Peptiidid: mis need on, kuidas need toimivad ja kuidas neid liigitatakse

Peptiidid on molekulid, mis koosnevad peptiidsidemetega ühendatud aminohapetest. Mõned neist osalevad rakkudevahelises suhtluses, teised aitavad kaasa kaitseks mikroorganismide vastu ning kolmandad tekivad suuremate valkude töötlemise või lagunemise käigus. Sõna „peptiid” kirjeldab laia molekulide kategooriat – see ei tähenda ühte konkreetset ainet, millel oleks üks kindel funktsioon.

Teadusuuringud näitavad seda suurt mitmekesisust hästi. Teadlased analüüsisid muu hulgas looduslikult esinevat inimese soolehormooni, taimest eraldatud tsüklilist peptiidi ning väikeseid peptiidifragmente, mida tuvastati veres pärast valgu hüdrolüsaadi tarbimist. Selliste molekulide õigeks mõistmiseks ei piisa seega teadmisest, et need on „peptiidid”. Olulised on ka nende aminohappejärjestus, molekulaarstruktuur, päritolu, keemilised modifikatsioonid, bioloogiline kontekst ning nende uurimiseks kasutatud eksperimentaalsed meetodid. [1] [2] [3]

See mitmekesisus selgitab ka seda, miks üldised väited, nagu „peptiidid teevad X”, võivad olla eksitavad. Kaks molekuli võivad kuuluda peptiidide hulka, kuid samal ajal oluliselt erineda pikkuse, kuju, stabiilsuse, bioloogilise eesmärgi, rakusisese asukoha ja funktsiooni poolest. Ühe peptiidi kohta saadud tulemusi ei saa automaatselt üle kanda teisele ainult sellepärast, et mõlemad kuuluvad samasse molekulide kategooriasse.

Käesolevas artiklis selgitame peptiidide keemia aluseid, nende rolli bioloogilistes süsteemides ning erinevaid klassifitseerimisviise. Samuti eristame seda, mida konkreetsetes uuringutes otseselt mõõdeti, laiematest järeldustest, mille kinnitamiseks oleks vaja täiendavaid tõendeid.

Mis on peptiidid?

Peptiidid on omavahel ühendatud aminohapped

Aminohapped on põhilised osakesed, millest moodustuvad peptiidid ja valgud. Kui need ühendatakse peptiidsidemetega, moodustavad nad ühe molekuli, mitte eraldi komponentide segu. Iga sellisesse molekulisse sisseehitatud aminohappeühikut nimetatakse aminohappejäägiga.

Seda võib võrrelda sõna moodustavate tähtedega. Üksikud tähed on koostisosad, kuid alles nende kindel järjekord moodustab konkreetse sõna. Samamoodi määratletakse peptiidi selle aminohappejääkide järjekorra ning selle täieliku struktuuri moodustavate sidemete ja modifikatsioonide kaudu. Ainult teadmine sellest, millised aminohapped on olemas, ei piisa molekuli identiteedi kindlaksmääramiseks.

Näiteks võivad kaks peptiidi sisaldada sama aminohapete kogumit, kuid need võivad olla järjestatud teises järjekorras. Sel juhul moodustavad need erinevad molekulijärjendid ja neil võivad olla erinevad füüsikalised, keemilised või bioloogilised omadused.

Peptiidsideme tekkimine on eksperimentaalselt uuritud keemiline protsess. Stachelhaus ja tema kolleegid analüüsisid, kuidas mitteribosomaalses peptiidisünteesis osalevad ensüümide komponendid moodustasid kahest jäägist koosneva saaduse. Pakutud katalüütilise koha muutmine takistas kondensatsioonireaktsiooni toimumist uuritud eksperimentaalses süsteemis. Uuring näitab, et peptiidi tekkimine nõuab kindlat keemilist mehhanismi – aminohapped ei moodusta kindlat peptiidi ainuüksi sellepärast, et nad asuvad üksteise kõrval. [4]

Tähtaeg peptiid Seega viitab see ühendatud keemilisele struktuurile. Seda ei tohiks kasutada sünonüümina aminohapetele, valgu toidulisandile ega mis tahes aminohappeid sisaldavate ainete segule.

Peptiid, polipeptiid ja valk — seotud mõisted

Mõistet „peptiid” kasutatakse tavaliselt suhteliselt lühikese aminohappeahela kohta. „Polüpeptiid” rõhutab ahelat, mis sisaldab paljusid aminohappejääke, samas kui „valk” tähistab tavaliselt ühest või mitmest polüpeptiidahelast koosnevat bioloogilist molekuli.

Need mõisted kattuvad osaliselt ning puudub üks üldkehtiv aminohapete jääkide arv, mis moodustaks nende vahel absoluutse piiri.

Seda näitab ka teaduskirjandus ise. Saether ja tema kolleegid kirjeldasid kalatat B1 kui 29-jäägist „polüpeptiidi”, samas kui Mierke ja tema kolleegid uurisid 36-jäägist inimese neuropeptiidi Y. Molekuli keemiline koostis ei muutu täielikult ainult sellepärast, et üks autor nimetab seda peptiidiks ja teine polüpeptiidiks. [2] [5]

Mõnedes õppematerjalides kasutatakse peptiidide ja valkude eristamiseks ligikaudseid arvulisi väärtusi. Sellised lihtsustused võivad õppimisel kasulikud olla, kuid neid ei tohiks käsitleda absoluutse keemilise seadusena. Kasutatavat terminoloogiat mõjutavad ka molekuli voldumine, selle bioloogiline töötlemine, funktsioon ja ajalooline nimetus.

Seetõttu annab täpne kirjeldus, mis hõlmab aminohapete tegelikku järjestust ja arvu, sageli rohkem teavet kui kategooria nimetus ise. Erinevust peptiidi ja valgu vahel ei tohiks samuti käsitleda kui hierarhiat, mis kajastab keerukust, bioloogilist tähtsust, toime tugevust või uuringute kvaliteeti.

Lühike peptiid võib avaldada väga spetsiifilist bioloogilist aktiivsust, samas kui märksa suurem valk võib täita hoopis teistsugust struktuurilist või ensümaatilist funktsiooni. Molekuli pikkus on vaid üks selle omadustest.

Mõiste „peptiid” iseenesest ei selgita, kuidas molekul toimib

Mitte kõik peptiidid ei ole hormoonid, antimikroobsed ained, signaalmolekulid ega ravimid, samuti ei avalda nad bioloogilist aktiivsust ühtmoodi. Need on täiendavad omadused, mida tuleb konkreetsete molekulide puhul tõendada.

Isegi ühe uurimisvaldkonna piires võivad väga sarnased järjestused käituda erinevalt.

Näiteks katsetes, kus võrreldi süsteemiini – taimset signaalpeptiidi – täismolekuli selle lühemate fragmentidega, leiti, et fragmentid ei tekitanud sama reaktsiooni, mida täismolekuli puhul täheldati. Üks fragmentidest toimis uuritud süsteemides isegi vastupidiselt täismolekulile. See on otsene meeldetuletus, et täismolekuli tulemusi ei saa automaatselt üle kanda selle fragmendile ainult sellepärast, et neil on sarnane nimetus. [6]

Sama põhimõte kehtib ka laiemalt. Ühe aminohappe jäägi muutmine, järjestuse lühendamine, lõpprühma modifitseerimine, molekuli tsükliseerimine või mõne muu keemilise modifikatsiooni tegemine võib muuta peptiidi käitumist.

Seetõttu on teaduslikust seisukohast kõige kasulikum küsimus harva lihtsalt järgmine:

„Mida peptiidid teevad?”

Palju täpsem on järgmine küsimus:

„Mida teeb see konkreetne peptiid, millel on kindel järjestus ja struktuur, antud eksperimentaalsetes tingimustes?”

See eristus on peptiidide uuringute õige tõlgendamise seisukohalt ülioluline.

Millest koosnevad peptiidid?

Aminohapete jäägid ja peptiidiraamistik

Peptiidid sisaldavad ahelat, mis koosneb ühendatud aminohappejääkidest. Tüüpilises peptiidsidemes on ühe aminohappe karboksüülrühmast pärineva karbonüülrühma süsiniku aatom seotud teise aminohappe aminorühmast pärineva lämmastiku aatomiga.

Iga aminohappe jääk sisaldab ka külgahelat, mida keemilises valemis tähistatakse sageli kui R-rühm, mis aitab määrata molekuli omadusi.

Külgahelad ei ole pelgalt vahetatavad lisandid. Erinevused elektrilises laengus, polaarsuses, suurus, hüdrofoobsuses, aromaatsuses ja keemilises reaktiivsuses mõjutavad peptiidi käitumist lahuses ning selle vastastikmõjusid teiste molekulidega.

Peptiidi struktuur hõlmab seega nii korduvat põhiketti kui ka selle külge seotud keemiliselt erinevaid rühmi.

Mõned külgahelad võivad tekitada täiendavaid vastasmõjusid sama molekuli sees või seda ümbritsevate molekulidega. Need vastasmõjud võivad mõjutada molekuli struktuuri, lahustuvust, molekulaarset tunnustamist, vastasmõju membraanidega ning muid eksperimentaalselt mõõdetavaid omadusi.

LL-37, inimese organismi kaitsega seotud peptiidi uuringutes analüüsiti seost selle järjestuse, kokkuklapitumise, isekorraldumise ja membraanidega toimuva vastastikmõju vahel. Võrdlus sugulase, reesusahvi peptiidiga näitas uuritud tingimustes erinevat käitumist. Tulemused rõhutavad molekuli struktuuri detailide tähtsust, selle asemel et eeldada, et sarnased peptiidid peavad toimima identselt. [7]

Peptiidi suund: N-ots ja C-ots

Tüüpilisel lineaarsel peptiidil on kaks keemiliselt erinevat otsa.

N-lõpp tähistab ahela aminootsa, samas kui C-lõpp — selle karboksüülots.

Peptiidijärjestusi kirjutatakse tavaliselt N-otsast C-otsa suunas. Suund on oluline, sest jääkide järjekorra pööramine toob kaasa teistsuguse molekulijärjestuse tekkimise.

Näiteks ei ole hüpoteetiline peptiid Ala-Gly-Ser keemiliselt identne peptiidiga Ser-Gly-Ala, kuigi mõlemad sisaldavad alanüüli, glütsiini ja seriinit.

See konventsioon võimaldab teadlastel järjestusi ühtselt kirjutada ning on eriti oluline peptiidide, nende fragmentide, prekursorjärjestuste ja sünteetiliste variantide võrdlemisel.

Molekuli otsrühmad võivad samuti läbida keemilisi modifikatsioone. Kui sellised modifikatsioonid esinevad, tuleks neid peptiidi kirjelduses arvesse võtta, kuna molekuli otsade keemiline koostis võib mõjutada molekuli omadusi.

Jada ja kolmemõõtmeline struktuur

Jada määrab aminohappejääkide järjestuse peptiidis. Kolmemõõtmeline struktuur kirjeldab aga selle ühendatud molekuli paigutust ruumis. Need on omavahel seotud andmed, kuid ei tähenda sama asja.

Jada näitab, millised jäägid on omavahel seotud ja millises järjekorras. Struktuurianalüüs võib lisaks paljastada kortsumisi, keerusid, helixeid, silmuseid, rõngaid, disulfiidsildu ja muid ruumilisi omadusi.

Mierke ja tema kolleegid viisid läbi inimese neuropeptiidi Y keemilise sünteesi ning analüüsisid seejärel selle konformatsiooni mitme meetodi abil, sealhulgas tuumamagnetresonantsspektroskoopia abil. Struktuuriuuringud viidi läbi kindlas lahustisegus. Seega kirjeldavad tulemused peptiidi just nendes konkreetsetes tingimustes ega tohiks esitada tõendina selle kohta, et molekul võtab igas bioloogilises keskkonnas täpselt sama struktuuri. [5]

Peptiidi konformatsioon võib sõltuda muu hulgas lahusti koostisest, temperatuurist, pH-st, ioonilisest keskkonnast, kontsentratsioonist, teiste molekulide olemasolust ning membraanikeskkonnast.

Seega võib täielik teaduslik kirjeldus nõuda järjestuse, keemiliste modifikatsioonide, katsetingimuste ja kasutatud mõõtmismeetodi esitamist.

Aminohappejada ise ei sisalda kogu teavet, mida struktuuriuuringutest saadakse.

Liinikettid, rõngad ja lisaliitmikud

Kõik peptiidid ei ole avatud struktuuriga. Mõned moodustavad suletud rõnga, teised aga sisaldavad täiendavaid sidemeid aminohapete külgahelate vahel.

Mõiste „lineaarne” tähendab avatud ühenduste arhitektuuri, mitte seda, et molekul peab ruumis füüsiliselt sirgeks jääma. Lineaarne peptiid võib painuda, kortsuda ja võtta korrapäraseid konformatsioone.

Tsüklilised peptiidid sisaldavad kovalentselt suletud struktuuri. Ringi moodustumise viis võib molekuliti erineda.

Peptiidid võivad samuti sisaldada disulfiidsillad, st kovalentsed sidemed, mis tekivad tavaliselt tsüsteiini jääkide vahel. Sellised sidemed võivad piirata võimalikke ruumilisi paigutusi ja osaleda struktuuri kujunemises.

Kalata B1 on sellise arhitektuuri hea näide. Teadlased eraldasid selle taimest Oldenlandia affinis, määrasid kindlaks selle 29 aminohappejääki ning kinnitasid ensümaatilise lagundamise meetoditega selle skeleti tsüklilise iseloomu. Samuti analüüsisid nad selle kolmemõõtmelist struktuuri ja disulfiidsidemeid. [2]

Need tulemused kirjeldavad selle konkreetse peptiidi struktuuri. Need ei tõesta, et tsüklilised peptiidid oleksid üldiselt aktiivsemad, stabiilsemad, bioloogiliselt olulisemad või kasulikumad kui lineaarsed peptiidid.

Peptiidid võivad tekkida suurematest eelainetest

Bioloogiliselt aktiivne peptiid ei teki alati kohe oma lõplikus vormis. Rakk võib esmalt toota suurema eelainemolekul, mida seejärel töödeldakse edasi, sealhulgas lõhustatakse ja eemaldatakse teatud osad.

See tähendab, et lõpliku peptiidi tekkimise käigus võib esineda mitu omavahel seotud molekulivormi.

Proinsuliin illustreerib seda põhimõtet hästi. Analüüsimeetodite ülevaade kirjeldab proinsuliini muundumist insuliiniks ja C-peptiidiks vahevormide kaudu. Samuti selgitatakse, miks laborimeetodid peavad eristama lähedalt suguluses olevaid eelkäijaid ja muundunud molekule, selle asemel et käsitleda neid ühe parameetrina. [8]

Esialgsed eksperimentaalsed uuringud pakuvad üksikasjalikumat näidet. Davidson ja Hutton isoleerisid roti insuliinoomi koest ensüümi, mis suutis eemaldada proinsuliinist pärinevatest substraatidest aluselisi aminohappejääke, mille tulemusena tekkis insuliin. Kasutatud testis ei põhjustanud ensüüm küpsenud insuliini edasist lagunemist. Tulemus toetab selektiivse töötlemise kontseptsiooni, kuigi kudede päritolu ja eksperimendi laboratoorne iseloom piiravad ühe uuringu laiemat tõlgendamist. [9]

Prekursorite töötlemine näitab veel üht olulist põhimõtet: ühes bioloogilises ahelas osalevaid sugulasi molekule ei tohiks automaatselt pidada üksteisega asendatavateks. Eelühend, vaheühend, lagundamisel tekkinud fragment ja lõppprodukt võivad omada erinevaid struktuure ja bioloogilisi omadusi.

Kuidas tekivad peptiidid?

Peptiidid võivad tekkida mitmete erinevate bioloogiliste ja laboratoorsete protsesside tulemusel.

Paljudes bioloogilistes süsteemides tekivad peptiidijärjestusi sisaldavad eelmolekulid järgmisel viisil: ribosomaalne translatsioon, mille käigus geneetiline informatsioon määrab lõplikult aminohapete järjestuse tekkivas ahelas. Tekkinud prekursor võib seejärel läbida ensümaatilise lõhustumise ja muud translatsioonijärgsed modifikatsioonid.

Muud peptiidid tekivad protsessi käigus peptiidide mitte-ribosomaalne süntees, milles spetsialiseerunud ensüümsüsteemid ühendavad aminohapetest pärinevaid koostisosi, ilma et kasutataks ribosomi traditsioonilisel viisil. Stachelhausi ja tema kolleegide uuringud on eksperimentaalne näide sellises süsteemis sidemete tekkimise mehhanismi analüüsist. [4]

Peptiide saab laboris saada ka järgmisel viisil: keemiline süntees. See võimaldab teadlastel valmistada ette kindlaid järjestusi struktuurilisteks, biokeemilisteks, analüütilisteks ja muudeks katseteks.

Valmistamismeetod kirjeldab molekuli tekkimise protsessi. See ei määra aga iseenesest, kas peptiid on bioloogiliselt aktiivne, kliiniliselt kasulik, looduslikult esinev või sobiv konkreetsele kasutusotstarbele.

Millist rolli täidavad peptiidid organismis?

Ei ole olemas ühtegi funktsiooni, mis oleks ühine kõigile peptiididele.

Konkreetse peptiidi bioloogiline roll sõltub selle järjestusest, struktuurist, kontsentratsioonist, asukohast, molekulaarsest sihtmärgist, töötlemisviisist ja ümbritsevast bioloogilisest keskkonnast.

Mõned peptiidid edastavad signaale rakkude vahel

Mõned peptiidid toimivad bioloogiliste signaalainetena. Nende toime sõltub signaali vastuvõtvatest rakkudest ning vastavate molekulaarsete süsteemide olemasolust, mis suudavad sellele reageerida.

Seega ei ole signaal ainult peptiidi enda omadus — oluline on ka seda ümbritsev bioloogiline kontekst.

Inimestel läbi viidud uuringus analüüsisid Kreymann ja tema kolleegid GLP-1 7-36 amiidi, seedetraktist pärinevat peptiidi. Teadlased tuvastasid selle soolekoes, jälgisid selle kontsentratsiooni muutusi veres pärast toitainete manustamist ning analüüsisid insuliiniga seotud reaktsioone kontrollitud infusioonikatsete käigus. Need tähelepanekud aitasid kindlaks teha selle konkreetse peptiidi füsioloogilist signaalrolli. Need ei tähenda aga, et peptiidid kui tervikuna reguleeriksid veresuhkru kontsentratsiooni. [1]

See eristus on oluline. Ühe peptiidi hormonaalset funktsiooni kinnitavaid tõendeid ei saa üldistada kõigile peptiidsidemeid sisaldavatele molekulidele.

Mõned peptiidid osalevad organismi kaitses

Peptiidid võivad samuti mõjutada mikroorganisme või bioloogilisi membraane.

LL-37 on näide peptiidist, mida on uuritud seoses inimese kaitsemehhanismidega. Katsetes analüüsiti muu hulgas selle iseseisvat organiseerumist ning vastastikmõjusid erinevate membraanikeskkondadega.

Xhindoli ja tema kolleegide uuringud seostasid peptiidi struktuurilist käitumist erinevustega membraanidega suhtlemisel ning bakteriaalsete membraanide läbilaskvusega. See on mehhanistlik tõend – see aitab mõista molekuli käitumist eksperimentaalsetes süsteemides. See ei ole aga iseenesest kliiniline uuring, mis tõendaks LL-37-d sisaldava toote toimet inimestel. [7]

Organismi kaitsemehhanismidega seotud peptiidid illustreerivad hästi, miks molekulaarne kontekst on oluline. Laboritingimustes mikroorganismi või mudelmembraani suhtes täheldatud toime ei tähenda automaatselt tõhusust, ohutust ega kliinilist kasulikkust inimesel.

Mõned peptiidid täidavad rakusiseseid biokeemilisi funktsioone

Mitte iga peptiid ei toimi signaalina, mida edastatakse ühest rakust teise.

Glutatioon on rakusisene tripeptiid, mis osaleb redoksreaktsioonides, st elektronide ülekandega seotud biokeemilistes protsessides.

Cabral ja tema kolleegid uurisid glutatiooni sünteesi küülikutel, kasutades märgistatud vett ja massispektromeetriat. Nende töö keskendus selle molekuli tekke ja taastumise mõõtmisele. See näitab peptiidi, mis osaleb rakusisese ainevahetuses, mitte aga hormooni, mis edastab signaale organite vahel. Tegemist oli metodoloogilise loomkatsuga, mitte tõendiga glutatiooni sisaldava toote tarbimise mõju kohta. [10]

Glutatioon näitab ka seda, miks peptiidi pikkus ei määra selle bioloogilist tähtsust. See koosneb vaid kolmest aminohappejäägist, kuid osaleb sellest hoolimata rakkudes toimuvates põhilistes keemilistes protsessides.

Mõned peptiidid on töötlemise või lagunemise saadused

Peptiidi avastamine bioloogilises proovis ei selgita veel automaatselt, miks see seal on.

See võib täita signaalifunktsiooni, olla töötlemisprotsessi vaheprodukt või tekkida suurema molekuli lagunemise tulemusel.

Proinsuliini uuringutes eristatakse eelkäijaid, vaheprodukte ja lõppprodukte. Toiduainete uuringud on omakorda näidanud peptiidifragmentide esinemist veres pärast želatiini hüdrolüsaatide tarbimist. Tegemist on väga erinevate bioloogiliste kontekstidega, kuigi mõlemad puudutavad peptide. [8] [3]

Seega tuleb avastatud fragmenti tõlgendada, võttes arvesse selle allikat, struktuuri, kontsentratsiooni, esinemisaja ja uurimisküsimust.

Molekuli avastamine on tõend selle olemasolust. See ei ole automaatselt tõend selle bioloogilise funktsiooni kohta.

See eristus on eriti oluline vere, kudede, toiduproovide ja muude keeruliste bioloogiliste materjalide peptiide tuvastavate analüütiliste uuringute tulemuste tõlgendamisel.

Mida need uuringud näitavad – ja mida nad ei tõesta?

Erinevad uuringutüübid annavad vastuseid erinevatele teaduslikele küsimustele.

Struktuurilised meetodid võimaldavad iseloomustada molekuli ehitust. Biokeemilised katsed võimaldavad analüüsida reaktsioone ja molekulaarseid vastasmõjusid. Loomkatsed võimaldavad jälgida bioloogilisi protsesse kogu organismis. Inimestel läbiviidavad füsioloogilised uuringud võimaldavad mõõta osalejate kindlaid reaktsioone.

Need tõendiliigid võivad üksteist täiendada, kuid ei ole omavahel asendatavad.

Kõige olulisem reegel on see, et tõendite kaalukus ja tähtsus sõltuvad küsimusest, millele me püüame vastust leida.

Peptiidi identifitseeriv massispektromeetria tulemus annab vastuse teisele küsimusele kui rakukatses, mis näitab retseptori aktiivsust. Mõlemad omakorda annavad vastuse teistele küsimustele kui kontrollitud uuring inimestega, milles mõõdetakse füsioloogilist või kliinilist mõju.

Kuidas liigitatakse peptideid?

Peptiide saab liigitada mitmel viisil korraga. Ei ole olemas ühtset liigitussüsteemi, mis hõlmaks kõiki nende olulisi omadusi.

Liigitus aminohappejääkide arvu järgi

Pikkusel põhinevad nimetused määravad peptiidis olevate aminohappejääkide arvu.

Dipeptiid sisaldab kahte jääki, tripeptiid kolm, tetrapeptiid neli, ja pentapeptiid viis.

Sellised terminid nagu oligopeptiid i polüpeptiid need kirjeldavad suuruselt laiemad rühmad, kuid nende piirid võivad allikate lõikes erineda.

Nende nimede põhjal ei ole võimalik molekuli funktsiooni ennustada.

Tripeptiid võib osaleda rakusisese ainevahetuses, samas kui pikem peptiid võib toimida signaalmolekulina või võtta kompaktset tsüklilist struktuuri. Glutatioon, neuropeptiid Y ja kalata B1 näitavad erinevaid seoseid pikkuse ja bioloogilise konteksti vahel. [10] [5] [2]

Pikkus annab seega vastuse küsimusele:

„Kui palju aminohappejääke sisaldab molekul?”

Ta ei vasta aga ise järgmisele küsimusele:

„Kuidas see molekul toimib?”

Liigitus struktuuri järgi

Struktuurikirjeldused hõlmavad muu hulgas avatud ahelaga peptide, tsüklilisi peptide ja disulfiidsidemeid sisaldavaid struktuure.

Teadlased võivad kirjeldada ka konkreetseid kortsumismustreid, ristseoseid või keemilisi muudatusi, kui need on analüütiliste meetoditega kinnitatud.

Struktuur ja pikkus annavad vastuseid erinevatele küsimustele. Kalata B1-i võib kirjeldada nii kui 29 jääki sisaldavat molekuli kui ka tsüklilise skelettiga peptiidi. Kumbki neist kirjeldustest ei asenda teist. Samamoodi ei anna peptiidi järjestus üksi kogu olulist teavet selle kolmemõõtmelise struktuuri kohta. [2]

Liigitus bioloogilise rolli järgi

Funktsionaalsed kategooriad hõlmavad muu hulgas peptiidhormoone, neuropeptiide, organismi kaitsemehhanismidega seotud peptiide ning rakusisestes biokeemilistes protsessides osalevaid peptiide.

Need kategooriad võivad osaliselt kattuda ning nende alla kuulumine peaks tulenema konkreetse molekuli kohta esitatud tõenditest.

Viidatud uuringud pakuvad mitmeid näiteid: GLP-1 täidab inimese füsioloogias tõestatud hormonaalset funktsiooni, LL-37-t uuritakse organismi kaitse kontekstis, samas kui glutatioon osaleb rakusisestes redoksiprotsessides. „Peptiid” on lai keemiline määratlus, samas kui funktsionaalne nimetus kirjeldab konkreetset bioloogilist rolli. [1] [7] [10]

Funktsionaalne klassifikatsioon peaks seega põhinema tõenditel, mitte olema järeldatud üksnes järjestuse pikkuse või termini „peptiid” põhjal.

Liigitus päritolu ja tootmisviisi järgi

Peptiide võib kirjeldada ka nende päritolu või tootmisviisi järgi.

Sellised mõisted nagu „inimese päritolu” või „taimne päritolu” viitavad bioloogilisele allikale. „Keemiliselt sünteesitud” kirjeldab aga tootmismeetodit.

Need omadused ei välista üksteist. Laboris on võimalik sünteesida peptiid, mille järjestus esineb looduslikult organismis.

Mierke ja tema kolleegide poolt läbi viidud inimese neuropeptiidi Y süntees illustreerib seda erinevust hästi. Aminohapete järjestus pärines inimese bioloogiast, kuid eksperimentaalne materjal saadi keemiliselt. See ei tähenda, et iga sünteetiline preparaat oleks igas olulises aspektis identne – seetõttu kasutasid teadlased analüütilisi meetodeid saadud materjali iseloomustamiseks. [5]

Teine eristamine puudutab bioloogilist tekkimisviisi. Paljud peptiidahelad tekivad ribosomaalse sünteesi käigus ning neid võib seejärel edasi töödelda. Teised peptiidid koostatakse spetsialiseerunud ensüümsüsteemide poolt väljaspool ribosomi. Stachelhaus ja tema kolleegid uurisid otseselt peptiidsidemete tekkimist sellise mitte-ribosomaalse süsteemi komponentide poolt. See eristus kirjeldab biosünteesi, mitte bioloogilise väärtuse hierarhiat. [8] [4]

Seega võib ühel peptiidil olla korraga mitu õiget nimetust.

Näiteks võib sama molekuli kirjeldada jääkide arvu, tsüklilise struktuuri, bioloogilise päritolu ja eksperimentaalselt kinnitatud funktsiooni alusel.

Klassifikatsioon on kõige kasulikum siis, kui autor määratleb selgelt, millist molekuli omadust ta kirjeldab.

Mida tähendavad mõisted „biopeptiid” ja „bioaktiivne peptiid”?

Mõiste „biopeptiid” ei ole piisavalt täpne teaduslik termin, et selle alusel kindlaks määrata konkreetne molekul, järjestus või tõestatud toime.

Kui selline mõiste esineb etiketil, tootekirjelduses või veebipäringus, tuleb esmalt kindlaks teha, millisele ainele see tegelikult viitab.

Mõiste „bioaktiivne peptiid”, st bioaktiivne peptiid, tähendab see tavaliselt, et teatud tingimustes on täheldatud mingit bioloogilist aktiivsust.

Kõige olulisem on sel juhul kindlaks teha:

• millist molekuli uuriti;
• milline oli selle järjekord ja struktuur;
• millist katseseadet kasutati;
• millist kontsentratsiooni või kokkupuudet uuriti;
• millist mõju mõõdeti;
• kas vaatlus pärines biokeemilisest, rakulisest, loomkatsest või inimestel läbi viidud uuringust.

Signaalvastuse pärssimine taimedes, vastastikmõju bakterite membraaniga ning mõju inimese hormonaalsele reaktsioonile on erinevad bioloogilise aktiivsuse liigid. Neid ei saa taandada ühele üldisele omadusele, mida nimetatakse „toimeks”. [6] [7] [1]

Miks klassifikatsioon ei määratle kliinilist seisundit?

Struktuuriline või funktsionaalne kategooria ei ole meditsiinilise heakskiidu kategooria.

Molekuli nimetamine looduslikuks, sünteetiliseks, tsükliliseks, hormonaalseks või bioaktiivseks ei tähenda, et selle kohta on olemas meditsiiniliseks kasutamiseks vajalikud tõendid.

Lau ja Dunni ülevaade terapeutiliste peptiidide arengust näitab, kuidas üksikud molekulid läbivad erinevaid uurimis- ja arendusetappe. Kõnealune publikatsioon on ajalooline ülevaade, mitte ajakohane nimekiri heakskiidetud toodetest. Selles kontekstis toob see siiski esile olulise põhimõtte: peptiidi keemiline koostis ja selle staatus kliinilises arenduses on kaks eraldiseisvat küsimust. [11]

Seega võib molekul olla teaduslikult huvipakkuv, bioloogiliselt aktiivne või laialdaselt uuritud, ilma et see oleks samal ajal heaks kiidetud ravim.

Kus esinevad peptiidid?

Inimese organismis

Peptiide leidub inimese erinevates kudedes ja kehavedelikes.

Nende asukoht sõltub konkreetsest molekulist ja analüüsitavast protsessist. GLP-1-uuringud on näidanud selle seost seedetraktiga ja kontsentratsiooni muutusi veres, samas kui proinsuliini uuringud käsitlevad selle teket ja töötlemist kõhunäärmes. Need on konkreetsed näited, mitte tõend selle kohta, et iga peptiid esineb kõigis kehaosades. [1] [8]

Samuti tasub eristada kolme küsimust:

• Kus seda peptiidi toodetakse?
• Kus seda võib avastada?
• Kus avaldub selle bioloogiline toime?

Need kohad ei pea olema ühesugused.

Ühes koes toodetud peptiid võib sattuda vereringesse ja mõjutada teist kude. Teised peptiidid osalevad aga peamiselt kohalikes või rakusisestes protsessides.

Seega ei anna peptiidi avastamine veres üksi teavet selle kontsentratsiooni ega bioloogilise aktiivsuse kohta teistes kudedes.

Taimedes ja mikrobioloogilistes süsteemides

Peptiidide bioloogia ulatub kaugele väljapoole inimkeha.

Taimede uuringud hõlmasid muu hulgas systemiiniga seotud signaalimist ja kalati B1 struktuuri. Mitteribosomaalsete ensüümsüsteemide uuringud keskendusid aga peptiidimolekulide kokkupanemise teisele viisile. [6] [2] [4]

Need näited näitavad, kui laia tähendusega on sõna „peptiid”.

Taimne peptiid ei muutu automaatselt inimese hormooniks ning molekuli ensümaatilist kokkupanekut käsitlev eksperiment ei ole kliiniline uuring. Bioloogiline allikas ja eksperimentaalne mudel jäävad kirjelduse olulisteks elementideks.

Liigisisene võrdlus võib anda väärtuslikku teaduslikku teavet, kuid tulemusi tuleb alati seostada organismi ja katseseadistusega, mille raames need saadi.

Toidust pärinevates valkude fragmentides

Toidus leiduvad valgud võivad seedimise käigus laguneda väiksemateks peptiidideks.

Siiski tuleb eristada tervet valku, valgu hüdrolüsaati ja üht puhastatud peptiidi – need on erinevad ained.

Valgu hüdrolüsaat sisaldab tooteid, mis on tekkinud suuremate valkude lagunemisel väiksemateks koostisosadeks. Sõltuvalt valmistamisviisist võivad selles leiduda erineva pikkusega peptiidid ja vabad aminohapped.

Iwai ja tema kolleegid uurisid želatiini hüdrolisaate ning tuvastasid pärast nende tarbimist inimeste veres mitmeid kollageenist pärinevaid peptide. Tulemused näitavad, et teatud uurimistingimustes oli võimalik tuvastada konkreetseid fragmente. Need ei tõenda aga, et kõik toidust pärinevad peptiidid läbivad seedimisprotsessi muutumatul kujul ega seda, et nende avastamine iseenesest tähendaks füsioloogilise kasu olemasolu. [3]

Seega peaks täpne kirjeldus sisaldama lähteainet ning – kui see on teada – konkreetseid avastatud fragmente.

Väljendid „sisaldab valku”, „sisaldab peptide” ja „sisaldab seda konkreetset, identifitseeritud peptiidi” annavad erineva hulga teavet.

Laboratoorsetes uuringutes kasutatavates materjalides

Peptiide on võimalik sünteesida, et teadlased saaksid uurida teadaolevat järjestust, võrrelda selle variante, analüüsida molekuli struktuuri, analüütilist käitumist või kontrollida konkreetseid biokeemilisi hüpoteese.

Neuropeptiidi Y uurimisel ühendati keemiline süntees kromatograafia, massispektromeetria, järjestuse analüüsi ja struktuurianalüüsi meetoditega. See näitab, et Peptiidi sünteesimine ja selle omaduste kinnitamine on omavahel seotud, kuid eraldiseisvad ülesanded. [5]

Keemiline süntees annab materjali, mis peaks esindama kindlat molekulaarstruktuuri. Analüütiline iseloomustus aitab kindlaks teha, kas saadud materjalil on tõepoolest oodatud omadused.

Sama põhimõte kehtib ka teadusartikli tõlgendamisel: oluline on uuritava materjali olemus.

Ainuüksi peptiidi ühine nimetus ei ole piisav, et eeldada, et igal preparaadil on identne järjestus, puhtus, keemiline vorm või analüütilised omadused või et seda on uuritud võrdväärsetes tingimustes.

Miks on järjekord, struktuur ja eksperimendi kontekst olulised?

Peptiidide uurimine muutub palju lihtsamini tõlgendatavaks, kui eraldame üksteisest kolm põhilist küsimust:

Millist molekuli uuriti?

See hõlmab selle järjestust, jääkide arvu, keemilisi modifikatsioone ja struktuurilisi omadusi.

Kus ja kuidas seda uuriti?

Tuleb kindlaks teha, kas eksperimendis kasutati puhastatud molekule, rakukultuure, isoleeritud kudesid, loomi või inimesi.

Millist tulemust tegelikult mõõdeti?

Molekuli avastamine, seondumine retseptoriga, interaktsioon membraaniga, geenide ekspressioon, füsioloogiline reaktsioon ja kliiniline tulemus on erinevad lõpptulemused.

Tõlgendamisprobleemid tekivad sageli siis, kui ühe tasandi tõendeid kasutatakse teise tasandi väite põhjendamiseks.

Näiteks:

peptiid avastati veres → seetõttu on sellel kliiniline kasu

ei ole automaatselt õige järeldus.

Samamoodi:

peptiid mõjutab rakukultuuri → seetõttu avaldab see inimestel samasugust mõju

vajab täiendavaid tõendeid.

Molekuli identiteedi, eksperimentaalse mudeli ja tegelikult mõõdetud tulemuse eristamine on praktiline viis peptiididealaste uuringute lugemiseks, ilma et tehtaks järeldusi, mis läheksid kättesaadavatest andmetest kaugemale.

Korduma kippuvad küsimused

1. Kas peptiidid esinevad organismis looduslikult?

Jah, paljud peptiidid esinevad loomulikult inimkehas. Inimestel läbi viidud uuringutes on GLP-1-i avastatud soolestiku koes ning jälgitud selle kontsentratsiooni muutusi veres pärast toitainete tarbimist, samas kui proinsuliini uuringud käsitlevad looduslikult tekkivate eelmolekulide töötlemist. Need tulemused kinnitavad endogeensete peptiidide olemasolu, kuid ei tähenda, et iga peptiidiks nimetatud aine esineks inimorganismis looduslikult. Mõned järjestused esinevad teistes organismides, osa tekib suurematest molekulidest ning teisi võib luua või modifitseerida eksperimentaalselt. Seega tuleb looduslikku esinemist kindlaks teha konkreetse molekuli puhul, mitte järeldada seda üksnes sõna „peptiid” põhjal. [1] [8]

2. Mitmest aminohappest koosneb peptiid?

Peptiid sisaldab vähemalt kahte ühendatud aminohappejääki, kuid puudub üldtunnustatud maksimaalne arv, mis eristaks selgelt peptide valkudest. Teadusuuringutes esitatakse sageli täpne pikkus: kalat B1-l on 29 jääki ja neuropeptiid Y-l 36, hoolimata terminite „peptiid” ja „polipeptiid” osaliselt kattuvast kasutusest. Ligikaudsed arvulised piirid võivad olla kasulikud hariduses, kuid neid ei tohiks käsitleda absoluutsete keemiliste seadustena. Pikkus aitab molekuli identifitseerida, kuid ei moodusta universaalset bioloogilist piiri ega ennusta funktsiooni. Seetõttu on tegeliku jääkide arvu esitamine täpsem kui jäiga künnise kasutamine. [2] [5]

3. Kas peptiidid on sama asi kui aminohapped?

Ei. Peptiidid on ühendatud molekulid, mis koosnevad aminohappejääkidest, samas kui vabad aminohapped on eraldiseisvad molekulid. Mitte-ribosomaalse peptiidisünteesi uuringutes on analüüsitud konkreetseid reaktsioonimehhanisme, mis on vajalikud peptiidsidet sisaldava toote moodustumiseks. See eristus on oluline, sest aminohapete lihtne segamine ei too automaatselt kaasa kindla järjestuse tekkimist. Pärast aminohapete liitumist peptiidiga muutuvad nende järjestus ja keemilised sidemed molekuli identiteedi osaks. Seega tuleb peptiidi identifitseerida selle ühendatud struktuuri alusel, mitte ainult üksikute aminohapete esinemise põhjal. [4]

4. Mis on peptiidside?

Peptiidside on kovalentne side aminohapetest pärinevate rühmade vahel ja moodustab osa peptiidi skelettist. Keemilisest seisukohast ühendab see tavaliselt ühe aminohappe karbonüülrühma süsiniku aatomi teise aminohappe lämmastiku aatomiga. Stachelhaus ja tema kolleegid analüüsisid ensüümi domeeni rolli sellise sideme moodustumisel mitte-ribosomaalses süsteemis, muu hulgas modifikatsiooni abil, mis takistas uuritavat reaktsiooni. Need tulemused puudutavad konkreetset peptiidi kokkupanemise mehhanismi, mitte kõiki selle tekkimise viise. Üldine põhimõte on, et peptiidsidemed ühendavad jäägid kindlaksmääratud ahelaks, kuid need ise ei määra selle ahela bioloogilist funktsiooni. [4]

5. Mis on polüpeptiid?

Polüpeptiid on ahel, mis sisaldab paljusid aminohappejääke, mis on ühendatud peptiidsidemetega. See mõiste kattub osaliselt terminitega „peptiid” ja „valk”, selle asemel et tähistada täiesti eraldiseisvat keemilist klassi. Näiteks kalata B1 struktuuri käsitlevas publikatsioonis kasutati mõistet „polüpeptiid” molekuli kohta, mis sisaldas 29 jääki. See näitab, miks nimetus iseenesest ei ole suuruse täpne mõõdupuu. Erinevad teadusvaldkonnad ja publikatsioonid võivad termineid „peptiid” ja „polipeptiid” kasutada veidi erinevalt. Seega annavad järjestus, jääkide arv, struktuur ja bioloogiline kontekst uuritava molekuli kohta täpsema kirjelduse. [2]

6. Millega erinevad peptiidid valkudest?

Peptiididel ja valkudel on ühine, aminohapetel põhinev keemiline struktuur, kuid mõiste „valk” viitab tavaliselt keerukamatele bioloogilistele molekulidele, mis koosnevad ühest või mitmest polüpeptiidahelast. Terminoloogia kattub osaliselt ning suurem eelühend võib laguneda väiksemateks produktideks, mille näiteks on proinsuliini muundumine. Suurus on osa sellest eristamisest, kuid seda ei tohiks pidada universaalseks piiriks. Valgud moodustavad sageli keerukaid kõrgemate järkude struktuure, kuigi ka peptiidid võivad võtta kindlaid kolmemõõtmelisi konformatsioone. Kõige kasulikum selgitus peaks seega viitama konkreetsele molekulile, selle jääkide arvule, struktuurile ja rollile bioloogilises protsessis, selle asemel et tugineda ainult numbrilisele künnisele. [8]

7. Kas samu aminohappeid sisaldavad peptiidid võivad toimida erinevalt?

Jah. Molekuli käitumine sõltub mitte ainult sellest, milliseid aminohappeid see sisaldab, vaid ka nende järjestusest, keemilistest sidemetest, modifikatsioonidest ja kolmemõõtmelisest paigutusest. Neuropeptiidi Y struktuuriuuringud ja süsteemiini fragmentidega tehtud eksperimendid näitavad, miks molekuli järjestus ja ülesehitus vajavad eraldi analüüsi. Isegi peptiidid, mille aminohapete koostis on identne, võivad olla erinevad molekulid, kui jäägid esinevad teises järjekorras. Need uuringud ei võimalda ennustada iga võimaliku järjestuse käitumist, mistõttu ei tohiks kahte peptiidi pidada samaväärseteks ainult sellepärast, et nende aminohapete koostis on sarnane. [5] [6]

8. Kas pikem peptiid on tugevam?

Ei ole olemas üldist reeglit, mille kohaselt pikem peptiid põhjustaks tugevamat bioloogilist mõju. Olulised on muu hulgas järjestus, struktuur, molekulaarne sihtmärk, kontsentratsioon, stabiilsus ja katsetingimused. Systemiini fragmentide uuringud on näidanud, et molekuli muutmine mõjutas selle aktiivsust, kuid ei kinnitanud universaalset seost pikkuse ja bioloogilise toime tugevuse vahel. Lühike peptiid võib täita olulist ja väga spetsiifilist biokeemilist funktsiooni, mille näiteks on glutatioon, samas kui märkimisväärselt pikemad peptiidid võivad täita hoopis teistsuguseid rolle. Pikkus on seega molekuli kirjeldav parameeter. Bioloogiliste mõjude võrdlemine nõuab konkreetsete peptiidide otsest uurimist, kasutades sama, selgelt määratletud lõpptulemust. [6] [10]

9. Mida tähendab „bioaktiivne peptiid”?

Bioaktiivne peptiid on peptiid, millel on konkreetses eksperimentaalses süsteemis tõestatud kindel bioloogiline toime. See toime võib hõlmata rakulist vastust, interaktsiooni retseptoriga, mõju rakumembraanile, biokeemilist reaktsiooni või füsioloogilise parameetri muutust. Näiteks LL-37 uuringutes analüüsiti konkreetseid struktuurilisi omadusi ja mõju membraanidele. Sellised tulemused ei kinnita automaatselt kliinilist toimet ega pruugi kehtida iga materjali kohta, mis kannab sama nime. Seega ei tohiks mõistet „bioaktiivne” mõista üldise väitena, et peptiidil on tervisele kasulik mõju. Termin omandab teadusliku tähenduse alles siis, kui on määratletud molekul, katseseade, mõõdetav aktiivsus ja tõendite liik. [7]

10. Kas kõik peptiidid on hormoonid?

Ei. Hormon on funktsionaalne kategooria, mis hõlmab teatud peptide, kuid mitte kõiki. GLP-1 on näide peptiidist, mida uuritakse inimese soolehormoonina, samas kui glutatioon on rakusisene tripeptiid, mida analüüsitakse redoksiprotsesside ja selle sünteesi kontekstis. Veel üks kategooria on organismi kaitsega seotud peptiidid. Need näited illustreerivad väga erinevaid rolle sama laia keemilise klassi piires. Molekuli nimetamine peptiidiks viitab selle aminohapetel põhinevale struktuurile. Selle määratlemine hormoonina nõuab täiendavaid tõendeid, mis kinnitavad selle signaalifunktsiooni teatud bioloogilises süsteemis. [1] [10]

11. Mis on peptiidi prekursor?

Peptiidi prekursor on molekul, millest bioloogilise muundumise tulemusel võib tekkida peptiiditoode. Hästi tuntud näide on proinsuliin, mille puhul eristatakse konversiooni vaheprodukte, insuliini ja C-peptiidi. Analüütilised uuringud rõhutavad vajadust mõõta neid seotud vorme eraldi. Metabolism võib hõlmata selektiivset ensümaatilist lõhustumist ja muid molekulaarseid muutusi, mis toimuvad enne küpset toodet. Seega ei tohiks eelkäijale automaatselt omistada kõiki lõpptoote omadusi – selle identiteet, töötlemisetapp, kontsentratsioon, asukoht ja mõõdetud bioloogiline aktiivsus nõuavad eraldi hindamist. [8] [9]

12. Kuidas erinevad lineaarsed peptiidid tsüklilistest?

Lineaarsetel peptiididel on avatud skelet, samas kui tsüklilised peptiidid sisaldavad kovalentselt suletud rõngast, mille moodustavad skelet või külgahelate ühendused. Mõiste „lineaarne” viitab aatomite ühendamise viisile ega tähenda, et molekul peab füüsiliselt olema sirge. Kalata B1 on dokumenteeritud näide tsüklilisest peptiidist, millel on suletud skelett ja täiendavad disulfiidsidemed. Selle struktuurianalüüs näitab selle konkreetse molekuli ülesehitust, kuid ei tõenda, et kõik tsüklilised peptiidid käituvad sarnaselt. See eristus kirjeldab eelkõige molekulaarset arhitektuuri. Selle struktuuri mõju stabiilsusele, vastasmõjudele, bioloogilisele aktiivsusele või muudele omadustele nõuab konkreetse peptiidi kohta andmeid. [2]

13. Kas keemilised modifikatsioonid võivad muuta peptiidi omadusi?

Jah. Aminohappejääkide, lõpprühmade, muude keemiliste modifikatsioonide või molekuli struktuuri muutused võivad mõjutada peptiidi füüsikalisi ja bioloogilisi omadusi. Peptiidide arendamist käsitlev kirjandus kirjeldab erinevate struktuuride ja meditsiinilise keemia strateegiate kasutamist, samas kui struktuuriuuringud näitavad eksperimentaalse materjali täpse iseloomustamise tähtsust. Modifikatsioonid võivad potentsiaalselt mõjutada muu hulgas laengut, konformatsiooni, interaktsioone teiste molekulidega ning vastuvõtlikkust keemilistele ja ensümaatilistele muutustele. Modifikatsioon iseenesest ei taga siiski soovitud ega ennustatavat tulemust. Muudetud molekuli tuleb hinnata eraldi, selle asemel et eeldada, et kõik algse peptiidiga seotud tulemused kehtivad endiselt. [11] [5]

14. Kas looduslikult esinevat peptiidi on võimalik saada ka sünteetiliselt?

Jah. Teadlased suudavad keemiliselt sünteesida järjestust, mis esineb ka looduses. Mierke ja tema kolleegid tegid seda inimese neuropeptiidi Y puhul ning kasutasid seejärel mitmeid analüüsimeetodeid saadud materjali iseloomustamiseks. See näitab, et looduslik esinemine ja tootmisviis kirjeldavad peptiidi kahte erinevat aspekti. „Looduslik” võib viidata järjestuse esinemiskohale bioloogias, samas kui „sünteetiline” kirjeldab konkreetse proovi valmistamise viisi. See ei tähenda, et iga sama nimetusega materjal oleks samaväärne – uurimismaterjalide võrdlemisel on endiselt olulised järjestus, modifikatsioonid, keemiline vorm, koostis, puhtus ja analüütilised omadused. [5]

15. Kas peptiide esineb ka väljaspool inimkeha?

Jah. Peptiide esineb paljudes bioloogilistes süsteemides, sealhulgas taimedes ja mikroorganismides. Uuringud hõlmasid muu hulgas taimset süsteemiini, tsüklilist kalata B1, mis eraldati Oldenlandia affinis ning peptiidide mitte-ribosomaalsed kokkupanemismehhanismid. Need näited illustreerivad päritolu, struktuuride ja bioloogiliste kontekstide mitmekesisust. See ei tähenda aga, et teisest organismist pärinev peptiid täidaks inimesel sama funktsiooni. Seega tuleb bioloogilist päritolu käsitlevat teavet eraldada väidetest, mis puudutavad toimet inimestel. Liigisisene uurimistöö võib anda olulist teavet mehhanismide kohta, kuid tulemuste ülekandmine ühelt organismilt teisele nõuab täiendavaid tõendeid. [6] [2] [4]

16. Kas kõik toidus leiduvad peptiidid jõuavad vereringesse muutumata kujul?

Ei. Tõendid, mis viitavad sellele, et teatavad toidust pärinevad fragmendid ilmuvad veres, ei tähenda, et kõik toidupeptiidid imenduvad muutumata kujul. Toiduvalkud võivad seedimise käigus märkimisväärselt laguneda, moodustades peptiidide ja aminohapete segusid. Iwai ja tema kolleegid tuvastasid kollageenist pärinevaid konkreetseid fragmente pärast seda, kui osalejad olid tarbinud želatiini hüdrolisaate. Katses keskenduti konkreetsele materjalile ja mõõdetud fragmentidele, mitte kõigile valku sisaldavatele toodetele. Ka nende fragmentide avastamine iseenesest ei kinnitanud tervisele kasulikku mõju. Järeldused toidust pärit peptiidide imendumise kohta peaksid seega olema seotud konkreetse lähteainega, analüüsitud molekulidega, kasutatud meetoditega ja katsetingimustega. [3]

17. Milliseid tõendeid on vaja peptiidi toimimise kindlakstegemiseks?

Tõendite liik peaks vastama väitele, mida soovime kontrollida. Struktuurianalüüs võimaldab määrata kindlaks molekuli omadused, biokeemilised katsed võimaldavad uurida mehhanisme, rakulised uuringud mõõdavad kindlaid rakureaktsioone, loomkatsed võimaldavad jälgida protsesse kogu organismis ning inimestega läbiviidavad uuringud võimaldavad hinnata füsioloogilisi või kliinilisi tulemusi. Kalati B1, süstemiini ja GLP-1 uuringud illustreerivad erinevaid teaduslikke küsimusi. Ükski üksik uuringutüüp ei anna vastust neile kõigile, ning molekuli avastamine ei ole sama, mis mõju tõendamine. Samamoodi ei tähenda rakkudes või loomadel täheldatud toime automaatselt sama tulemust inimesel. Usaldusväärne kirjeldus peaks seega täpsustama, millist molekuli uuriti, millist eksperimentaalset mudelit kasutati, mida tegelikult mõõdeti ja mis jääb endiselt ebakindlaks. [2] [6] [1]

18. Kas aminohapete järjestus määrab peptiidi identiteedi?

Aminohapete järjestus on peptiidi identiteedi põhikomponent, kuna see määrab ahelas olevate jääkide järjestuse. Jada ise ei pruugi aga kirjeldada kõiki molekuli olulisi omadusi. Lisateavet võivad anda otsade modifikatsioonid, tsükliseerumine, disulfiidsillad, muud keemilised modifikatsioonid ja kolmemõõtmeline struktuur. Kalati B1 ja neuropeptiidi Y struktuuriuuringud näitavad, miks nii järjestus kui ka molekuli põhjalikum iseloomustus võivad olla olulised. Seetõttu ei tohiks kahte ainet, mis esinevad sama üldnimetuse all „peptiid”, pidada automaatselt analüütiliselt identseteks ilma täpsema iseloomustuseta. [2] [5]

19. Kas sünteetilised peptiidid erinevad looduslikest?

Mõisted „sünteetiline” ja „looduslikult esinev” kirjeldavad eelkõige päritolu või tootmisviisi, mitte aga automaatselt teistsugust aminohapete järjestust. Organismis esinevat järjestust on võimalik valmistada ka keemiliselt, mille näiteks on inimese neuropeptiidi Y süntees. Selleks, et hinnata, kas kaks preparaati on molekulaarselt samaväärsed, tuleb arvesse võtta nende järjestust, keemilisi modifikatsioone, struktuuri, koostist ja analüütilisi omadusi. Seega ei tohiks sõna „sünteetiline” automaatselt tõlgendada kui tähendavat bioloogiliselt teistsugust, halvem, parem, ohutum või aktiivsem. Need on eraldi küsimused, mis nõuavad eraldi tõendeid. [5]

20. Kas peptiidi avastamine veres tõendab selle bioloogilist toimet?

Ei. Avastamine tähendab, et kasutatud analüüsimeetod tuvastas uuritavas proovis ja kindlaksmääratud tingimustes peptiidi või sellega seotud ainet. Bioloogilise aktiivsuse tõendamine nõuab täiendavaid tõendeid. Iwai ja tema kolleegid tuvastasid inimeste veres kollageenist pärinevaid peptiidifragmente pärast želatiini hüdrolisaadi tarbimist, kuid nende tuvastamine üksi ei kinnitanud tervisele kasulikku mõju. Seevastu GLP-1 uuringutes ühendati peptiidi mõõtmised füsioloogiliste katsetega, mis käsitlesid organismi konkreetseid reaktsioone. Need näited illustreerivad erinevust molekuli olemasolu kinnitamise ja selle bioloogilise funktsiooni tõendamise vahel. [3] [1]

Peptiidide üldiste uuringute tõlgendamise piirangud

Esimene oluline piirang on see, et peptiidid moodustavad tohutu ja väga mitmekesise molekulide rühma. Ühe peptiidi puhul saadud tulemusi ei tohiks automaatselt üldistada teise peptiidi puhul, mille järjestus, struktuur või bioloogiline kontekst on teistsugune.

Teine piirang on terminoloogia. Selliseid mõisteid nagu peptiid, polipeptiid, oligopeptiid, valk või bioaktiivne peptiid võidakse erinevates teadusvaldkondades kasutada veidi erinevalt. Tegelik järjestus ja struktuuriline teave on sageli täpsemad kui kategooria nimetus ise.

Kolmandaks on oluline eksperimendi kontekst. Peptiid võib käituda erinevalt sõltuvalt lahustist, pH-st, temperatuurist, kontsentratsioonist, teiste molekulide olemasolust, raku keskkonnast või organismist. Seega ei tohiks teatavates tingimustes saadud struktuurilisi tähelepanekuid automaatselt esitada molekuli universaalse käitumisena.

Neljandaks esineb bioloogilisi tõendeid mitmel tasandil. Keemiline identifitseerimine, retseptoriga toimumine, rakuline aktiivsus, mõjud loomadel, füsioloogilised reaktsioonid inimestel ja kliinilised tulemused moodustavad erinevad tõendiliigid.

Viiendaks: looduslik esinemine ei tähenda terapeutilist kasulikkust ning keemiline süntees ei määra kliinilist staatust. Päritolu, tootmisviis, bioloogiline aktiivsus ja meditsiinilised tõendid on eraldiseisvad omadused.

Lõpuks ei tohi molekuli avastamist segi ajada selle funktsiooni tõendamisega. Peptiidi tuvastamine veres, koes, toiduainest pärit materjalis või muus proovis kinnitab selle olemasolu kasutatud analüüsi tingimustes. Selleks, et kindlaks teha, millist bioloogilist funktsiooni – kui üldse – avastatud molekul täidab, on vaja täiendavaid tõendeid.

Kokkuvõte

Peptiidid on molekulid, mis koosnevad peptiidsidemetega ühendatud aminohapetest, kuid see lihtne määratlus hõlmab äärmiselt laia valikut struktuure ja bioloogilisi kontekste.

Need võivad koosneda vaid mõnest üksikust jäägist või moodustada märksa pikemaid ahelaid. Need võivad olla lineaarsed, tsüklilised, täiendavalt võrgustunud, looduslikult toodetud, ensümaatiliselt töödeldud, mitt-ribosomaalselt sünteesitud või saadud keemilise sünteesi teel. Mõned neist täidavad bioloogiliste signaalide funktsiooni, teised osalevad organismi kaitseprotsessides, osa osaleb rakusisestes biokeemilistes protsessides ning veel teised tekivad vaheproduktidena või fragmentidena suuremate molekulide töötlemise ja lagunemise käigus.

Seetõttu on mõiste peptiid seda tuleks käsitleda laia molekulaarkategooria nimetusena, mitte funktsiooni ennustusena.

Konkreetset peptiidi õigesti mõista, tuleb vastata mõnele eraldi küsimusele:

• Milline on selle aminohapete järjestus?
• Kui palju jääke see sisaldab?
• Milline on selle molekulaarne struktuur?
• Kas see sisaldab täiendavaid keemilisi muudatusi?
• Kust see pärineb?
• Kuidas seda toodetakse või töödeldakse?
• Millisel mudelil seda testiti?
• Milline bioloogiline funktsioon on tegelikult tõestatud?
• Millised tõendid toetavad seda järeldust?

Käesolevas artiklis käsitletud uuringud näitavad, miks sellised eristused on olulised. GLP-1 on näide peptiidsignalisatsioonist inimesel; kalata B1 näitab tsüklilist molekulaarset struktuuri; neuropeptiid Y illustreerib keemilist sünteesi ja struktuurilisi omadusi; LL-37 on näide kaitsemehhanismide uurimisest; glutatioon esindab rakusisest peptiidkeemiat; proinsuliin näitab prekursorite töötlemist; toidust pärinevad kollageenifragmendid aga tuletavad meelde, miks peptiidi avastamine iseenesest ei tähenda automaatselt bioloogilist kasu. [1–10]

Seega ei ole peptiidide mõistmiseks kõige kasulikum küsida, mida „peptiidid” teevad kui tervikrühm. Parem on kõigepealt kindlaks teha konkreetne molekul ja seejärel analüüsida tõendeid selle järjestuse, struktuuri, päritolu, bioloogilise rolli ja eksperimentaalse konteksti kohta.

Vastutusest loobumine

Käesolev artikkel on puhtalt hariduslik ja teaduslik-informatiivne. Selles selgitatakse peptiidide keemiat, nende klassifitseerimise viise, bioloogilisi rolle ning toodakse näiteid avaldatud uuringutest. See ei kujuta endast meditsiinilist nõuannet, diagnoosijuhist, ravisoovitust, annustamisalast teavet, tootevaliku nõuannet ega soovitust mis tahes peptiidi või peptiide sisaldava toote kasutamiseks. Biokeemilistes, rakulistes, taimsetes, loomsetes või muudes eksperimentaalsetes mudelites täheldatud bioloogilist aktiivsust ei tohiks automaatselt tõlgendada kui tõendit ohutuse, tõhususe või kliinilise kasu kohta inimestel. Iga konkreetse peptiidi kohta käivaid tõendeid tuleks hinnata, võttes arvesse uuritavat molekuli, eksperimentaalset mudelit, mõõdetud tulemust ning kättesaadavate uuringute kvaliteeti.

Viited

[1] Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A. ja Bloom, S. R. (1987). Glükagoonilaadne peptiid-1 7-36: füsioloogiline inkretiin inimesel. The Lancet, 2(8571), 1300–1304. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(87)91194-9.

[2] Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Emakatoonilise polüpeptiidi kalata B1 esmase ja kolmemõõtmelise struktuuri selgitamine. Biokeemia, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002.

[3] Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). Toidust pärinevate kollageenipeptiidide tuvastamine inimese veres pärast želatiini hüdrolüsaatide suukaudset manustamist. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p.

[4] Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V. ja Marahiel, M. A. (1998). Peptiidsideme teke mitte-ribosomaalses peptiidide biosünteesis. Kondensatsioonidomeeni katalüütiline roll. Journal of Biological Chemistry, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773.

[5] Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H. ja Jung, G. (1992). Neuropeptiid Y. Optimeeritud tahkfaasi süntees ja konformatsioonianalüüs trifluoroetanoolis. European Journal of Biochemistry, 206(1), 39–48. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1992.tb16899.x.

[6] Meindl, T., Boller, T. ja Felix, G. (1998). Taime haavahormooni systemiin seondub oma retseptoriga N-terminaalse osa kaudu, kuid selle aktiveerimiseks on vaja C-terminaalset osa. The Plant Cell, 10(9), 1561–1570. https://doi.org/10.1105/tpc.10.9.1561.

[7] Xhindoli, D., Morgera, F., Zinth, U., Rizzo, R., Pacor, S. ja Tossi, A. (2015). Inimese katelicidiini LL-37 struktuuri ja toimemehhanismi uued aspektid, mis on avastatud sisemise sondi p-tsüanofenüülalaniini abil. Biochemical Journal, 465(3), 443–457. https://doi.org/10.1042/BJ20141016.

[8] Linde, S., Welinder, B. S. ja Nielsen, J. H. (1993). Proinsuliini ja selle lagunemissaaduste analüüs pöördfaasi kõrge jõudlusega vedelikkromatograafia abil. Journal of Chromatography, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r.

[9] Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). Insuliini sekreteerivate graanulite karboksipeptidaas H. Puhastamine ja selle osalemise tõendamine proinsuliini töötlemisel. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575.

[10] Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). Glutatiooni sünteesi hindamine deuteeritud veega: peptiidide biosünteesi mudel. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042.

[11] Lau, J. L., & Dunn, M. K. (2018). Ravipeptiidid: ajaloolised perspektiivid, praegused arengusuunad ja tulevikuväljavaated. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 26(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.