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.

Zu ihrer Bildung tragen unter anderem geordnete Verbindungen zwischen den Wasserstoffatomen im Skelett bei.

Sie entstehen jedoch nicht durch die Substitution von Peptidbindungen, die für die primäre Struktur verantwortlich sind.

Dreiteilige Struktur beschreibt die größere, dreidimensionale Struktur eines einzelnen Polypeptidketts.

Quartärstruktur Betrifft die Organisation mehrerer Peptidketten in einem größeren molekularen Komplex.

Eine aus einem einzigen Kettenstrang bestehende Proteine muss also keine viergliedrige Struktur besitzen.

Ebenso muss ein kurzes Peptid nicht alle Ebenen der strukturellen Organisation aufweisen, um bestimmte biologische Eigenschaften zu besitzen.

Zu der Organisation der molekularen Struktur können unter anderem Folgendes beitragen:

• Wasserbindungen;
• elektrostatisches Vorkommen;
• die Auswirkungen von Van der Waals;
• Hydrophobischer Effekt;
• aromatische Wirkungen;
• Die Koordination von Metallionen in bestimmten Molekülen;
• konkavische Seitenverbindungen, wie z. B. disiarczische Brücken.

Die disarsche Zyklen, falls vorhanden, verbinden die Schwefelatome, die aus den Resten der Cystein-Sequenz stammen.

Sie sind chemisch anders als die Peptidbindungen, die den Gliederkettenrahmen bilden.

Synthetische Studien lebendiger pancreas-typischer Trypsin-Inhibitor (BPTI) Sie zeigen gut die Unterschiede zwischen dem Aufbau eines Gliedes und dem Erreichen seiner richtig geformten und aktiven Form.

Chemisch synthetisierte die Forscher eine lineare Sequenz und führten anschließend ein Oxidations- und Faltungsprozeß durch, wodurch ein Material erhalten wurde, das den natürlichen Protein entspricht, was in den beschriebenen strukturellen und funktionellen Analysen nachgewiesen wurde. [9]

Können Peptide eine stabile dreidimensionale Struktur haben?

Ja.

Ein kurzer Rest muss nicht automatisch eine unstrukturierte Struktur aufweisende Substanz bedeuten.

CLN025 bildete in den untersuchten Umgebungen eine Beta-Haarpin-Struktur, während die cyclische Kalat-B1 eine geordnete Architektur zeigte, obwohl nur 29 Restringe vorhanden waren. [1] [2]

Dies sind jedoch Beobachtungen bezüglich bestimmter Moleküle.

Das bedeutet nicht, dass jeder kurze Peptid eine ebenso stabile Struktur bildet.

Ob ein bestimmter Peptid eine ordentliche Konformität aufweist, hängt unter anderem von:

• Sequenzen;
• Interaktionen zwischen den Resten;
• Begrenzungen infolge der Zyklizität;
• Disiarczkowe mosty;
• Lösungsmittels;
• Temperaturen;
• Konzentrationen;
• der Anwesenheit der bindenden Partner;
• chemische Modifikationen.

Das Umfeld kann besonders wichtig sein.

In einer synthetischen Studie Neuropeptid Y, Der 36 Rest enthaltende Teil wurde in einer Lösungsmittelmischung analysiert, die hauptsächlich Trifluorethanol enthielt. In der Nähe des C-Endes wurde ein Helikalsbereich beobachtet, während der N-Endbereich vergleichbar keine regelmäßige Struktur aufwies. [10]

Die Beobachtungen in einem solchen Umfeld sollten nicht als Beweis dafür präsentiert werden, dass das Peptid unter allen biologischen Bedingungen genau die gleiche Struktur aufweist.

Deshalb ist bei der Interpretation der strukturellen Studien darauf zu achten, dass die experimentellen Bedingungen stimmen.

Feststellung:

„Der Peptid hat in den untersuchten Bedingungen eine Helix gebildet”

ist wissenschaftlich genauer als:

„Der Peptid hat immer eine helixförmige Struktur.”.

Haben alle Proteine eine gleiche Struktur?

Nie.

Viele Proteine enthalten stabil geformte Domänen, andere besitzen jedoch weitreichende Regionen, die innerlich unordentlich sind, und einige können in hohem Maße unordentlich sein.

Solche Moleküle treten als dynamische Aggregate verschiedener Konformationen auf, anstatt die ganze Zeit in einer festen dreidimensionalen Struktur zu verbleiben.

Die Studien von KISS1 sind ein direkter Beispiel für diese Situation.

Die Ergebnisse, die mit mehreren experimentellen Methoden erzielt wurden, bestätigten seine innere Unordnung. [3]

Dies zeigt die Einschränkung des vereinfachten Bildes der Bildung, in dem jedes Protein als eine zusammengehörige und stehende Teilchen dargestellt wird.

Das bedeutet jedoch nicht, dass unordentliche Proteine nicht die Fähigkeit besitzen, Organisation, Eigenheiten ihrer Wirkungen oder biologischen Bedeutung zu zeigen.

Das innere Unordnung muss auch von dem unterschieden werden Verfälschung.

Es kann eine natürliche Eigenschaft einer bestimmten Sequenz unter bestimmten Bedingungen darstellen.

Denaturierung hingegen bedeutet eine Störung der existierenden strukturellen Organisation der Moleküle.

Kein dieser Phänomene allein bedeutet selbstverständlich die Hydrolyse von Peptidbindungen oder die Zerlegung der Moleküle in freie Aminosäuren.

Die Funktion hängt von der jeweiligen Teilchenart ab.

Aminosäuren, Peptide und Proteine sind an zahlreichen aufeinanderfolgenden biologischen Prozessen beteiligt, aber die Zugehörigkeit zu einer dieser Kategorien bedeutet nicht notwendigerweise eine gemeinsame Wirkung.

Ein Signalpeptid, ein intramuskuläres Tripeptid, ein Enzym und ein strukturelles Protein können aus Aminosäureresten aufgebaut sein und gleichzeitig völlig unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Beispielsweise wurden in einer physiologischen Studie, an der Menschen beteiligt waren, die Auswirkungen von GLP-1(7–36) Als Inkretin wurde die Reaktion während der Infusion bei sieben Freiwilligen gemessen. [11]

Die Studie betraf eine bestimmte Signalkomponente und ein bestimmtes Experimentierprotokoll.

Dies lässt nicht zu, dass andere Peptide dieselben Effekte hinsichtlich der Insulinsynthese bewirken.

Ein anderes Beispiel ist Glutathion.

Dies ist ein Tripeptid, das an redox-biologischen Prozessen in Zellen beteiligt ist. In einer Studie wurde radioaktiv markierte Wasser verwendet, um die Glutation-Synthese bei Kaninchen zu bestimmen und zu zeigen, dass selbst ein sehr kleiner Peptid als reguliert metabolisch aktives Molekül untersucht werden kann. [12]

Dies war eine Studie zur Biosynthese und nicht eine Studie zur Supplementierung bei Menschen.

Aus wissenschaftlicher Sicht lautet die richtige Frage also:

Was macht diese bestimmte Moleküle oder Sequenz unter welchen Bedingungen und auf Grundlage welcher Beweise?

Die Bezeichnungen „Peptid” und „Protein” helfen, die molekulare Identität zu beschreiben.

Sie beschreiben keine universelle biologische Funktion.

Das Reißen des Zylinders kann seine Identität und seine Aktivität verändern.

Die Hydrolyse führt zu einer Spaltung der Peptidbindungen.

Ein einzelnes Abbauvorgang kann zu kürzeren Peptidketten führen, während eine entsprechend umfassende Hydrolyse letztendlich einzelne Aminosäuren freisetzen kann.

Ein Schnitt eines langen Kettenabschnitts führt normalerweise nicht sofort zu der vollständigen Freisetzung aller verbleibenden Teile des Kettenabschnitts.

Die biologische Verarbeitung von Molekülen kann selektive Spaltung nutzen, um unter anderem:

• Die Aktivierung von Präkursoren;
• Entfernung von Signalsequenzen;
• Die Trennung funktionaler Regionen;
• Erstellung reifer Peptide;
• Beendigung der Aktivität;
• der Bildung von Molekülen mit unterschiedlichen biologischen Funktionen.

Die Untersuchung von Systemin zeigt, warum man nicht davon ausgehen sollte, dass ein Fragment automatisch die Aktivität der Stammzelle aufweist.

Der N-Endbereich war an der Rezeptorbindung beteiligt, während der C-Endbereich für seine Aktivierung erforderlich war. Die untersuchten Fragmente handelten nicht einfach wie die kürzeren Versionen der vollständigen Signalkomponente. [8]

Das Verdauen ist ein weiterer Prozess, bei dem die molekulare Identität verändert wird.

In einer Studie an Menschen wurde nach der Einnahme von Gelatinehydrolysen im Blut bestimmte Peptide aus dem Kollagen nachgewiesen [13].

Dies bestätigt die Präsenz konkreter Fragmente unter den Bedingungen dieser Studie.

Das bedeutet jedoch nicht, dass:

• Jeder von Lebensmitteln stammender Peptid wird in unveränderter Form aufgenommen;
• Jeder Peptidteil durchläuft den Verdauungsprozess;
• Alle Proteinhydrolyseprodukte verhalten sich identisch;
• Die Erkennung eines Peptidfragments allein bestätigt den bestimmten gesundheitlichen Nutzen.

Warum ist die Grenze zwischen einem Peptid und einem Protein nicht eindeutig?

Verschiedene Termine beantworten verschiedene Fragen.

Die Bezeichnungen Peptid, Polypeptid und Protein decken sich teilweise, da sie häufig andere Eigenschaften der Moleküle hervorheben.

Peptid Am häufigsten wird ein relativ kurzer Kettenabschnitt vorgeschlagen.

Polypeptid betont die chemische Natur des Aminosäurekettenwerks.

Protein Meist bezieht sich dies auf eine bestimmte biologische Substanz, ein molekuläres Komplex oder eine Einheit mit einem festgelegten strukturellen und funktionellen Kontext.

Da diese Begriffe auf etwas andere beschreibende Fragen antworten, können ihre Bedeutungen teilweise übereinstimmen.

Das bedeutet jedoch nicht, dass alle Unterschiede verschwinden.

Der freie Aminosäurerest bleibt chemisch gesehen eine andere Substanz als der verknüpfte Kettenabschnitt.

Ein Dipeptid, das aus zwei Resten besteht, ist wesentlich kleiner und strukturell einfacher als ein großes proteinbasiertes Komplex, das aus mehreren Ketten besteht.

Unsicherheit entsteht vor allem dann, wenn versucht wird, etwas zu etablieren. eine universelle numerische Grenze die alle Peptide von allen Proteinen trennt.

Wissenschaftliche Beispiele, die die Grenzen einfacher Regeln zeigen

Diese Beispiele stammen aus strukturellen, synthetischen und biochemischen Studien und nicht aus Publikationen, die einen offiziellen Klassifizierungsgrenzwert festlegen.

Ihr Wert besteht vor allem darin, die Einschränkungen zu zeigen, die von zu vereinfachten Definitionen ausgehen. [1] [2] [3] [7] [9]

Natürliche oder synthetische Herkunft entscheiden nicht über die Klassifizierung

Ein Peptid wird nicht dadurch definiert, dass es im Labor hergestellt wurde.

Analogously, protein wird nicht dadurch definiert, dass es aus einem lebenden Organismus isoliert wurde.

Die Zellen synthetisieren natürlich Peptide und Proteine, während Wissenschaftler viele Aminosäureketten durch:

• chemische Synthese;
• Rekombinierte Expression;
• synthetische Nicht-Zellen;
• Andere kontrollierte Produktionssysteme.

Eine Studie, die die bakterielle Expression in Verbindung mit der Festphasen-Synthese für Sequenzen mit 20–40 Resten verglich, zeigte, dass die Wahl der Produktionsmethode unter anderem von der spezifischen Sequenz und den Forschungsanforderungen abhängt. [5]

Eine Substanz wechselt nicht in eine andere chemische Kategorie, nur weil die Herstellungsweise verändert wurde.

Analog dazu zeigen Studien zu synthetischen BPTI, dass die chemische Synthese zu der Produktion eines Moleküls führen kann, das als Protein eingestuft wird.[9]

Nur der Name synthetisch Es bestätigt nicht die vollständige molekulare Äquivalenz, aber die synthetische Herkunft schließt auch nicht eine Klassifizierung als Protein aus.

Wie genau soll man eine Teilchenbeschreibung angeben?

Eine nützliche wissenschaftliche Beschreibung sollte die Bezeichnung der Moleküle angeben und gegebenenfalls auch:

• die Aminosäuresequenz;
• die Zahl der Restwerte;
• Die Molmasse;
• Informationen darüber, ob die Struktur lineär oder zyklisch ist;
• die Anzahl der Ketten;
• wichtige kovalente Seitenverbindungen;
• chemische oder posttranszraslative Modifikationen;
• strukturelle Eigenschaften experimentell bestätigt;
• eine bestätigte biologische Funktion.

Beispielsweise die Formulierung:

„Decadesterpesptid, das als Mini-Protein mit einer Beta-Haarpin-Struktur untersucht wurde”

Gibt viel mehr Informationen als die Debatte darüber, ob die Moleküle ausschließlich in die Kategorie der Peptide oder der Proteine eingehen sollen.

Ebenso der Begriff:

„Interne Proteine sind unordentlich”

Es ist eine wissenschaftlich korrekte Beschreibung und keine Widersprüchlichkeit.[1][3]

Diese Unterscheidung ist besonders wichtig bei der Interpretation von Behauptungen über biologische Wirkungen.

Die Beweise bezüglich eines einzelnen Peptids können nicht automatisch auf ein anderes übertragen werden, nur weil beide Moleküle aus kurzen Aminosäureketten bestehen.

Die Klassifizierung gibt uns an, welche Art von Molekül wir zu tun haben. Um festzustellen, was genau eine bestimmte Moleküle bewirkt, sind jedoch Untersuchungen über diese Sequenz und diese molekularen Formen erforderlich.

Häufig gestellte Fragen

1. Sind alle Peptide Proteine?

Nein. Peptide und Proteine haben eine gemeinsame chemische Grundlage in Form von Aminosäureketten, aber nicht jeder Peptide wird als Protein eingestuft. Kurze Ketten werden in der Regel als Peptide bezeichnet, während der Begriff „Protein” auch den biologischen, strukturellen und historischen Kontext berücksichtigt. CLN025 zeigt, warum eine strikte Grenze schwer festzulegen ist: Die Forscher beschreiben diese zehngliedrige Sequenz als ein Mini-Protein mit einer geordneten Beta-Haarpinstruktur. Dies bedeutet jedoch nicht, dass jeder kurze Peptid ein Protein ist. Es zeigt lediglich, dass die Begriffe teilweise übereinstimmen und dass keine einzelne Restzahl alle Klassifizierungsfälle löst. [1]

2. Sind Peptide das gleiche wie Aminosäuren?

Nein. Aminosäuren sind einzelne Moleküle, während Peptide Aminosäurenreste enthalten, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Die Verbindung von Aminosäuren führt zu der Bildung einer Teilchenkombination mit einer eigenen Sequenz, Kettengliedern, kovalenten Bindungen und chemischen Eigenschaften. Es handelt sich also nicht nur um eine Mischung aus ursprünglichen Aminosäuren. Studien an Systemin zeigen die Bedeutung einer bestimmten Sequenz: verschiedene Teile eines verbundenen Proteins beteiligten sich unterschiedlich an der Bindung und Aktivierung des Rezeptors. Die Ergebnisse beziehen sich auf ein bestimmtes Pflanzenorganismus, illustrieren jedoch gut die allgemeine Grundregel, dass die Identität eines Proteins von seiner verbundenen molekularen Struktur abhängt. [8]

3. Welche Polymere entstehen aus Aminosäuren?

Eine Kette, die durch die Verbindung von Aminosäurenresten durch Peptidbindungen entsteht, wird als Polypeptid. Ein oder mehrere Polypeptidketten können ein Protein bilden, obwohl die Bezeichnung „Polypeptid” selbst keine konkrete räumliche Struktur oder biologische Funktion angibt. In der Literatur wurde dieser Begriff auch für relativ kurze Sequenzen verwendet, die 20–40 Aminosäuren enthalten. Die genaue allgemeine Antwort lautet daher „Polypeptid”, während der Begriff „Protein“ verwendet wird, wenn er einer breiteren biologischen Identität der jeweiligen Moleküle oder Komplexen entspricht. [5]

4. Wie unterscheidet sich ein Aminosäuremolekül von anderen Aminosäuren?

Ein Aminosäuremolekül ist eine einzelne Teilchen, die als Baustein fungiert; die restlichen Aminosäuren sind die entsprechenden Einheiten, die beim Einbau in eine Peptid- oder Proteinkette aktiviert werden. Die Differenz ergibt sich aus ihrer Rolle in den Strukturverbindungen des Skeletts sowie ihrer bestimmten Position in der Sequenz. In strukturellen Studien von Peptiden werden häufig die Positionen der einzelnen Restgruppen erwähnt, da diese Einfluss auf die lokale Geometrie und die molekularen Wechselwirkungen haben. In der Umgangssprache wird der Begriff „Aminosäuren im Protein” verständlich, aber der Begriff „Restaminosäuren” ist chemisch genauer bezüglich des fertigen Rückens. [4]

5. Ist ein Polypeptid immer ein Protein?

Nein. Ein Polypeptid beschreibt vor allem einen Aminosäurekettenstrang und muss nicht automatisch bedeuten, dass die Substanz als Protein eingestuft wird. Dieser Begriff findet in Studien relativ kurzer Moleküle wie die 29-Rest-Kalat B1 Verwendung, sowie in Arbeiten über Sequenzen mit 20–40 Resten. Die Verwendung dieses Begriffs hängt von der Fachrichtung ab, weshalb das Wort „Polypeptid” selbst keine festgelegte Länge, eine bestätigte Verformung oder eine biologische Funktion beschreibt. Es ist am besten, sie als Beschreibung der chemischen Natur des Kettenstrangs zu betrachten und die anderen Eigenschaften anhand der Untersuchungen einer bestimmten Moleküle zu bestimmen. [2] [5]

6. Wie viele Aminosäuren muss ein Protein enthalten?

Es gibt keine einzige minimale Restzahl, die in allen Fällen funktionieren würde. Konventionen, die auf der Länge basieren, sind in der Ausbildung und Klassifizierung nützlich, aber es gibt anerkannte Ausnahmen. CLN025 enthält beispielsweise zehn Reste, obwohl es als ordiniertes Miniball mit einer Beta-Haarpin-Struktur untersucht wurde. Das bedeutet nicht, dass die praktische Unterscheidung zwischen kurzen Peptiden und größeren Proteinen wertlos ist. Es zeigt lediglich, dass es am besten, die tatsächliche Restzahl anzugeben, anstatt einen Grenzwert als universelle Namensregel zu präsentieren. [1]

7. Ist die Grenze von 50 Aminosäuren eine strikte wissenschaftliche Regel?

Nein. Die Grenze bei etwa 50 Resten ist eine praktische Konvention, die in einigen Kontexten angewendet wird, und nicht ein universelles chemisches Gesetz. Die Chemie der Peptidbindungen ändert sich nicht plötzlich beim Übergang von 50 zu 51 Resten. Studien, die kurze Ketten als Mini-Moleküle oder Polypeptide beschreiben, zeigen, dass die Terminologie auch von der Struktur, dem biologischen Kontext und der Forschungstradition abhängen kann. Es kann auch variieren, welche operativen Definitionen in verschiedenen Bereichen verwendet werden. Daher sollte der numerische Grenzwert als Konvention dargestellt werden und nicht als absoluter Grundsatz. [1] [5]

8. Kann ein kurzer Peptidstrang eine stabile Struktur bilden?

Ja. Einige kurze Peptide können unter geeigneten Bedingungen geordnete Strukturen aufnehmen. CLN025 wurde als dreifach-helixförmige Beta-Haarpin untersucht, während die cyclische Kalat-B1 eine geordnete Struktur trotz der Anwesenheit nur von 29 Resten zeigte. Diese Ergebnisse zeigen die Möglichkeiten konkreter Sequenzen und nicht nur aller kurzen Peptide. Die Verflechtung hängt unter anderem von der Sequenz, den molekularen Einschränkungen, dem Lösungsmittel, der Temperatur, dem Konzentrationsniveau und den Modifikationen ab. Die strukturelle Stabilität muss daher bezüglich der jeweiligen Teilchen und des experimentellen Umfelds bewertet werden. [1] [2]

9. Haben alle Proteine eine konstante dreidimensionale Form?

Nein. Einige Proteine oder deren Regionen sind in ihrer Struktur intern unordentlich und treten stattdessen als dynamische Gruppen verschiedener Konformationen auf, anstatt einer dauerhaften, zusammenhängenden Struktur. Die KISS1-Studien haben genau diesen Zustand bestätigt. Das bedeutet nicht, dass alle Proteine unordentlich sind oder dass Unordnung gleichbedeutend mit Schäden ist. Die Struktur von Proteinen reicht vom stabilen, verkrusten Domänenbereich bis hin zu flexiblen Regionen und dynamischen konformativen Gruppen. Die richtige Beschreibung hängt von der jeweiligen Teilchenart und den experimentellen Bedingungen ab. [3]

10. Können zwei Peptide mit der gleichen Länge anders wirken?

Ja. Eine gleiche Anzahl von Resten bedeutet nicht die gleiche Sequenz, Struktur, Chemie oder biologische Aktivität. Die Art der Nebenketten und die Reihenfolge der Aminosäuren beeinflussen die molekularen Reaktionen. Studien an Systemin zeigten, dass verschiedene Fragmente der Sequenz unterschiedlich an der Bindung und Aktivierung des Rezeptors beteiligt waren. Es handelt sich nicht um eine Verknüpfung aller möglichen Peptide mit der gleichen Länge, sondern zeigt, warum die Anzahl der Resten allein nicht die Funktion vorhersehen kann. Gleichzeitig müssen die Sequenz, die Struktur und die direkten experimentellen Daten von zwei verschiedenen Peptiden miteinander verglichen werden. [8]

11. Enthält eine schwerere Moleküle immer mehr Aminosäuren?

Nein. Die Molekularmasse hängt von der Anzahl und Art der Aminosäurereste sowie von der Anwesenheit zusätzlicher chemischer Gruppen ab. Zwei Peptide mit derselben Aminosäuremenge können eine unterschiedliche Molekularmasse aufweisen, da die einzelnen Aminosäuren unterschiedlich schwer sind. Chemische Modifikationen können die Masse zusätzlich erhöhen, ohne die Anzahl der Resten im Skelett zu erhöhen. Die Anzahl der Resten und die Molekularmasse beschreiben daher verschiedene Eigenschaften und jede von ihnen allein legt keine universelle Grenze zwischen einem Peptid und einem Protein fest.

12. Sind alle Proteine aus einem einzigen Proteinstrang aufgebaut?

Nein. Proteine können aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Polypeptidketten bestehen. Die Länge eines einzelnen Kettenabschnitts und die Zusammensetzung des gesamten Proteins sind daher separate Informationen. Ein gutes Beispiel für biologische Verarbeitung ist Insulin: Seine reife Form enthält zwei Ketten, die durch disaccharidische Brücken verbunden sind und sich aus der Verarbeitung von Proinsulins und dem Abbau des Peptids C ergeben. Studien zur Konversionsprodukte unterscheiden diese Formen, anstatt die Vorstufe und die reife Form als identische Moleküle zu betrachten. Daher muss die Anzahl der Restreste angegeben werden, um festzustellen, ob sie sich auf einen einzelnen Kettenabschnitt, alle Ketten, die Vorstufe oder die reife Form beziehen. [6] [7]

13. Funktionieren Peptide und Proteine in gleicher Weise?

Sie können in ähnlichen Bereichen der Biologie beteiligt sein, aber einzelne Moleküle erfüllen unterschiedliche Funktionen. In GLP-1-Studien wurde ein bestimmter Peptid hinsichtlich seiner inkretywischen Aktivität bei Menschen analysiert, während Studien zu Glutathion die Synthese eines Tripeptids bezogen auf die biologische Funktion von redox-prozessen in Zellen umfassten. Dies bedeutet nicht, dass alle Peptide alle diese Funktionen aufweisen; ebenso wie alle Proteine keine einzige gemeinsame Funktion haben, so dass eine wissenschaftlich begründete Vergleiche nur auf spezifische Moleküle, ihre Sequenzen und experimentell bestätigte Eigenschaften anwendbar sind. [11] [12]

14. Bewahrt der Peptidabschnitt die Funktion der Stammzelle bei?

Nicht unbedingt. Die Spaltung kann den Bereich entfernen, der für das Bindungsverhalten verantwortlich ist, den Bereich, der zur Aktivierung benötigt wird, oder einen neuen Abschnitt freilegen oder zu einem Produkt mit völlig anderer biologischer Funktion führen. In der Studie zeigten die Spaltungspartikel nicht einfach die vollständige Verbindung der Bindungs- und Aktivierungsfunktionen der gesamten Substanz wieder. Das Ergebnis hängt von der spezifischen Sequenz ab und kann nicht automatisch auf alle Spaltungsprodukte übertragen werden. Das Fragment muss als eine separate molekulare Form betrachtet werden, die eigene Daten über Struktur und Aktivität erfordert. [8]

15. ändert die Denaturierung das Protein in Aminosäuren?

Nein. Die Dezumulierung stört die höheren Ebenen der strukturellen Organisation des Proteins, erfordert aber definieren eine Aufspaltung seines peptidischen Skeletts. Die Bildung kürzerer Peptide oder freier Aminosäuren erfordert die Hydrolyse von Peptidbindungen, also einen anderen chemischen Prozess. Selbst eine strukturelle Unordnung muss nicht unbedingt zur Degradation führen, wie bei dem intakt gebliebenen, intern unordnen Protein KISS1. In sehr aggressiven Bedingungen kann die Dezumulierung und die chemische Degradation gleichzeitig auftreten, aber es handelt sich weiterhin um separate Prozesse: Der Verlust der Struktur ist nicht gleichbedeut mit dem Abbau eines kovalenten Graphens. [3]

16. Kann ein synthetisches Molekül immer noch ein Protein sein?

Ja. Chemische Synthese schließt die Klassifizierung einer Teilchen als Protein nicht aus. Chemische Forscher synthetisierten ein rinderartiges Pankreas-Trypsin-Inhibitor und erhielten nach entsprechender Oxidation und Faltung ein Material, das den natürlichen Protein in den beschriebenen analytischen und funktionellen Vergleichsbedingungen entspricht, insbesondere hinsichtlich seiner Hemmungsaktivität. Das Ergebnis hing von der korrekten Strukturbildung der Sequenz, der Faltung und der Charakteristik ab und bedeutet nicht, dass jeder synthetische Polypeptid automatisch die richtige Struktur annimmt. Die Klassifizierung wird durch die molekulare Identität und den Kontext bestimmt, während die Herstellungsweise eine separate Eigenschaft darstellt. [9]

17. Sind Nahrungsproteine, Proteinhydrolysate und freie Aminosäuren dasselbe?

Nein. Nahrungsproteine sind größere, zusammengefasste Moleküle; proteinhydrolysate enthalten Mischungen von Abbauprodukten; freie Aminosäuren hingegen sind einzelne Moleküle. Ihre Zusammensetzung und Molekularformen sind daher unterschiedlich. In einer Studie an Menschen wurde in der Blutprobe bestimmte Peptide aus Kollagen nach der Aufnahme von Gelatinehydrolysaten nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass beim Verdauungsprozess und der Aufnahme möglicherweise identifizierbare peptidische Fragmente auftreten können. Die Studie bestätigte jedoch weder das universelle Einzug der gesamten Peptide in unveränderter Form noch die gleichzeitige Wirkung aller Proteinprodukte. [13]

18. Wie unterscheidet sich ein Peptid von einem Polipeptid?

Beide Begriffe beschreiben Ketten von Aminosäureresten, die durch peptidische Bindungen verbunden sind. Der Begriff „Peptid” wird häufig für relativ kurze Ketten verwendet, während „Polypeptid” einen ausgedehnten Aminosäurerest betont und für längere Sequenzen verwendet wird. Es gibt jedoch keinen universellen numerischen Punkt, über den ein Begriff ersetzt werden muss. Studien, die die 29-Restkette der B1-Kala als Polypeptid beschreiben, sowie Arbeiten zu 20–40-restigen Polypeptiden zeigen, dass diese Terminologie übereinstimmt. Die tatsächliche Anzahl der Reste und die molekulare Struktur sind daher informativer als die Annahme einer festen Grenze. [2] [5]

19. Können dieselben Aminosäuren unterschiedliche Peptide bilden?

Ja. Diese gleiche Reihe von Aminosäuren kann zu verschiedenen Peptiden führen, wenn ihre Reihenfolge verändert wird. Beispielweise enthalten Glycylalanin und Alanoglycin Glycin und Alanin, aber eine Umkehrung ihrer Reihenfolge führt zu einer anderen molekularen Struktur. In längeren Peptiden kann eine Änderung der Sequenz die Anordnung der Ladung, der hydrophoben Regionen, der Bindungsflächen und der strukturellen Eigenschaften beeinflussen. Daher hängt die Identität eines Peptids nicht nur von den Aminosäuren ab, die es enthält, sondern auch von ihrer Reihenfolge und der Art der Bindung.

20. Warum ist die Sequenz wichtiger als die Bezeichnung „Peptid” an sich?

Der Begriff „Peptid” beschreibt eine breite chemische Kategorie und nicht eine einzige Art biologischer Aktivität. Zwei Peptide können sich hinsichtlich der Sequenz, der Länge, der Struktur, der Lokalisation, des Verarbeitungsverlaufs und der molekularen Ziele völlig unterscheiden. Studien an Systemin zeigen experimentell, dass selbst verschiedene Regionen einer einzelnen Moleküle unterschiedliche Rollen bei der Bindung und Aktivierung des Rezeptors spielen können. [8] Aus diesem Grund können die Ergebnisse bezüglich eines einzelnen Peptids nicht auf andere übertragen werden, nur weil beide Moleküle in derselben Kategorie stehen. Um die biologische Funktion zu bestimmen, sind Daten über die spezifische Sequenz und die spezifische Moleküle erforderlich.

Begrenzungen der Klassifizierung von Peptiden und Proteinen

Bei der Verwendung der Begriffe Aminosäure, Peptid, Polypeptid und Protein ist man sich jedoch über einige Einschränkungen bewusst.

Zunächst einmal:, Es gibt keine universelle quantitative Grenze zwischen einem Peptid und einem Protein. Ein solcher Grenzwert wie 50 % kann eine nützliche Konvention sein, aber die wissenschaftliche Literatur enthält eindeutige Ausnahmen. [1] [2] [5]

Zweitens:, Die Struktur bildet auch keine einfache Grenze.. Einige kurze Peptide übernehmen eine geordnete Struktur, während einige anerkannte Proteine weitgehend intern ungeordnet bleiben. [1] [2] [3]

Zweitens:, Die Massenzahl und die Restzahl sind verbundene, aber separate Parameter.. Modifikationen, verschiedene Resttypen und die Anwesenheit mehrerer Ketten können die Masse verändern, ohne dass sich dies einfach auf die Länge des einzelnen Kettenabschnitts überträgt.

Viertens, Es ist notwendig, zwischen präkursorischen und reifen Formen zu unterscheiden.. Die biologische Verarbeitung kann die Länge des Rückens, die Art der Bindungen und die molekulare Identität verändern, wie dies beispielsweise bei der Verarbeitung von Proinsulins erfolgt. [6] [7]

Fünfte Frage:, Die Herstellmethode bestimmt nicht die Klassifizierung.. Die natürlichen und chemisch synthetisierten Moleküle können dieselbe grundlegende molekulare Identität aufweisen, sofern ihre Sequenz, Struktur und andere relevante Eigenschaften bestätigt sind. [5] [9]

Zweitens, Die Zugehörigkeit zu einer Kategorie lässt die biologische Wirkung nicht vorhersehen.. Peptide haben nicht nur ein gemeinsames physiologisches Effekt, sondern auch weil sie Peptide sind, ebenso wie alle Proteine nicht nur eine einzige Funktion erfüllen. [8] [11] [12]

Schließlich müssen strukturelle Beobachtungen unter den Bedingungen interpretiert werden, unter denen sie erhoben wurden. Ein Peptid, das in einem bestimmten Lösungsmittel oder Experimentierumgebung eine bestimmte Konformation aufweist, kann unter anderen Bedingungen anders verhalten sein. [10]

Diese Einschränkungen bedeuten nicht, dass die Terminologie nutzlos ist. Sie zeigen jedoch, warum sie am besten zusammen mit einer genaueren Beschreibung der molekularen Eigenschaften verwendet werden sollte.

Zusammenfassung

Aminosäuren, Peptide, Polypeptide und Proteine gehören zu derselben breiten chemischen Hierarchie, beschreiben jedoch unterschiedliche Ebenen der molekularen Organisation.

Aminosäuren Sie sind einzelne Bausteine.

Wenn die restlichen Aminosäuren kovalent durch Peptidbindungen miteinander verbunden werden, entstehen Peptide und Polypeptidketten.

Proteine Sie bestehen aus einem oder mehreren solchen Ketten, die in einem umfassenderen strukturellen und biologischen Kontext betrachtet werden.

Der Übergang von einem Aminosäure zu einem Peptid ist chemisch eindeutig, da die Bildung eines peptidischen Bindungsmoleküls zur Bildung einer neuen, verbundenen Moleküle führt.

Die Grenze zwischen einem Peptid und einem Protein ist deutlich weniger eindeutig.

Die Länge des Rückgratens liefert nützliche beschreibende Informationen, aber es gibt keinen universellen Grenzwert für die Anzahl der Reste, der jede einzelne Teilchen ordnungsgemäß klassifizieren würde. Untersuchungen an dem 10-Rest-Miniballen CLN025, der 29-Rest-Zykloalkaloid B1 und dem intern unordentlich arbeitenden Protein KISS1 zeigen, warum einfache Regeln einen zusätzlichen Kontext erfordern. [1] [2] [3]

Die Struktur legt auch keine universelle Grenze fest. Kurzzeitige Peptide können geordnete Konformationen aufweisen, während einige Proteine einen erheblichen Grad an Unordnung enthalten können.

Ebenso reichen die Massenzahl der Moleküle, ihre natürliche oder synthetische Herkunft sowie ihre biologische Funktion nicht aus, um festzustellen, ob jeder Aminosäurekettenstrang als Peptid oder Protein bezeichnet werden soll.

Deshalb ist in der wissenschaftlichen Kommunikation die genaue Beschreibung am informativsten. eine bestimmte Molekülform:

Ihre Sequenz, die Restzahl, die Architektur, die modifizierten Strukturen, die experimentell beobachtete Struktur, den Verarbeitungszustand und die bestätigten biologischen Eigenschaften.

Die wichtigste Unterscheidung lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Aminosäuren sind Bausteine; Peptidbindungen verbinden diese Bausteine zu Peptiden und Polypeptidketten; Proteine hingegen sind biologische Moleküle, die aus einem oder mehreren solchen Ketten bestehen. Die Grenze zwischen Peptid und Protein ergibt sich jedoch aus der wissenschaftlichen Konvention und dem molekularen Kontext und nicht aus einer universellen Anzahl an Aminosäuren.

Haftungsausschluss

Der Artikel hat ausschließlich pädagogischen und wissenschaftlichen Informationscharakter. Er erläutert die Terminologie, die molekularen Aufbau, die Klassifizierung von Peptiden und Proteinen, die biologische Verarbeitung von Molekülen sowie Beispiele, die aus veröffentlichten Studien stammen. Er stellt keine medizinische, Ernährungsberatung, Heilbehandlungsanweisungen, Produktempfehlungen oder Ratschläge zur Anwendung von Peptiden, Proteinen, Aminosäurenprodukten, Ergänzungsmitteln oder verwandten Substanzen dar. Die Ergebnisse struktureller, biochemischer, Tierversuchs- und Menschenstudien müssen im Kontext der Methoden, Bedingungen und Einschränkungen der einzelnen Arbeiten interpretiert werden.

Referenzen

1. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). Spektroskopische Eigenschaften von VCD des beta-Haarspinnen-bildenden Miniproteins CLN025 in verschiedenen Lösungsmitteln. Biopolymere, 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). Aufklärung der primären und dreidimensionalen Struktur des uterotischen Polypeptids kalata B1. Biochemie, 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). Der Metastaseinhibitormittelpunkt KISS1 ist ein intrinsisch unordnendes Protein, das etwas länger ist als eine zufällige Spirale. PLOS ONE, 12(2), Artikel e0172507. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
4. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptidebindungsverzerreiungen durch Planarität: Neue Erkenntnisse aus quantenmechanischen Berechnungen und Peptid-/Protein-Kristallstrukturen. PLOS ONE, 6(9), Artikel e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
5. Straner, P., Taricska, N., Szabo, M., Toth, G. K., & Perczel, A. (2016). Bakterielle Expression und/oder Festphasen-Peptid-Synthese von 20-40 Aminosäuren langen Polypeptiden und Miniproteinen, der Fallstudie für GPCR-Liganden der Klasse B. Current Protein & Peptide Science, 17(2), 147–155. https://doi.org/10.2174/1389203716666151102105215
6. Linde, S., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). Analyse von Proinsulin und seinen Konversionsprodukten mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie in umgekehrter Phase. 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). Die Insulinsekretor-Granule-Carboxypeptidase H. Die Reinigung und Demonstration ihrer Beteiligung an der Proinsulin-Verarbeitung. Biochemische Zeitschrift, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
8. Meindl, T., Boller, T., & Felix, G. (1998). Das Pflanzenschurwormhormonsystem bindet das N-terminale Teil an seinen Rezeptor, benötigt aber das C-terminale Teil, um aktiv zu werden. The Plant Cell, 10(9), 1561–1570. https://doi.org/10.1105/tpc.10.9.1561
9. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Festphasen-Synthese von bovinem Pankreatin-Trypsin-Inhibitor (BPTI) und zwei Analoga. Eine chemische Methode zur Bewertung der Rolle von Disulfidbrücken bei der Protein-Faltung und -Stabilität. Internationales Journal für Peptide und Proteinforschung, 40(3–4), 194–207. PubMed-Eintrag
10. Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H., & Jung, G. (1992). Neuropeptide Y. Optimierte Festphasen-Synthese und konformationsanalytische Untersuchungen in Trifluorethanol. 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: Ein physiologischer Inkretin im Menschen. 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). Schätzung der Glutathionsynthese mit deuteriertem Wasser: Ein Modell für die Peptidbiosynthese. Analytische Biochemie, 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). Identifizierung von Nahrungsergänzungsprodukten enthaltenden Kollagenpeptiden im menschlichen Blut nach oraler Einnahme von Gelatinehydrolysaten. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p