8486721/