Peptide vs. Proteine vs. Aminosäuren: Die wichtigsten Unterschiede

Aminosäuren sind die molekularen Grundbausteine, aus denen Peptide und Proteine entstehen. Peptide sind Ketten von Aminosäureresten, die hauptsächlich durch Peptidbindungen verknüpft sind, während Proteine aus einer oder mehreren Polypeptidketten bestehen, deren Sequenz, Struktur, gegenseitige Wechselwirkungen, biologische Verarbeitung und funktioneller Kontext ihre Identität bestimmen. Alle diese Gruppen sind chemisch miteinander verbunden, aber die Begriffe dürfen nicht austauschbar verwendet werden.

Der Unterschied zwischen einer freien Aminosäure und einem Peptid ist relativ einfach zu bestimmen: die Verknüpfung von Aminosäuren über Peptidbindungen führt zur Entstehung eines neuen Moleküls mit einer bestimmten Sequenz und Art der Verknüpfung der Atome. Die Grenze zwischen zwischen Peptid und Protein ist wesentlich weniger eindeutig.

Die Kettenlänge ist ein nützliches Orientierungskriterium. In Lehrmaterialien oder einigen Klassifikationssystemen stößt man beispielsweise auf eine konventionelle Grenze von etwa 50 Aminosäureresten. Die wissenschaftliche Literatur verwendet jedoch kein einziges universelles Limit. Eine Kette aus zehn Resten wurde beschrieben als Miniprotein, wurde ein strukturell geordnetes Molekül aus 29 Resten identifiziert als Polypeptid, und einige Proteine können in einem stark ungeordneten Zustand vorliegen, anstatt eine einzige stabile, kompakte Struktur anzunehmen. [1] [2] [3]

Diese Beispiele zeigen ein wichtiges Prinzip: Die Länge der Sequenz liefert wichtige Informationen, reicht aber allein nicht aus, um jede Aminosäurekette eindeutig zu klassifizieren..

Um besser zu unterscheiden Peptide, Polypeptide und Proteine, lohnt es sich, mehrere Eigenschaften gleichzeitig zu berücksichtigen:

• die Anzahl der Aminosäurereste;
• ich sekwencję;
• ob das Molekül linear, cyclisch, verzweigt oder mehrkettig ist;
• Art der kovalenten Bindungen;
• experimentell bestätigte Struktur;
• posttranslationelle oder chemische Modifikationen;
• Biologisches Verfahren zur Behandlung von Partikeln;
• die in der wissenschaftlichen Literatur für ein bestimmtes Molekül verwendete Terminologie.

In diesem Artikel erklären wir, wie Aminosäuren, Peptide, Polypeptide und Proteine miteinander zusammenhängen, wie die Kettenlänge die verwendete Terminologie beeinflusst, auf welche Weise Peptidbindungen Ketten bilden und warum das Wissen der Sequenz, der molekularen Architektur und der experimentell bestätigten Eigenschaften ist informativer als der Name der Kategorie selbst.

Wie unterscheiden sich Aminosäuren, Peptide und Proteine?

Aminosäuren sind die einzelnen Bausteine

Typisch Aminosäure enthält ein zentrales Kohlenstoffatom, das an eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Wasserstoffatom und eine variable Seitenkette gebunden ist.

Genau diese Seitenkette unterscheidet eine Aminosäure von einer anderen.

Unter den in vielen biologischen Umgebungen herrschenden Bedingungen liegen Amin- und Carboxylgruppen oft in geladenen Formen vor. Die gängige, neutrale Strukturformel, die in der Grundlagenchemie verwendet wird, ist daher eine nützliche Art der Darstellung einer Aminosäure, muss aber nicht unbedingt ihren vorherrschenden Ionenstatus unter allen biologischen Bedingungen widerspiegeln.

Die Seitenketten der einzelnen Aminosäuren unterscheiden sich unter anderem durch:

• Größe;
• elektrischer Ladung;
• Polarität;
• Hydrophobizität;
• mit der Fähigkeit zur Wasserstoffbrückenbindung;
• räumlichen Eigenschaften;
• chemischer Reaktivität.

Glycin hat beispielsweise ein einzelnes Wasserstoffatom als Seitenkette und ist daher strukturell kleiner als die anderen Standardaminosäuren. Cystein hingegen enthält eine Seitenkette mit einem Schwefelatom, das an der Bildung von Disulfidbrücken beteiligt sein kann.

Andere Aminosäuren können aromatische, saure, basische, polare oder überwiegend unpolare Seitenketten enthalten.

Diese Unterschiede helfen zu verstehen, warum der Austausch einer Aminosäure gegen eine andere die Eigenschaften eines Peptids oder Proteins verändern kann. Das Molekülrückgrat mag zwar weiterhin über dieselbe Art von Peptidbindungen verknüpft sein, aber die chemischen Eigenschaften, die sich aus dem Vorhandensein spezifischer Seitenketten ergeben, ändern sich.

Eine Aminosäure kann auch unabhängig von einem Peptid oder Protein vorkommen und am Stoffwechsel teilnehmen.

Freie Aminosäuren sind eigene Moleküle.

Nach dem Einbau in eine Peptid- oder Proteinkette werden die einzelnen Einheiten genauer als Aminosäurereste.

Im alltäglichen Sprachgebrauch ist die Aussage, dass ein Protein eine „Kette von Aminosäuren” ist, verständlich. Aus Sicht der Strukturchemie ist jedoch die Bezeichnung „Kette von Aminosäureresten” präziser, da der Einbau einer Aminosäure in die Kette ihren chemischen Kontext verändert.

Peptide enthalten Aminosäuren, die durch Peptidbindungen verbunden sind

In einem typischen Peptidrückgrat ist das Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe, die von der Carboxylgruppe eines Restes stammt, mit dem Stickstoffatom verbunden, das an den nächsten Rest gebunden ist.

Diese kovalente Amidbindung wird genannt Peptidbindung.

Die Verknüpfung zweier Reste führt zur Entstehung Dipeptid.

Drei Reste bilden Tripeptid.

Vier bilden Tetrapeptid, und eine weitere Verlängerung der Kette führt zur Entstehung immer längerer Peptide und Polypeptide auf Basis desselben allgemeinen chemischen Grundgerüsts.

Das entstehende Molekül ist mehr als nur eine Ansammlung seiner Bestandteile.

Eine Mischung aus separaten Glycin- und Alaninmolekülen unterscheidet sich chemisch von einem Dipeptid. Glycylalanin.

Das verbundene Molekül hat:

• eine bestimmte Sequenz;
• definierte kovalente Bindungen;
• bestimmte Endgruppen;
• ihre eigene Molekularmasse;
• mögliche Konformationen;
• chemische Eigenschaften, die sich von denen der einzelnen Aminosäuren unterscheiden.

Die Umkehrung der Reihenfolge führt zur Entstehung alanyloglicyny.

Glycylalanin und Alanylglycin enthalten dieselben Arten von Aminosäuren, haben jedoch eine unterschiedliche Sequenz.

Dieses einfache Beispiel zeigt eines der Grundprinzipien der Peptidchemie:

Die Aminosäurezusammensetzung ist nicht dasselbe wie die Aminosäuresequenz.

Peptidbindungen besitzen zudem charakteristische strukturelle Eigenschaften. Ihr Elektronensystem schränkt die Rotation um die Kohlenstoff-Stickstoff-Bindung im Rückgrat ein, während benachbarte Bindungen für einen großen Teil der konformationalen Flexibilität der Kette verantwortlich sind.

Experimentelle und rechnerische Untersuchungen zeigen, dass die Peptidgruppe annähernd planar ist, obwohl geringe Abweichungen von der idealen Planarität möglich sind. [4]

Proteine enthalten eine oder mehrere Polypeptidketten

Unter einem Protein versteht man im Allgemeinen ein biologisches Makromolekül, das aus eines oder mehrerer Polypeptidketten.

Diese Ketten können bilden:

• schwarze globuläre Strukturen;
• längliche Strukturen;
• membranenbezogene Strukturen;
• flexible Regionen;
• intern unstrukturierte Regionen;
• Komplexe, die aus mehreren Ketten bestehen;
• Kombinationen verschiedener Strukturelemente.

Einige Proteine enthalten auch gebundene Kohlenhydrate, Lipide, Metallionen, prosthetische Gruppen, kovalente Modifikationen oder andere damit verbundene Bestandteile.

Die Bezeichnung eines bestimmten Moleküls als Protein vermittelt daher im Allgemeinen mehr Informationen als die bloße Feststellung des Vorhandenseins von Peptidbindungen.

Dieser Begriff platziert das Molekül in einem breiteren strukturellen und biologischen Kontext.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass jedes als Protein bezeichnete Molekül Folgendes haben muss:

• eine bestimmte Mindestlänge;
• eine dauerhaft steife Struktur;
• nur eine Polypeptidkette;
• enzymatische Aktivität;
• eine bestimmte Art von biologischer Funktion.

Ein gutes Beispiel ist das KISS1-Protein.

Die Forscher nutzten unter anderem die Kernspinresonanz und die Röntgenkleinwinkelstreuung, um KISS1 als ein intrinsisch ungeordnetes Protein zu charakterisieren, das etwas stärker gestreckt ist als ein typischer statistischer Polymerknäuel. Seine Klassifizierung als Protein hängt somit nicht vom Vorhandensein einer einzigen kompakten und stabilen Struktur ab. [3]

Aminosäuren, Peptide und Proteine – ein Vergleich

Die Tabelle zeigt konventionelle Unterschiede und zieht keine einzige formale Grenze, die für alle Moleküle gilt.

Beispiele für kurze geordnete Moleküle und intrinsisch unvollständige Proteine zeigen, wo vereinfachte Definitionen einer zusätzlichen Erklärung bedürfen. [1] [2] [3]

Welches Polymer entsteht aus Aminosäuren?

Wenn viele Aminosäurereste durch ein sich wiederholendes, Peptidbindungen enthaltendes Rückgrat verknüpft werden, entsteht Polypeptid.

Ein Protein kann aus einer einzigen Polypeptidkette oder aus mehreren zu einer größeren Struktur verbundenen Ketten bestehen.

Diese Begriffe betonen daher etwas andere Merkmale:

Polypeptid bezieht sich vor allem auf die chemische Struktur der Kette;

Protein Es beschreibt normalerweise ein vollständiges biologisches Molekül oder einen molekularen Komplex.

Diese Unterscheidung ist beim Lesen wissenschaftlicher Publikationen nützlich.

In einer Arbeit beschreiben die Autoren möglicherweise die Synthese eines Polypeptids, bevor sie dessen räumliche Struktur oder biologische Aktivität bestimmen. In einer anderen analysieren sie möglicherweise ein Protein, das aus mehreren Polypeptidketten zusammengesetzt ist.

In keinem dieser Fälle bedeutet dies eine Änderung der zugrundeliegenden Chemie der Aminosäuren.

In einer Studie, die die bakterielle Expression mit der Festphasen-Peptidsynthese verglich, wurden 20- bis 40-Reste analysiert „Polypeptide und Miniproteine”. Die verwendete Terminologie zeigt, dass sich diese Begriffe je nach Länge, strukturellen Eigenschaften und wissenschaftlichem Kontext teilweise überschneiden können. [5]

Kettenlänge und Klassifizierung

Was bedeuten Dipeptid, Tripeptid, Oligopeptid und Polipeptid?

Dipeptid enthält zwei Aminosäurereste.

Tripeptid enthält drei.

Analog entsprechend enthalten ein Tetrapeptid und ein Pentapeptid vier bzw. fünf Reste.

Diese Bezeichnungen erlauben es, die Anzahl der Reste genau zu bestimmen, wenn sie sich auf die gesamte analysierte Kette beziehen.

Oligopeptid bedeutet in der Regel eine relativ kurze Kette.

Polypeptid betont das Vorhandensein zahlreicher Aminosäurereste in einer einzigen Kette und wird oft, wenn auch nicht immer, auf längere Sequenzen angewendet.

Die zahlenmäßigen Grenzen zwischen Begriffen wie Oligopeptid, Peptid und Polipeptid variieren je nach Disziplin und Veröffentlichung.

Daher ist die tatsächliche Sequenz oder die von den Autoren angegebene Anzahl von Resten zuverlässiger, als anzunehmen, dass alle Forscher dieselbe Konvention anwenden.

In einer typischen unverzweigten, linearen Kette, die enthält und der Rest vorkommend:

n − 1 Peptidbindungen im Rückgrat.

Das Tripeptid enthält also drei Reste, aber zwei Peptidbindungen.

Eine offene Kette aus zehn Resten hat neun solche Bindungen.

Diese Abhängigkeit betrifft eine einzelne offene Kette.

Ein durch die Verknüpfung von N- und C-Terminus geschlossenes cyclisches Peptid weist eine zusätzliche Bindung auf, die das Rückgrat schließt, weshalb es bei n Resten n Peptidbindungen im Rückgrat enthält.

Die Bindungen zwischen den Seitenketten müssen separat analysiert werden.

Bilden 50 Aminosäuren die Grenze zwischen einem Peptid und einem Protein?

Länge ca. 50 Aminosäurereste sie wird als praktische Leerkonvention genutzt, um Peptide von Proteinen zu unterscheiden.

Dies ist jedoch kein universelles chemisches Gesetz.

Der Übergang von 50 zu 51 Resten führt zu keiner plötzlichen chemischen Veränderung, die ein Peptid automatisch in ein Protein verwandeln würde.

Einzelne Wissenschaftszweige wenden diese Begriffe etwas unterschiedlich an, und einige Moleküle behalten historisch übernommene Namen bei, die nicht einem einfachen numerischen Limit entsprechen.

Ein gutes Beispiel dafür ist CLN025.

CLN025 enthält lediglich zehn Reste, und dennoch bezeichneten ihn die Forscher als Miniprotein und analysierten seine Beta-Haarnadel-Struktur mittels Spektroskopie und Molekulardynamik. Die geringe Länge hinderte ihn nicht daran, unter den untersuchten Bedingungen eine geordnete Konformation einzunehmen. [1]

Das bedeutet nicht, dass jedes aus zehn Resten zusammengesetzte Peptid als Protein bezeichnet werden muss.

Sie zeigt jedoch, warum allzu kategorische Aussagen wie:

„Jedes Protein enthält mehr als 50 Aminosäuren”

oder

„Jede Kette, die kürzer als 50 Aminosäuren ist, ist ein ungeordnetes Peptid”

sind eine zu starke Vereinfachung.

Ein genauerer Ansatz besteht darin, die Anzahl der Reste als eines von mehreren Merkmalen zu behandeln, die das Molekül beschreiben.

Ein kurzes Peptid kann auch als Polypeptid bezeichnet werden

Ein weiteres gutes Beispiel ist Kalata B1.

In der ursprünglichen Strukturstudie wurde dieses 29-Reste umfassende Pflanzenmolekül beschrieben als Polypeptid, ihr cyclisches Grundgerüst wurde bestätigt und ihre dreidimensionale Struktur untersucht. [2]

Sie verbindet also:

• eine vergleichsweise kurze Sequenz;
• zyklische Skelettarchitektur;
• zusätzliche kovalente Einschränkungen;
• geordnete räumliche Struktur.

Der Begriff Polypeptid muss daher nicht unbedingt ein sehr großes Molekül bedeuten.

Je nach Kontext kann dies einfach unterstreichen, dass es sich bei dem analysierten Molekül um eine Kette von Aminosäureresten handelt.

Deshalb lohnt es sich bei der Interpretation wissenschaftlicher Literatur, die tatsächliche Sequenz, die Anzahl der Reste, die molekulare Architektur und die experimentellen Ergebnisse zu überprüfen, anstatt der verwendeten Bezeichnung allein eine zusätzliche Bedeutung zuzuschreiben.

Die Anzahl der Reste und die Molekularmasse sind zwei verschiedene Maßstäbe

Die Anzahl der Restklassen bestimmt, Wie viele Aminosäureeinheiten befinden sich in dem Molekül.

Die molekulare Masse beschreibt hingegen die Masse eines gesamten Moleküls auf molekularer Ebene.

Diese Werte sind miteinander verbunden, aber nicht äquivalent.

Die einzelnen Aminosäurereste haben unterschiedliche Massen. Zwei Ketten mit derselben Anzahl von Resten können daher unterschiedliche Molekulargewichte haben, wenn sie sich in ihrer Sequenz unterscheiden.

Chemische Modifikationen können ebenfalls die Masse beeinflussen.

Die Anlagerung eines Kohlenhydrats, eines Lipids, einer Phosphatgruppe, einer Endgruppe oder eines anderen Bestandteils kann die Molekülmasse erhöhen, ohne dass sich die Anzahl der Aminosäuren im Molekülgerüst erhöht.

Ein Protein kann zudem aus mehreren Ketten bestehen.

Die Gesamtzahl der Reste im gesamten Protein kann sich daher von der Länge jeder einzelnen Kette unterscheiden.

Eine präzise wissenschaftliche Beschreibung sollte angeben, ob der angegebene Wert Folgendes betrifft:

• Länge einer Kette;
• der Gesamtzahl der Reste im Komplex;
• Molekulargewicht einer einzelnen Kette;
• Masse des gesamten Molekülkomplexes.

Keiner dieser Parameter allein bestimmt die biologische Aktivität oder die Qualität der Belege für die angegebene Wirkung des Moleküls.

Es ist die tatsächliche Molekülform zu berücksichtigen, auf die sich die Analyse bezieht

Der Vorläufer und seine Stoffwechselprodukte sollten nicht automatisch als dieselbe Molekülsequenz betrachtet werden.

Zum Beispiel Proinsulin wird über Zwischenformen zu Insulin und C-Peptid verarbeitet.

Eine analytische Übersicht über die Proinsulin-Abbauprodukte verdeutlicht, warum die Unterscheidung dieser Formen bei der Interpretation der Messergebnisse von Bedeutung ist. [6]

Untersuchungen des in den insulinproduzierenden Granula vorkommenden Enzyms zeigten zudem im verwendeten Test eine selektive Entfernung basischer Reste aus Substraten, die aus Proinsulin stammten, ohne dass das reife Insulin weiter abgebaut wurde. [7]

Es handelte sich um ein Experiment zur biochemischen Verarbeitung und nicht um einen Beweis dafür, dass alle Peptide demselben Spaltungsmuster unterliegen.

Wenn in einer Veröffentlichung die Länge, das Gewicht, die Konzentration oder die Aktivität eines Peptids angegeben wird, sollte daher geklärt werden, ob sich der untersuchte Wert auf Folgendes bezieht:

• Vorläufers;
• indirekte Form;
• reife Peptid;
• des bei der Spaltung entstandenen Fragments;
• einer Kette eines mehrkettigen Moleküls;
• des vollständigen molekularen Komplexes.

Ohne eine solche Unterscheidung können sich zwei wissenschaftlich korrekte Beschreibungen scheinbar widersprechen, obwohl sie sich in Wirklichkeit auf verschiedene Formen desselben oder eines verwandten Moleküls beziehen.

Struktur, Faltung und biologische Funktion

Primärstruktur: Alles beginnt mit einer Sequenz

Die Primärstruktur bezeichnet die Aminosäuresequenz und, in einer umfassenderen chemischen Beschreibung, auch die relevanten kovalenten Bindungen.

Die Art und Reihenfolge der Reste bestimmen, welche Seitenketten vorhanden sind und an welchen Stellen des Gerüsts sie sich befinden.

Eine Sequenz darf daher nicht mit der Zusammensetzung gleichgesetzt werden.

Zwei Ketten können genau dieselben Arten und Anzahlen von Aminosäuren enthalten und diese dennoch in einer anderen Reihenfolge angeordnet sein.

Eine Änderung der Reihenfolge kann sich unter anderem auf Folgendes auswirken:

• Lastverteilung;
• Anordnung der hydrophoben Regionen;
• lokale Flexibilität;
• mögliche Anordnungen von Wasserstoffbrückenbindungen;
• die Tendenz, bestimmte Sekundärstrukturen zu bilden;
• Erkennung durch andere Moleküle;
• biologische Aktivität.

Die vollständige Sequenz enthält also wesentlich mehr Informationen als eine einfache Auflistung der im Molekül vorhandenen Aminosäuren.

Sequenzveränderungen können sich auch auf den Zusammenhang zwischen der Bindung des Moleküls und der biologischen Reaktion auswirken.

In der Studie des pflanzlichen Signalpeptids Systeme Es wurde gezeigt, dass verschiedene Regionen der Sequenz auf unterschiedliche Weise an der Rezeptorbindung und dessen Aktivierung beteiligt waren. Das vollständige Molekül und seine kürzeren Fragmente waren funktionell nicht gleichwertig. [8]

Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur

Sekundärstruktur beschreibt sich wiederholende lokale Strukturen des Skeletts, wie beispielsweise Alpha-Helixen und Beta-Faltblätter.

Ich powstawaniu sprzyjają między innymi uporządkowane układy wiązań wodorowych w szkielecie.

Nie powstają one jednak poprzez zastąpienie wiązań peptydowych odpowiedzialnych za strukturę pierwszorzędową.

Struktura trzeciorzędowa opisuje szerszą, trójwymiarową organizację pojedynczego łańcucha polipeptydowego.

Struktura czwartorzędowa odnosi się do sposobu organizacji kilku łańcuchów polipeptydowych w większym kompleksie molekularnym.

Białko zbudowane z jednego łańcucha nie musi więc posiadać struktury czwartorzędowej.

Podobnie krótki peptyd nie musi wykazywać wszystkich poziomów organizacji strukturalnej, aby posiadać określone właściwości biologiczne.

Do organizacji struktury molekularnej mogą przyczyniać się między innymi:

• wiązania wodorowe;
• oddziaływania elektrostatyczne;
• oddziaływania van der Waalsa;
• efekt hydrofobowy;
• oddziaływania aromatyczne;
• koordynacja jonów metali w niektórych cząsteczkach;
• kowalencyjne połączenia poprzeczne, takie jak mostki disiarczkowe.

Mostki disiarczkowe, jeśli występują, łączą atomy siarki pochodzące z reszt cysteiny.

Są chemicznie inne niż wiązania peptydowe tworzące szkielet łańcucha.

Badania syntetycznego bydlęcego trzustkowego inhibitora trypsyny (BPTI) dobrze pokazują różnicę pomiędzy zbudowaniem łańcucha a uzyskaniem jego prawidłowo pofałdowanej i aktywnej formy.

Badacze chemicznie zsyntetyzowali liniową sekwencję, a następnie przeprowadzili proces utleniania i fałdowania, uzyskując materiał odpowiadający naturalnemu białku w opisanych analizach strukturalnych i funkcjonalnych. [9]

Czy peptydy mogą mieć stabilną strukturę trójwymiarową?

Ja.

Krótki łańcuch nie musi automatycznie oznaczać cząsteczki pozbawionej uporządkowanej struktury.

CLN025 tworzył strukturę beta-hairpin w badanych środowiskach, natomiast cykliczna kalata B1 wykazywała uporządkowaną architekturę pomimo obecności zaledwie 29 reszt. [1] [2]

Są to jednak obserwacje dotyczące konkretnych cząsteczek.

Nie oznaczają, że każdy krótki peptyd tworzy równie stabilną strukturę.

To, czy konkretny peptyd przyjmuje uporządkowaną konformację, zależy między innymi od:

• sekwencji;
• oddziaływań pomiędzy resztami;
• ograniczeń wynikających z cykliczności;
• mostków disiarczkowych;
• Lösungsmittels;
• Temperaturen;
• Konzentrationen;
• obecności partnerów wiążących;
• modyfikacji chemicznych.

Szczególnie istotne może być środowisko.

W badaniu syntetycznego neuropeptydu Y, zawierającego 36 reszt, analizowano konformację w mieszaninie rozpuszczalników zawierającej głównie trifluoroetanol. Zaobserwowano region helikalny w pobliżu C-końca, podczas gdy część N-końcowa nie wykazywała porównywalnie regularnej struktury. [10]

Obserwacji dokonanej w takim środowisku nie należy przedstawiać jako dowodu, że peptyd przyjmuje dokładnie tę samą strukturę we wszystkich warunkach biologicznych.

Dlatego podczas interpretacji badań strukturalnych należy zwracać uwagę na warunki eksperymentalne.

Feststellung:

„Peptyd tworzył helisę w badanych warunkach”

jest naukowo bardziej precyzyjne niż:

„Peptyd zawsze ma strukturę helikalną”.

Czy wszystkie białka mają jedną stałą strukturę?

Nie.

Wiele białek zawiera stabilnie pofałdowane domeny, ale inne posiadają rozległe regiony wewnętrznie nieuporządkowane, a niektóre mogą być w dużym stopniu nieuporządkowane.

Takie cząsteczki występują jako dynamiczne zespoły różnych konformacji, zamiast pozostawać przez cały czas w jednej sztywnej strukturze trójwymiarowej.

Badania KISS1 stanowią bezpośredni przykład takiej sytuacji.

Wyniki uzyskane za pomocą kilku metod eksperymentalnych potwierdzały jego wewnętrznie nieuporządkowany charakter. [3]

Pokazuje to ograniczenie uproszczonego modelu edukacyjnego, w którym każde białko przedstawiane jest jako zwarta i nieruchoma cząsteczka.

Nie oznacza to jednak, że białko wewnętrznie nieuporządkowane nie może wykazywać organizacji, swoistości oddziaływań czy znaczenia biologicznego.

Wewnętrzne nieuporządkowanie należy również odróżnić od denaturacji.

Może ono stanowić naturalną właściwość danej sekwencji w określonych warunkach.

Denaturacja oznacza natomiast zaburzenie istniejącej organizacji strukturalnej cząsteczki.

Żadne z tych zjawisk samo w sobie nie oznacza hydrolizy wiązań peptydowych ani rozpadu cząsteczki do wolnych aminokwasów.

Funkcja zależy od konkretnej cząsteczki

Aminokwasy, peptydy i białka uczestniczą w wielu nakładających się procesach biologicznych, ale przynależność do jednej z tych kategorii nie oznacza wspólnego działania.

Peptyd sygnałowy, wewnątrzkomórkowy tripeptyd, enzym i białko strukturalne mogą być zbudowane z reszt aminokwasowych, a jednocześnie pełnić zupełnie odmienne funkcje.

Przykładowo w badaniu fizjologicznym z udziałem ludzi analizowano GLP-1(7–36) jako inkretynę i mierzono odpowiedzi podczas infuzji u siedmiu ochotników. [11]

Badanie dotyczyło określonej cząsteczki sygnałowej i konkretnego protokołu eksperymentalnego.

Nie pozwala ono wnioskować, że inne peptydy wywołują takie same efekty dotyczące wydzielania insuliny.

Innym przykładem jest Glutathion.

Jest to tripeptyd uczestniczący w biologii komórkowych procesów redoks. W jednym z badań wykorzystano znakowaną izotopowo wodę do oszacowania syntezy glutationu u królików, pokazując, że nawet bardzo mały peptyd może być badany jako regulowana metabolicznie cząsteczka. [12]

Było to badanie dotyczące biosyntezy, a nie badanie suplementacji u ludzi.

Z naukowego punktu widzenia właściwe pytanie brzmi więc:

Co robi ta konkretna cząsteczka lub sekwencja, w jakich warunkach i na podstawie jakich dowodów?

Określenia „peptyd” i „białko” pomagają opisać tożsamość molekularną.

Nie określają uniwersalnej funkcji biologicznej.

Rozerwanie łańcucha może zmienić jego tożsamość i aktywność

Hydroliza prowadzi do rozszczepienia wiązań peptydowych.

Pojedyncze rozszczepienie może prowadzić do powstania krótszych łańcuchów peptydowych, natomiast odpowiednio rozległa hydroliza może ostatecznie uwolnić pojedyncze aminokwasy.

Jedno przecięcie długiego łańcucha zazwyczaj nie powoduje natychmiastowego uwolnienia wszystkich jego reszt.

Biologiczne przetwarzanie cząsteczek może wykorzystywać selektywne rozszczepianie między innymi do:

• aktywowania prekursorów;
• usuwania sekwencji sygnałowych;
• oddzielania regionów funkcjonalnych;
• tworzenia dojrzałych peptydów;
• kończenia aktywności;
• powstawania cząsteczek o odmiennych funkcjach biologicznych.

Badanie systeminy pokazuje, dlaczego nie należy zakładać, że fragment automatycznie zachowuje aktywność cząsteczki macierzystej.

Region N-końcowy uczestniczył w wiązaniu receptora, natomiast region C-końcowy był potrzebny do jego aktywacji. Badane fragmenty nie zachowywały się po prostu jak krótsze wersje pełnej cząsteczki sygnałowej. [8]

Trawienie jest kolejnym procesem, w którym zmienia się tożsamość molekularna.

W badaniu z udziałem ludzi wykryto we krwi określone peptydy pochodzące z kolagenu po spożyciu hydrolizatów żelatyny. [13]

Potwierdza to obecność konkretnych fragmentów w warunkach tego badania.

Das bedeutet jedoch nicht, dass:

• każdy peptyd pochodzący z żywności jest wchłaniany w niezmienionej formie;
• każdy fragment peptydowy przeżywa proces trawienia;
• wszystkie hydrolizaty białkowe zachowują się identycznie;
• samo wykrycie fragmentu peptydowego potwierdza określoną korzyść zdrowotną.

Dlaczego granica między peptydem a białkiem nie jest jednoznaczna?

Różne terminy odpowiadają na różne pytania

Określenia peptyd, polipeptyd i białko częściowo się pokrywają, ponieważ często podkreślają inne właściwości cząsteczki.

Peptid najczęściej sugeruje stosunkowo krótki łańcuch.

Polypeptid podkreśla chemiczną naturę łańcucha aminokwasowego.

Białko zwykle odnosi się do określonej biologicznej cząsteczki, kompleksu molekularnego albo jednostki o ustalonym kontekście strukturalnym i funkcjonalnym.

Ponieważ pojęcia te odpowiadają na nieco inne pytania opisowe, ich znaczenia mogą się częściowo nakładać.

Nie oznacza to jednak, że wszystkie różnice znikają.

Wolny aminokwas pozostaje chemicznie inną cząsteczką niż połączony łańcuch.

Dipeptyd złożony z dwóch reszt jest znacznie mniejszy i strukturalnie prostszy od dużego kompleksu białkowego złożonego z wielu łańcuchów.

Niepewność pojawia się przede wszystkim wtedy, gdy próbuje się ustanowić jedną uniwersalną granicę liczbową oddzielającą wszystkie peptydy od wszystkich białek.

Przykłady naukowe pokazujące ograniczenia prostych reguł

Przykłady te pochodzą z badań strukturalnych, syntetycznych i biochemicznych, a nie z publikacji ustanawiającej jeden oficjalny próg klasyfikacyjny.

Ich znaczenie polega przede wszystkim na pokazaniu ograniczeń zbyt uproszczonych definicji. [1] [2] [3] [7] [9]

Naturalne czy syntetyczne pochodzenie nie rozstrzyga klasyfikacji

Peptyd nie jest definiowany przez to, że został wytworzony w laboratorium.

Podobnie białko nie jest definiowane przez to, że zostało wyizolowane z żywego organizmu.

Komórki naturalnie syntetyzują peptydy i białka, natomiast naukowcy mogą otrzymywać wiele łańcuchów aminokwasowych poprzez:

• chemische Synthese;
• ekspresję rekombinowaną;
• syntezę bezkomórkową;
• inne kontrolowane systemy produkcji.

Badanie porównujące ekspresję bakteryjną z syntezą na fazie stałej dla sekwencji zawierających 20–40 reszt pokazało, że wybór metody produkcji zależy między innymi od konkretnej sekwencji i wymagań badawczych. [5]

Cząsteczka nie przechodzi do innej kategorii chemicznej tylko dlatego, że zmieniono sposób jej produkcji.

Podobnie badania syntetycznego BPTI pokazują, że synteza chemiczna może prowadzić do otrzymania cząsteczki klasyfikowanej jako białko. [9]

Samo określenie syntetyczny nie potwierdza pełnej równoważności molekularnej, ale syntetyczne pochodzenie również nie wyklucza klasyfikacji jako białko.

Jak dokładnie opisywać cząsteczkę?

Przydatny opis naukowy powinien podawać nazwę cząsteczki, a w odpowiednich przypadkach również:

• sekwencję aminokwasową;
• liczbę reszt;
• masę cząsteczkową;
• informację, czy struktura jest liniowa czy cykliczna;
• liczbę łańcuchów;
• istotne kowalencyjne połączenia poprzeczne;
• modyfikacje chemiczne lub potranslacyjne;
• właściwości strukturalne potwierdzone eksperymentalnie;
• potwierdzoną funkcję biologiczną.

Przykładowo określenie:

„dziesięcioresztowy peptyd badany jako minibiałko o strukturze beta-hairpin”

przekazuje znacznie więcej informacji niż spór o to, czy cząsteczka musi należeć wyłącznie do kategorii peptydów albo białek.

Podobnie określenie:

„białko wewnętrznie nieuporządkowane”

jest naukowo poprawnym opisem, a nie sprzecznością. [1] [3]

Rozróżnienie to ma szczególne znaczenie podczas interpretowania twierdzeń dotyczących działania biologicznego.

Dowodów dotyczących jednego peptydu nie można automatycznie przenosić na inny tylko dlatego, że obie cząsteczki są krótkimi łańcuchami reszt aminokwasowych.

Klasyfikacja mówi nam, z jakiego rodzaju cząsteczką mamy do czynienia. Do ustalenia, co konkretnie robi dana cząsteczka, potrzebne są natomiast badania dotyczące właśnie tej sekwencji i tej formy molekularnej.

Häufig gestellte Fragen

1. Czy wszystkie peptydy są białkami?

Nie. Peptydy i białka mają wspólną podstawę chemiczną w postaci łańcuchów aminokwasowych, ale nie każdy peptyd jest klasyfikowany jako białko. Krótkie łańcuchy zazwyczaj określa się jako peptydy, natomiast termin „białko” uwzględnia również kontekst biologiczny, strukturalny i historyczny. CLN025 pokazuje, dlaczego ścisła granica jest trudna do ustalenia: badacze opisali tę dziesięcioresztową sekwencję jako minibiałko o uporządkowanej strukturze beta-hairpin. Nie oznacza to jednak, że każdy krótki peptyd jest białkiem. Pokazuje jedynie, że pojęcia częściowo się pokrywają i żadna pojedyncza liczba reszt nie rozwiązuje wszystkich przypadków klasyfikacyjnych. [1]

2. Czy peptydy są tym samym co aminokwasy?

Nie. Aminokwasy są pojedynczymi jednostkami molekularnymi, natomiast peptydy zawierają reszty aminokwasowe połączone wiązaniami peptydowymi. Połączenie aminokwasów prowadzi do powstania cząsteczki mającej własną sekwencję, końce łańcucha, połączenia kowalencyjne i właściwości chemiczne. Nie jest to więc jedynie mieszanina pierwotnych aminokwasów. Badania systeminy pokazują znaczenie określonej sekwencji: różne części połączonego peptydu odmiennie uczestniczyły w wiązaniu i aktywacji receptora. Wyniki dotyczą konkretnego układu roślinnego, ale dobrze ilustrują ogólną zasadę, że tożsamość peptydu zależy od jego połączonej struktury molekularnej. [8]

3. Jaki polimer powstaje z aminokwasów?

Łańcuch powstały poprzez połączenie reszt aminokwasowych wiązaniami peptydowymi określa się jako Polypeptid. Jeden lub więcej łańcuchów polipeptydowych może tworzyć białko, choć samo określenie polipeptyd nie wskazuje konkretnej struktury przestrzennej ani funkcji biologicznej. W literaturze termin ten stosowano również wobec stosunkowo krótkich sekwencji zawierających 20–40 reszt. Najbardziej precyzyjna ogólna odpowiedź brzmi więc „polipeptyd”, natomiast termin „białko” stosuje się, gdy odpowiada on szerszej tożsamości biologicznej danej cząsteczki lub kompleksu. [5]

4. Czym różni się aminokwas od reszty aminokwasowej?

Aminokwas jest pojedynczą cząsteczką stanowiącą jednostkę budulcową, natomiast reszta aminokwasowa to odpowiadająca jej jednostka po włączeniu do łańcucha peptydowego lub białkowego. Różnica wynika z udziału tej jednostki w połączeniach szkieletu oraz jej określonej pozycji w sekwencji. W badaniach strukturalnych peptydów często mówi się o pozycjach poszczególnych reszt, ponieważ wpływają one na lokalną geometrię i oddziaływania molekularne. W języku potocznym określenie „aminokwasy w białku” jest zrozumiałe, ale termin „reszta aminokwasowa” jest dokładniejszy chemicznie w odniesieniu do gotowego łańcucha. [4]

5. Czy polipeptyd zawsze jest białkiem?

Nie. Polipeptyd opisuje przede wszystkim łańcuch aminokwasowy i nie musi automatycznie oznaczać, że cząsteczka jest klasyfikowana jako białko. Termin ten pojawia się w badaniach stosunkowo krótkich cząsteczek, takich jak 29-resztowa kalata B1, a także w pracach dotyczących sekwencji zawierających 20–40 reszt. Sposób użycia pojęcia zależy od dziedziny, dlatego samo słowo „polipeptyd” nie określa stałej długości, potwierdzonego pofałdowania ani funkcji biologicznej. Najlepiej traktować je jako opis chemicznej natury łańcucha, a pozostałe cechy określać na podstawie badań konkretnej cząsteczki. [2] [5]

6. Ile aminokwasów musi zawierać białko?

Nie istnieje jedna minimalna liczba reszt, która sprawdzałaby się we wszystkich przypadkach. Konwencje oparte na długości są przydatne w edukacji i klasyfikacji, ale istnieją uznane wyjątki. CLN025 zawiera na przykład dziesięć reszt, a mimo to badano go jako uporządkowane minibiałko o strukturze beta-hairpin. Nie oznacza to, że praktyczne rozróżnienie pomiędzy krótkimi peptydami a większymi białkami jest bezwartościowe. Pokazuje jedynie, że najlepiej podawać rzeczywistą liczbę reszt zamiast przedstawiać jeden próg jako uniwersalną zasadę nazewnictwa. [1]

7. Czy granica 50 aminokwasów jest ścisłą zasadą naukową?

Nie. Granica około 50 reszt jest praktyczną konwencją stosowaną w niektórych kontekstach, a nie uniwersalnym prawem chemicznym. Chemia wiązań peptydowych nie zmienia się nagle w chwili przejścia od 50 do 51 reszt. Badania opisujące krótkie łańcuchy jako minibiałka lub polipeptydy pokazują, że terminologia może zależeć również od struktury, kontekstu biologicznego i tradycji badawczej. Różne dziedziny mogą stosować odmienne definicje operacyjne, dlatego próg liczbowy powinien być przedstawiany jako konwencja, a nie bezwzględna zasada. [1] [5]

8. Czy krótki peptyd może tworzyć stabilną strukturę?

Tak. Niektóre krótkie peptydy mogą przyjmować uporządkowane struktury w odpowiednich warunkach. CLN025 badano jako dziesięcioresztową strukturę beta-hairpin, natomiast cykliczna kalata B1 wykazywała uporządkowaną architekturę pomimo obecności tylko 29 reszt. Wyniki te pokazują możliwości konkretnych sekwencji, a nie wszystkich krótkich peptydów. Fałdowanie zależy między innymi od sekwencji, ograniczeń molekularnych, rozpuszczalnika, temperatury, stężenia i modyfikacji. Stabilność strukturalną należy więc oceniać w odniesieniu do konkretnej cząsteczki i środowiska eksperymentalnego. [1] [2]

9. Czy wszystkie białka mają stały trójwymiarowy kształt?

Nie. Niektóre białka lub ich regiony są wewnętrznie nieuporządkowane i występują jako dynamiczne zespoły różnych konformacji zamiast jednej trwałej, zwartej struktury. Badania KISS1 potwierdziły właśnie taki stan. Nie oznacza to, że wszystkie białka są nieuporządkowane ani że nieuporządkowanie jest równoznaczne z uszkodzeniem. Struktura białek obejmuje spektrum od stabilnych domen pofałdowanych po elastyczne regiony i dynamiczne zespoły konformacyjne. Właściwy opis zależy od konkretnej cząsteczki i warunków eksperymentalnych. [3]

10. Czy dwa peptydy o tej samej długości mogą działać inaczej?

Tak. Taka sama liczba reszt nie oznacza takiej samej sekwencji, struktury, chemii ani aktywności biologicznej. Rodzaj łańcuchów bocznych i kolejność aminokwasów wpływają na oddziaływania molekularne. Badania systeminy wykazały, że różne fragmenty sekwencji odmiennie uczestniczyły w wiązaniu i aktywacji receptora. Nie jest to porównanie wszystkich możliwych peptydów o tej samej długości, ale pokazuje, dlaczego sama liczba reszt nie pozwala przewidywać funkcji. Porównując dwa peptydy, należy analizować ich sekwencję, strukturę oraz bezpośrednie dane eksperymentalne. [8]

11. Czy cięższa cząsteczka zawsze zawiera więcej aminokwasów?

Nie. Masa cząsteczkowa zależy od liczby i rodzaju reszt aminokwasowych oraz od obecności dodatkowych grup chemicznych. Dwa peptydy zawierające tę samą liczbę reszt mogą mieć różną masę, ponieważ poszczególne aminokwasy różnią się masą. Modyfikacje chemiczne mogą dodatkowo zwiększać masę bez zwiększania liczby reszt w szkielecie. Liczba reszt i masa cząsteczkowa opisują więc różne właściwości i żadna z nich sama nie wyznacza uniwersalnej granicy pomiędzy peptydem a białkiem.

12. Czy każde białko składa się tylko z jednego łańcucha?

Nie. Białka mogą zawierać jeden lub kilka powiązanych ze sobą łańcuchów polipeptydowych. Długość pojedynczego łańcucha i skład kompletnego białka są więc odrębnymi informacjami. Dobrym przykładem biologicznego przetwarzania jest insulina: jej dojrzała postać zawiera dwa łańcuchy połączone mostkami disiarczkowymi, powstające w wyniku przetwarzania proinsuliny i usunięcia peptydu C. Badania produktów konwersji rozróżniają te formy zamiast traktować prekursor i dojrzały hormon jako identyczne cząsteczki. Podając liczbę reszt, należy więc określić, czy dotyczy ona jednego łańcucha, wszystkich łańcuchów, prekursora czy dojrzałej postaci. [6] [7]

13. Czy peptydy i białka pełnią takie same funkcje?

Mogą uczestniczyć w podobnych obszarach biologii, ale poszczególne cząsteczki pełnią różne funkcje. W badaniach GLP-1 analizowano określony peptyd pod kątem aktywności inkretynowej u ludzi, natomiast badania glutationu dotyczyły syntezy tripeptydu uczestniczącego w biologii komórkowych procesów redoks. Nie oznacza to, że wszystkie peptydy wykazują którekolwiek z tych działań, podobnie jak wszystkie białka nie mają jednej wspólnej funkcji. Naukowo uzasadnione porównanie powinno dotyczyć konkretnych cząsteczek, ich sekwencji i eksperymentalnie potwierdzonych właściwości. [11] [12]

14. Czy fragment peptydu zachowuje funkcję cząsteczki macierzystej?

Niekoniecznie. Rozszczepienie może usunąć region odpowiedzialny za wiązanie, region potrzebny do aktywacji, odsłonić nowy fragment lub doprowadzić do powstania produktu o zupełnie innej funkcji biologicznej. W badaniu systeminy fragmenty nie odtwarzały po prostu pełnego połączenia właściwości związanych z wiązaniem i aktywacją receptora obserwowanych dla całej cząsteczki. Wynik zależy od konkretnej sekwencji i nie można go automatycznie przenosić na wszystkie produkty rozszczepienia. Fragment należy traktować jako odrębną formę molekularną wymagającą własnych danych dotyczących struktury i aktywności. [8]

15. Czy denaturacja zmienia białko w aminokwasy?

Nie. Denaturacja zaburza wyższe poziomy organizacji strukturalnej białka, ale z definicji nie wymaga rozerwania jego szkieletu peptydowego. Powstanie krótszych peptydów lub wolnych aminokwasów wymaga hydrolizy wiązań peptydowych, czyli innego procesu chemicznego. Samo nieuporządkowanie strukturalne również nie musi oznaczać degradacji, czego przykładem jest nienaruszone, wewnętrznie nieuporządkowane białko KISS1. W bardzo agresywnych warunkach denaturacja i degradacja chemiczna mogą zachodzić jednocześnie, ale nadal są to odrębne procesy: utrata pofałdowania nie jest tym samym co rozerwanie kowalencyjnego łańcucha. [3]

16. Czy syntetyczna cząsteczka nadal może być białkiem?

Tak. Synteza chemiczna nie wyklucza klasyfikacji cząsteczki jako białka. Badacze chemicznie zsyntetyzowali bydlęcy trzustkowy inhibitor trypsyny, a po odpowiednim utlenieniu i fałdowaniu uzyskali materiał odpowiadający naturalnemu białku w opisanych porównaniach analitycznych i funkcjonalnych, w tym pod względem aktywności hamującej. Wynik zależał od prawidłowego zbudowania sekwencji, fałdowania i charakterystyki i nie oznacza, że każdy syntetyczny polipeptyd automatycznie przyjmuje właściwą strukturę. O klasyfikacji decyduje tożsamość molekularna i kontekst, natomiast sposób produkcji jest odrębną cechą. [9]

17. Czy białka spożywcze, hydrolizaty białkowe i wolne aminokwasy są tym samym?

Nie. Białka spożywcze są większymi połączonymi cząsteczkami, hydrolizaty białkowe zawierają mieszaniny produktów rozszczepienia, natomiast wolne aminokwasy są pojedynczymi jednostkami molekularnymi. Ich skład i formy molekularne są więc różne. W badaniu z udziałem ludzi wykryto we krwi określone peptydy pochodzące z kolagenu po spożyciu hydrolizatów żelatyny, pokazując, że w procesie trawienia i wchłaniania mogą występować możliwe do zidentyfikowania fragmenty peptydowe. Badanie nie potwierdziło jednak uniwersalnego wchłaniania wszystkich peptydów w niezmienionej formie ani równoważnego działania wszystkich produktów białkowych. [13]

18. Czym różni się peptyd od polipeptydu?

Oba terminy opisują łańcuchy reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Określenie „peptyd” jest często stosowane wobec stosunkowo krótkich łańcuchów, natomiast „polipeptyd” podkreśla rozbudowany łańcuch aminokwasowy i bywa używane wobec dłuższych sekwencji. Nie istnieje jednak uniwersalny punkt liczbowy, po którego przekroczeniu jeden termin musi zostać zastąpiony drugim. Badania opisujące 29-resztową kalatę B1 jako polipeptyd oraz prace dotyczące 20–40-resztowych polipeptydów pokazują nakładanie się tej terminologii. Rzeczywista liczba reszt i architektura molekularna są więc bardziej informacyjne niż założenie sztywnej granicy. [2] [5]

19. Czy te same aminokwasy mogą tworzyć różne peptydy?

Tak. Ten sam zestaw rodzajów aminokwasów może prowadzić do powstania różnych peptydów, jeśli zmieni się ich kolejność. Przykładowo glicyloalanina i alanyloglicyna zawierają glicynę oraz alaninę, ale odwrócenie ich kolejności prowadzi do powstania innej sekwencji molekularnej. W dłuższych peptydach zmiana sekwencji może wpływać na rozmieszczenie ładunku, regionów hydrofobowych, powierzchni wiążących i tendencji strukturalnych. Dlatego tożsamość peptydu zależy nie tylko od tego, jakie aminokwasy zawiera, ale również od ich kolejności i sposobu połączenia.

20. Dlaczego sekwencja jest ważniejsza niż samo określenie „peptyd”?

Termin „peptyd” opisuje szeroką kategorię chemiczną, a nie jeden rodzaj aktywności biologicznej. Dwa peptydy mogą całkowicie różnić się sekwencją, długością, strukturą, lokalizacją, sposobem przetwarzania i celami molekularnymi. Badania systeminy pokazują eksperymentalnie, że nawet różne regiony jednej cząsteczki mogą odgrywać odmienne role w wiązaniu i aktywacji receptora. [8] Z tego powodu wyników dotyczących jednego peptydu nie można przenosić na inny tylko dlatego, że obie cząsteczki należą do tej samej kategorii. Do ustalenia funkcji biologicznej potrzebne są dane dotyczące konkretnej sekwencji i konkretnej cząsteczki.

Ograniczenia klasyfikacji peptydów i białek

Podczas stosowania określeń aminokwas, peptyd, polipeptyd i białko należy pamiętać o kilku ograniczeniach.

Po pierwsze, nie istnieje uniwersalna liczbowa granica między peptydem a białkiem. Próg taki jak 50 reszt może być przydatną konwencją, ale literatura naukowa zawiera wyraźne wyjątki. [1] [2] [5]

Po drugie, struktura również nie tworzy prostej granicy. Niektóre krótkie peptydy przyjmują uporządkowane struktury, podczas gdy niektóre uznane białka pozostają w znacznym stopniu wewnętrznie nieuporządkowane. [1] [2] [3]

Po trzecie, masa cząsteczkowa i liczba reszt są powiązanymi, ale odrębnymi parametrami. Modyfikacje, różne rodzaje reszt oraz obecność kilku łańcuchów mogą zmieniać masę bez prostego przełożenia na długość pojedynczego łańcucha.

Po czwarte, należy rozróżniać formy prekursorowe i dojrzałe. Biologiczne przetwarzanie może zmieniać długość łańcucha, sposób połączeń i tożsamość molekularną, czego przykładem jest przetwarzanie proinsuliny. [6] [7]

Po piąte, metoda produkcji nie określa klasyfikacji. Cząsteczki wytwarzane naturalnie i syntetyzowane chemicznie mogą mieć tę samą podstawową tożsamość molekularną, jeśli potwierdzono ich sekwencję, strukturę i inne istotne właściwości. [5] [9]

Po szóste, przynależność do kategorii nie pozwala przewidzieć działania biologicznego. Peptydy nie mają jednego wspólnego efektu fizjologicznego tylko dlatego, że są peptydami, podobnie jak wszystkie białka nie pełnią jednej funkcji. [8] [11] [12]

Wreszcie obserwacje strukturalne należy interpretować w warunkach, w których zostały uzyskane. Peptyd przyjmujący określoną konformację w jednym rozpuszczalniku lub środowisku eksperymentalnym może zachowywać się inaczej w innych warunkach. [10]

Ograniczenia te nie oznaczają, że terminologia jest bezużyteczna. Pokazują natomiast, dlaczego najlepiej stosować ją razem z dokładniejszym opisem właściwości molekularnych.

Zusammenfassung

Aminokwasy, peptydy, polipeptydy i białka należą do tej samej szerokiej hierarchii chemicznej, ale opisują różne poziomy organizacji molekularnej.

Aminosäuren są pojedynczymi jednostkami budulcowymi.

Gdy reszty aminokwasowe zostają kowalencyjnie połączone wiązaniami peptydowymi, powstają peptydy i łańcuchy polipeptydowe.

Proteine składają się z jednego lub kilku takich łańcuchów rozpatrywanych w szerszym kontekście strukturalnym i biologicznym.

Przejście od aminokwasu do peptydu jest chemicznie wyraźne, ponieważ utworzenie wiązania peptydowego prowadzi do powstania nowej, połączonej cząsteczki.

Granica pomiędzy peptydem a białkiem jest znacznie mniej jednoznaczna.

Długość łańcucha dostarcza użytecznych informacji opisowych, ale nie istnieje jeden uniwersalny próg liczby reszt, który prawidłowo klasyfikowałby każdą cząsteczkę. Badania dziesięcioresztowego minibiałka CLN025, 29-resztowej cyklicznej kalaty B1 oraz wewnętrznie nieuporządkowanego białka KISS1 pokazują, dlaczego proste reguły wymagają dodatkowego kontekstu. [1] [2] [3]

Struktura również nie wyznacza uniwersalnej granicy. Krótkie peptydy mogą przyjmować uporządkowane konformacje, natomiast niektóre białka mogą zawierać znaczny stopień nieuporządkowania.

Podobnie masa cząsteczkowa, naturalne lub syntetyczne pochodzenie oraz funkcja biologiczna nie wystarczają samodzielnie do określenia, czy każdy łańcuch aminokwasowy należy nazwać peptydem czy białkiem.

Dlatego w komunikacji naukowej najbardziej informacyjne jest dokładne opisanie konkretnej cząsteczki:

jej sekwencji, liczby reszt, architektury, modyfikacji, eksperymentalnie obserwowanej struktury, stanu przetworzenia oraz potwierdzonych właściwości biologicznych.

Najważniejszą różnicę można podsumować następująco:

aminokwasy są jednostkami budulcowymi; wiązania peptydowe łączą te jednostki w peptydy i łańcuchy polipeptydowe; białka są natomiast biologicznymi cząsteczkami zbudowanymi z jednego lub kilku takich łańcuchów. Granica między peptydem a białkiem wynika jednak z konwencji naukowej i kontekstu molekularnego, a nie z jednej uniwersalnej liczby aminokwasów.

Haftungsausschluss

Artykuł ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Wyjaśnia terminologię, budowę molekularną, klasyfikację peptydów i białek, biologiczne przetwarzanie cząsteczek oraz przykłady pochodzące z opublikowanych badań. Nie stanowi porady medycznej, żywieniowej, wskazówki dotyczącej leczenia, rekomendacji produktu ani porady dotyczącej stosowania peptydów, białek, produktów aminokwasowych, suplementów lub powiązanych substancji. Wyniki badań strukturalnych, biochemicznych, badań na zwierzętach i badań z udziałem ludzi należy interpretować w kontekście metod, warunków i ograniczeń poszczególnych prac.

Referenzen

1. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). VCD spectroscopic properties of the beta-hairpin forming miniprotein CLN025 in various solvents. Biopolymers, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
2. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Elucidation of the primary and three-dimensional structure of the uterotonic polypeptide kalata B1. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
3. Ibanez de Opakua, A., Merino, N., Villate, M., Cordeiro, T. N., Ormaza, G., Sanchez-Carbayo, M., Diercks, T., Bernado, P., & Blanco, F. J. (2017). The metastasis suppressor KISS1 is an intrinsically disordered protein slightly more extended than a random coil. PLOS ONE, 12(2), Article e0172507. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
4. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptide bond distortions from planarity: New insights from quantum mechanical calculations and peptide/protein crystal structures. PLOS ONE, 6(9), Article e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
5. Straner, P., Taricska, N., Szabo, M., Toth, G. K., & Perczel, A. (2016). Bacterial expression and/or solid phase peptide synthesis of 20-40 amino acid long polypeptides and miniproteins, the case study of Class B GPCR ligands. Current Protein & Peptide Science, 17(2), 147–155. https://doi.org/10.2174/1389203716666151102105215
6. Linde, S., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). Analysis of proinsulin and its conversion products by reversed-phase high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r
7. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). The insulin-secretory-granule carboxypeptidase H. Purification and demonstration of involvement in proinsulin processing. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
8. Meindl, T., Boller, T., & Felix, G. (1998). The plant wound hormone systemin binds with the N-terminal part to its receptor but needs the C-terminal part to activate it. The Plant Cell, 10(9), 1561–1570. https://doi.org/10.1105/tpc.10.9.1561
9. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Solid-phase synthesis of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and two analogues. A chemical approach for evaluating the role of disulfide bridges in protein folding and stability. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed record
10. Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H., & Jung, G. (1992). Neuropeptide Y. Optimized solid-phase synthesis and conformational analysis in trifluoroethanol. European Journal of Biochemistry, 206(1), 39–48. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1992.tb16899.x
11. Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glucagon-like peptide-1 7-36: A physiological incretin in man. The Lancet, 2(8571), 1300–1304. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(87)91194-9
12. Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). Estimating glutathione synthesis with deuterated water: A model for peptide biosynthesis. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042
13. Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). Identification of food-derived collagen peptides in human blood after oral ingestion of gelatin hydrolysates. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p