Peptidit: mitä ne ovat, miten ne toimivat ja miten ne luokitellaan

Peptidit ovat molekyylejä, jotka koostuvat aminohapoista, jotka on yhdistetty peptidisidoksilla. Jotkut osallistuvat solujen väliseen viestintään, toiset osallistuvat mikrobien torjuntaan, ja taas toiset syntyvät suurempien proteiinien prosessoinnin tai hajoamisen yhteydessä. Sana „peptidi” kuvaa laajaa molekyyliryhmää — se ei tarkoita yhtä tiettyä ainetta, jolla olisi yksi määritelty tehtävä.

Tieteelliset tutkimukset osoittavat hyvin tämän valtavan monimuotoisuuden. Tutkijat analysoivat muun muassa luonnossa esiintyvää ihmisen suolistohormonia, kasvista eristettyä syklistä peptidiä sekä pieniä peptidipätkiä, joita havaittiin veressä proteiinihydrolysaatin nauttimisen jälkeen. Jotta tällaisia molekyylejä voitaisiin ymmärtää oikein, ei siis riitä, että tiedetään niiden olevan „peptidejä”. Merkitystä on myös niiden aminohapposekvenssillä, molekyylirakenteella, alkuperällä, kemiallisilla modifikaatioilla, biologisella kontekstilla sekä niiden tutkimuksessa käytetyillä kokeellisilla menetelmillä. [1] [2] [3]

Tämä monimuotoisuus selittää myös, miksi yleiset väittämät, kuten „peptidit tekevät X:ää”, voivat olla harhaanjohtavia. Kaksi molekyyliä voi kuulua peptidien ryhmään, mutta silti poiketa toisistaan huomattavasti pituuden, muodon, stabiilisuuden, biologisen kohteen, solussa sijainnin ja toiminnan suhteen. Yhden peptidin tuloksia ei voida automaattisesti yleistää toiseen peptidiin pelkästään sen vuoksi, että molemmat kuuluvat samaan molekyyliluokkaan.

Tässä artikkelissa selitämme peptidien kemian perusteita, niiden roolia biologisissa järjestelmissä sekä erilaisia luokittelutapoja. Erotamme myös toisistaan sen, mitä yksittäisissä tutkimuksissa on suoraan mitattu, ja laajemmat johtopäätökset, joiden vahvistaminen vaatisi lisätodisteita.

Mitä peptidit ovat?

Peptidit ovat toisiinsa liittyneitä aminohappoja

Aminohapot ovat perusyksiköitä, joista peptidit ja proteiinit muodostuvat. Kun ne yhdistyvät peptidisidoksilla, ne muodostavat yhden molekyylin eivätkä erillisten ainesosien seosta. Jokaista tällaiseen molekyyliin sisältyvää aminohappoyksikköä kutsutaan aminohappojäännös.

Tätä voidaan verrata sanaa muodostaviin kirjaimiin. Yksittäiset kirjaimet ovat rakenneosia, mutta vasta niiden tietty järjestys muodostaa tietyn sanan. Vastaavasti peptidi määritellään sen aminohappojäämien järjestyksen sekä sen kokonaisrakenteen muodostavien sidosten ja modifikaatioiden perusteella. Pelkkä tieto siitä, mitä aminohappoja molekyylissä on, ei riitä molekyylin tunnistamiseen.

Kaksi peptidiä voi esimerkiksi sisältää saman aminohappokokoonpanon, mutta niiden aminohappojen järjestys voi olla erilainen. Tällöin ne muodostavat erilaisia molekyylisekvenssejä ja niillä voi olla erilaisia fysikaalisia, kemiallisia tai biologisia ominaisuuksia.

Peptidisidoksen muodostuminen on kokeellisesti tutkittu kemiallinen prosessi. Stachelhaus ja hänen työryhmänsä analysoivat, miten ei-rybosomaaliseen peptidisynteesiin osallistuvien entsyymien osat muodostivat kahdesta jäännöksestä koostuvan tuotteen. Ehdotetun katalyyttisen kohdan muuttaminen esti kondensaatioreaktion tapahtumisen tutkittavassa kokeellisessa järjestelmässä. Tutkimus osoittaa, että peptidin muodostuminen vaatii tietyn kemiallisen mekanismin — aminohapot eivät muodosta määriteltyä peptidiä pelkästään siksi, että ne sijaitsevat vierekkäin. [4]

Määräaika peptidi Se viittaa siis yhdistettyyn kemialliseen rakenteeseen. Sitä ei tulisi käyttää synonyyminä aminohapoille, proteiinilisälle tai mille tahansa aminohappoja sisältävälle aineiden seokselle.

Peptidi, polypeptidi ja proteiini — toisiinsa liittyvät käsitteet

Termiä „peptidi” käytetään yleensä viittaamaan suhteellisen lyhyeseen aminohappoketjuun. Termi „polypeptidi” korostaa, että ketju sisältää useita aminohappotähteitä, kun taas „proteiini” tarkoittaa yleensä biologista molekyyliä, joka koostuu yhdestä tai useammasta polypeptidiketjusta.

Nämä käsitteet ovat osittain päällekkäisiä, eikä ole olemassa yhtä yleisesti hyväksyttyä aminohappojäämien lukumäärää, joka muodostaisi niiden välisen ehdottoman rajan.

Tämä käy ilmi tieteellisestä kirjallisuudesta. Saether ja hänen kollegansa kuvasivat kalataa B1:tä 29 aminohappoa sisältäväksi „polypeptidiksi”, kun taas Mierke ja hänen kollegansa tutkivat 36 aminohappoa sisältävää ihmisen neuropeptidiä Y:tä. Molekyylin kemiallinen rakenne ei muutu täysin vain siksi, että yksi kirjoittaja määrittelee sen peptidiksi ja toinen polypeptidiksi. [2] [5]

Joissakin oppimateriaaleissa käytetään likimääräisiä lukuarvoja peptidien ja proteiinien erottamiseksi toisistaan. Tällaiset yksinkertaistukset voivat olla hyödyllisiä oppimisen kannalta, mutta niitä ei pidä pitää ehdottomana kemiallisena lakina. Käytettyyn terminologiaan vaikuttavat myös molekyylin taitekuvio, sen biologinen prosessointi, toiminta sekä historiallinen nimistö.

Siksi tarkassa kuvauksessa todellinen sekvenssi ja aminohappotähteiden lukumäärä antavat usein enemmän tietoa kuin pelkkä luokkanimi. Peptidin ja proteiinin välistä eroa ei myöskään pidä tulkita monimutkaisuuden, biologisen merkityksen, vaikutusvoimakkuuden tai tutkimusten laadun hierarkiana.

Lyhyt peptidi voi osoittaa hyvin spesifistä biologista aktiivisuutta, kun taas huomattavasti suurempi proteiini voi suorittaa aivan toisenlaisen rakenteellisen tai entsymaattisen tehtävän. Molekyylin pituus on vain yksi sen ominaisuuksista.

Pelkkä termi „peptidi” ei kerro, miten molekyyli toimii

Kaikki peptidit eivät ole hormoneja, antimikrobisia aineita, signaalimolekyylejä tai terapeuttisia aineita, eivätkä ne myöskään osoita biologista aktiivisuutta samalla tavalla. Nämä ovat lisäominaisuuksia, jotka on osoitettava kunkin molekyylin osalta erikseen.

Jopa saman tutkimusalueen sisällä hyvin samankaltaiset sekvenssit voivat käyttäytyä eri tavoin.

Esimerkiksi kokeissa, joissa verrattiin systemiinin – kasviperäisen signaalipeptidin – kokonaismolekyyliä sen lyhyempiin fragmentteihin, havaittiin, että fragmentit eivät tuottaneet samaa vastetta kuin kokonainen peptidi. Yksi fragmentti jopa toimi täyspeptidin kanssa päinvastaisesti tutkituissa järjestelmissä. Tämä on suora muistutus siitä, että täyspeptidiä koskevia tuloksia ei voida automaattisesti yleistää sen fragmenttiin pelkästään sen vuoksi, että niillä on samankaltainen nimi. [6]

Sama periaate pätee laajemminkin. Yhden aminohappojäämän muutos, sekvenssin lyhentäminen, pääteryhmän muokkaus, molekyylin syklisointi tai muun kemiallisen muutoksen tekeminen voivat muuttaa peptidin käyttäytymistä.

Siksi tieteelliseltä kannalta katsottuna hyödyllisin kysymys on harvoin yksinkertaisesti:

„Mitä peptidit tekevät?”

Paljon tarkempi kysymys on:

„Mitä tämä tietty peptidi, jolla on tietty sekvenssi ja rakenne, tekee kyseisissä koeolosuhteissa?”

Tämä ero on ratkaisevan tärkeä peptiditutkimusten oikeanlaiselle tulkinnalle.

Mistä peptidit koostuvat?

Aminohappojäämät ja peptidirunko

Peptidit sisältävät rakenteen, joka muodostuu toisiinsa liittyneistä aminohappojäämistä. Tyypillisessä peptidisidoksessa yhden aminohapon karboksyyliryhmästä peräisin olevan karbonyyliryhmän hiiliatomi on sitoutunut toisen aminohapon aminoryhmästä peräisin olevaan typpiatomiin.

Jokainen aminohapporyhmä sisältää myös sivuketjun, joka esitetään kemiallisessa kaavassa usein muodossa R-ryhmä, joka auttaa määrittämään molekyylin ominaisuuksia.

Sivuketjut eivät ole pelkästään vaihdettavia lisäosia. Erot sähkövarauksessa, polariteetissa, koossa, hydrofobisuudessa, aromaattisuudessa ja kemiallisessa reaktiivisuudessa vaikuttavat peptidin käyttäytymiseen liuoksessa sekä sen vuorovaikutukseen muiden molekyylien kanssa.

Peptidin rakenne koostuu siis sekä toistuvasta runkorakenteesta että siihen kiinnittyneistä kemiallisesti erilaisista ryhmistä.

Jotkin sivuketjut voivat muodostaa lisävuorovaikutuksia saman molekyylin sisällä tai sitä ympäröivien molekyylien kanssa. Nämä vuorovaikutukset voivat vaikuttaa molekyylin taitteeseen, liukoisuuteen, molekyylitunnistukseen, vuorovaikutukseen kalvojen kanssa sekä muihin kokeellisesti mitattaviin ominaisuuksiin.

LL-37:ää, ihmisen elimistön puolustusmekanismeihin liittyvää peptidiä, koskevissa tutkimuksissa analysoitiin sen sekvenssin, taitteisuuden, itsenäisen järjestäytymisen ja kalvojen kanssa tapahtuvan vuorovaikutuksen välistä suhdetta. Vertailu samankaltaiseen rhesus-peptidiin osoitti erilaisen käyttäytymisen tutkituissa olosuhteissa. Tulokset korostavat molekyylin rakenteen yksityiskohtien merkitystä sen sijaan, että oletettaisiin, että samankaltaisten peptidien tulisi toimia identtisesti. [7]

Peptidin suunta: N-pää ja C-pää

Tyypillisellä lineaarisella peptidillä on kaksi kemiallisesti erilaista päätä.

N-pää tarkoittaa ketjun amino-päätä, kun taas C-pää — sen karboksyylipää.

Peptidisekvenssit merkitään tavallisesti N-päästä C-päähän päin. Suunta on merkityksellinen, koska aminohappojen järjestyksen kääntäminen johtaa eri molekyylisekvenssin muodostumiseen.

Esimerkiksi hypoteettinen peptidi Ala-Gly-Ser ei ole kemiallisesti identtinen Ser-Gly-Ala:n kanssa, vaikka molemmat sisältävätkin alaniinia, glysiiniä ja seriiniä.

Tämä merkintätapa mahdollistaa sekvenssien yhdenmukaisen kirjaamisen ja on erityisen tärkeä vertailtaessa peptidejä, niiden fragmentteja, esiasteiden sekvenssejä sekä synteettisiä variantteja.

Molekyylin pääteryhmät voivat myös olla kemiallisten modifikaatioiden kohteena. Jos tällaisia modifikaatioita esiintyy, ne tulisi mainita peptidin kuvauksessa, sillä sen päiden kemiallinen rakenne voi vaikuttaa molekyylin ominaisuuksiin.

Sekvenssi ja kolmiulotteinen rakenne

Sekvenssi määrittää aminohappojäämien järjestyksen peptidissä. Kolmiulotteinen rakenne puolestaan kuvaa tämän yhdistyneen molekyylin asettelua avaruudessa. Nämä tiedot liittyvät toisiinsa, mutta ne eivät tarkoita samaa asiaa.

Sekvenssi kertoo, mitkä jäännökset ovat yhteydessä toisiinsa ja missä järjestyksessä. Rakenteellinen analyysi voi lisäksi paljastaa taitokset, kierteet, heliksit, silmukat, renkaat, disulfidisillat ja muut avaruudelliset piirteet.

Mierke ja hänen työryhmänsä suorittivat ihmisen neuropeptidi Y:n kemiallisen synteesin ja analysoivat sen konformaatiota useilla menetelmillä, mukaan lukien ydinmagneettisen resonanssispektroskopian avulla. Rakennetutkimukset suoritettiin tietyssä liuosseoksessa. Tulokset kuvaavat siis peptidiä juuri näissä olosuhteissa, eikä niitä tulisi esittää todisteena siitä, että molekyyli omaksuu täsmälleen saman rakenteen kaikissa biologisissa ympäristöissä. [5]

Peptidin konformaatio voi riippua muun muassa liuottimen koostumuksesta, lämpötilasta, pH:sta, ionisesta ympäristöstä, pitoisuudesta, muiden molekyylien läsnäolosta sekä kalvoympäristöstä.

Täydellinen tieteellinen kuvaus saattaa siis edellyttää sekvenssin, kemiallisten modifikaatioiden, koeolosuhteiden ja käytetyn mittausmenetelmän ilmoittamista.

Pelkkä aminohapposekvenssin merkintä ei sisällä kaikkia rakennetutkimuksista saatavia tietoja.

Lineaariset ketjut, renkaat ja lisäliitokset

Kaikilla peptideillä ei ole avointa runkoa. Jotkut muodostavat suljetun renkaan, kun taas toisissa on ylimääräisiä sidoksia aminohappojen sivuketjujen välillä.

Termi „lineaarinen” viittaa avoimeen sidostarkkitehtuuriin, eikä siihen, että molekyylin tulisi pysyä fyysisesti suorana avaruudessa. Lineaarinen peptidi voi taipua, taittua ja omaksua järjestäytyneitä konformaatioita.

Sykliset peptidit sisältävät kovalenttisesti suljetun rakenteen. Renkaan muodostumistapa voi vaihdella molekyylikohtaisesti.

Peptidit voivat myös sisältää disulfidisillat, eli kovalenttiset sidokset, jotka muodostuvat yleensä kysteiinijäämien välille. Tällaiset sidokset voivat rajoittaa mahdollisia avaruudellisia järjestelmiä ja osallistua rakenteen muodostumiseen.

Kalata B1 on hyvä esimerkki tällaisesta rakenteesta. Tutkijat eristivät sen kasvista Oldenlandia affinis, määrittivät sen 29 aminohappojäännöstä ja vahvistivat sen rakenteen syklisen luonteen entsymaattisen pilkkomisen avulla. He analysoivat myös sen kolmiulotteista rakennetta ja disulfidisidoksia. [2]

Nämä tulokset kuvaavat tämän nimenomaisen peptidin rakennetta. Ne eivät osoita, että sykliset peptidit olisivat yleisesti ottaen aktiivisempia, vakaampia, biologisesti merkittävämpiä tai hyödyllisempiä kuin lineaariset peptidit.

Peptidit voivat muodostua suuremmista esiasteista

Biologisesti aktiivinen peptidi ei aina muodostu heti lopullisessa muodossaan. Solu voi ensin tuottaa suuremman esiaste-molekyyli, jota käsitellään sen jälkeen edelleen, mukaan lukien sen pilkkominen ja tiettyjen osien poistaminen.

Tämä tarkoittaa, että lopullisen peptidin muodostumisen aikana voi esiintyä useita toisiinsa liittyviä molekyylimuotoja.

Proinsuliini havainnollistaa tätä periaatetta hyvin. Analyysimenetelmien katsaus kuvaa proinsuliinin muuntumista insuliiniksi ja C-peptidiksi välivaiheiden kautta. Siinä selitetään myös, miksi laboratoriomenetelmissä on erotettava toisistaan läheisesti sukulaiset esiasteet ja muunnellut molekyylit sen sijaan, että niitä käsiteltäisiin yhtenä parametrina. [8]

Alkuperäiset kokeelliset tutkimukset tarjoavat tarkemman esimerkin. Davidson ja Hutton eristivät rotan insuliinooman kudoksesta entsyymin, joka kykeni poistamaan emäksisiä aminohappotähteitä proinsuliinista peräisin olevista substraateista, mikä johti insuliinin muodostumiseen. Käytetyssä testissä entsyymi ei aiheuttanut kypsän insuliinin edelleen hajoamista. Tulos tukee selektiivisen prosessoinnin käsitettä, vaikka kudoslähde ja kokeen laboratorioluonne rajoittavatkin yksittäisen tutkimuksen laajempaa tulkintaa. [9]

Esiasteiden käsittely tuo esiin toisen tärkeän periaatteen: samassa biologisessa reitissä mukana olevia, toisiinsa sukulaisia molekyylejä ei pidä automaattisesti pitää keskenään vaihdettavina. Esiaste, välituote, pilkkoutumisen jälkeen syntynyt fragmentti ja kypsä tuote voivat olla rakenteeltaan ja biologisilta ominaisuuksiltaan erilaisia.

Miten peptidit muodostuvat?

Peptidit voivat syntyä useiden erilaisten biologisten ja laboratorioprosessien tuloksena.

Monissa biologisissa järjestelmissä peptidijaksoja sisältävät esiasteet syntyvät ribosomaalinen translaatio, jonka aikana geneettinen informaatio lopulta määrää aminohappojen järjestyksen muodostuvassa ketjussa. Muodostunut esiaste voi tämän jälkeen joutua entsymaattisen pilkkomisen sekä muiden translaation jälkeisten modifikaatioiden kohteeksi.

Muut peptidit syntyvät prosessin aikana peptidien ei-ribosomaalinen synteesi, jossa erikoistuneet entsyymijärjestelmät yhdistävät aminohapoista peräisin olevia komponentteja ilman perinteistä ribosomin käyttöä. Stachelhausin ja hänen työryhmänsä tutkimukset tarjoavat kokeellisen esimerkin tällaisessa järjestelmässä tapahtuvan sidosten muodostumisen mekanismin analysoinnista. [4]

Peptidejä voidaan valmistaa myös laboratoriossa seuraavalla tavalla: kemiallinen synteesi. Tämä antaa tutkijoille mahdollisuuden valmistaa tiettyjä sekvenssejä rakenteellisia, biokemiallisia, analyyttisiä ja muita kokeita varten.

Valmistusmenetelmä kuvaa molekyylin muodostumisprosessia. Se ei kuitenkaan sinänsä määritä, onko peptidi biologisesti aktiivinen, kliinisesti käyttökelpoinen, luonnossa esiintyvä tai sopiva tiettyyn käyttötarkoitukseen.

Mikä rooli peptideillä on elimistössä?

Ei ole olemassa yhtä ainoaa ominaisuutta, joka olisi yhteinen kaikille peptideille.

Tietyn peptidin biologinen rooli riippuu sen sekvenssistä, rakenteesta, pitoisuudesta, sijainnista, molekyylitavoitteesta, prosessointitavasta ja ympäröivästä biologisesta ympäristöstä.

Jotkut peptidit välittävät signaaleja solujen välillä

Jotkut peptidit toimivat biologisina välittäjäaineina. Niiden vaikutus riippuu signaalin vastaanottavista soluista sekä siitä, onko läsnä asianmukaisia molekyylijärjestelmiä, jotka pystyvät reagoimaan siihen.

Signaali ei siis ole pelkästään itse peptidin ominaisuus — myös sitä ympäröivällä biologisella kontekstilla on merkitystä.

Ihmisillä tehdyssä tutkimuksessa Kreymann ja hänen kollegansa analysoivat GLP-1 7-36-amidia, ruoansulatuskanavasta peräisin olevaa peptidiä. Tutkijat havaitsivat sen suolistokudoksessa, seurasivat sen pitoisuuden muutoksia veressä ravintoaineiden nauttimisen jälkeen ja analysoivat insuliiniin liittyviä vasteita kontrolloiduissa infuusiokokeissa. Nämä havainnot auttoivat määrittämään tämän tietyn peptidin fysiologisen signalointiroolin. Ne eivät kuitenkaan tarkoita, että peptidit ryhmänä säätelisivät verensokeria. [1]

Tämä ero on tärkeä. Yhden peptidin hormonaalista toimintaa tukevia todisteita ei voida yleistää koskemaan kaikkia peptidisidoksia sisältäviä molekyylejä.

Jotkut peptidit osallistuvat elimistön puolustusmekanismeihin

Peptidit voivat myös olla vuorovaikutuksessa mikro-organismien tai biologisten kalvojen kanssa.

LL-37 on esimerkki peptidistä, jota on tutkittu ihmisen puolustusmekanismien yhteydessä. Kokeissa analysoitiin muun muassa sen itsenäistä järjestäytymistä sekä vuorovaikutusta erilaisten kalvo-ympäristöjen kanssa.

Xhindolin ja hänen kollegoidensa tutkimuksissa peptidin rakenteellinen käyttäytyminen yhdistettiin eroihin vuorovaikutuksessa kalvojen kanssa sekä bakteerikalvojen läpäisevyydessä. Tämä on mekanistista näyttöä – se auttaa ymmärtämään molekyylin käyttäytymistä kokeellisissa järjestelmissä. Se ei kuitenkaan sinänsä ole kliininen tutkimus, joka osoittaisi LL-37:ää sisältävän tuotteen vaikutuksen ihmisillä. [7]

Elimistön puolustusmekanismeihin liittyvät peptidit havainnollistavat hyvin, miksi molekyylitason konteksti on merkityksellinen. Laboratorio-olosuhteissa mikro-organismia tai mallikalvoa vastaan havaittu vaikutus ei automaattisesti tarkoita tehokkuutta, turvallisuutta tai kliinistä käyttökelpoisuutta ihmisellä.

Jotkut peptidit hoitavat solunsisäisiä biokemiallisia tehtäviä

Kaikki peptidit eivät toimi signaalina, joka välittyy solusta toiseen.

Glutationi on solunsisäinen tripeptidi, joka osallistuu redox-reaktioihin eli elektroninsiirtoon liittyviin biokemiallisiin prosesseihin.

Cabral ja hänen kollegansa tutkivat glutationin synteesiä kaneilla käyttäen merkittyä vettä ja massaspektrometriaa. Heidän tutkimuksensa keskittyi tämän molekyylin muodostumisen ja uusiutumisen mittaamiseen. Tutkimus osoittaa, että kyseessä on solunsisäiseen aineenvaihduntaan osallistuva peptidi, ei elinten välisiä signaaleja välittävä hormoni. Kyseessä oli metodologinen eläinkoe, ei todiste glutationia sisältävän tuotteen käytön vaikutuksista. [10]

Glutation osoittaa myös, miksi peptidin pituus ei määrää sen biologista merkitystä. Se koostuu vain kolmesta aminohappotähteestä, mutta osallistuu silti soluissa tapahtuviin keskeisiin kemiallisiin prosesseihin.

Jotkut peptidit ovat prosessoinnin tai hajoamisen tuloksena syntyviä tuotteita

Pelkkä peptidin havaitseminen biologisesta näytteestä ei automaattisesti selitä, miksi se siellä on.

Se voi toimia signaalina, olla prosessin välituote tai syntyä suuremman molekyylin hajoamisen seurauksena.

Proinsuliinitutkimuksissa erotetaan toisistaan esiasteet, välituotteet ja lopputuotteet. Elintarvikkeita koskevat tutkimukset puolestaan ovat osoittaneet peptidifragmenttien esiintymisen veressä gelatiinihydrolysaattien nauttimisen jälkeen. Nämä ovat hyvin erilaisia biologisia konteksteja, vaikka molemmat koskevat peptidejä. [8] [3]

Löydettyä fragmenttia on siis tulkittava sen lähteen, rakenteen, pitoisuuden, esiintymisajan ja tutkimuskysymyksen valossa.

Molekyylin havaitseminen on todiste sen olemassaolosta. Se ei kuitenkaan ole automaattisesti todiste sen biologisesta toiminnasta.

Tämä ero on erityisen tärkeä tulkittaessa analyyttisiä tutkimuksia, joissa tunnistetaan peptidejä verestä, kudoksista, elintarvikenäytteistä ja muista monimutkaisista biologisista materiaaleista.

Mitä nämä tutkimukset osoittavat – ja mitä ne eivät todista?

Erilaiset tutkimustyypit antavat vastauksia erilaisiin tieteellisiin kysymyksiin.

Rakenteelliset menetelmät voivat kuvata molekyylin rakennetta. Biokemiallisten kokeiden avulla voidaan analysoida molekyylireaktioita ja -vuorovaikutuksia. Eläinkokeiden avulla voidaan tarkkailla biologisia prosesseja koko elimistössä. Ihmisillä tehtävissä fysiologisissa tutkimuksissa voidaan mitata osallistujien tiettyjä reaktioita.

Nämä todisteet voivat täydentää toisiaan, mutta ne eivät ole keskenään vaihdettavissa.

Tärkein sääntö on se, että todisteiden painoarvo ja merkitys riippuvat siitä kysymyksestä, johon yritämme vastata.

Peptidin tunnistamiseen käytetty massaspektrometrianalyysi vastaa eri kysymykseen kuin solukokeilu, jossa osoitetaan reseptorin aktiivisuus. Molemmat puolestaan vastaavat eri kysymyksiin kuin kontrolloitu ihmisillä tehty tutkimus, jossa mitataan fysiologista tai kliinistä vaikutusta.

Miten peptidit luokitellaan?

Peptidit voidaan luokitella samanaikaisesti useilla eri tavoilla. Ei ole olemassa yhtä ainoaa luokittelujärjestelmää, joka kattaisi kaikki niiden olennaiset ominaisuudet.

Luokittelu aminohappojäämien lukumäärän mukaan

Pituuteen perustuvat nimet ilmaisevat peptidissä olevien aminohappotähteiden lukumäärän.

Dipeptidi sisältää kaksi jäännöstä, tripeptidi kolme, tetrapeptidi neljä, ja pentapeptidi viisi.

Käsitteet kuten oligopeptidi i polypeptidi ne kuvaavat laajempia ryhmiä koon perusteella, mutta niiden rajat voivat vaihdella lähteiden välillä.

Näiden nimien perusteella ei voi ennustaa molekyylin toimintaa.

Tripeptidi voi osallistua solunsisäiseen aineenvaihduntaan, kun taas pidempi peptidi voi toimia signaalimolekyylinä tai muodostaa tiiviin syklisen rakenteen. Glutationi, neuropeptidi Y ja kalata B1 edustavat erilaisia yhdistelmiä pituuden ja biologisen kontekstin suhteen. [10] [5] [2]

Pituus vastaa siis kysymykseen:

„Kuinka monta aminohappojäännöstä molekyyli sisältää?”

Se ei kuitenkaan vastaa itsenäisesti seuraavaan kysymykseen:

„Miten tämä molekyyli toimii?”

Luokittelu rakenteen mukaan

Rakenteelliset kuvaukset kattavat muun muassa avoimen ketjun peptidit, sykliset peptidit sekä disulfidisiltoja sisältävät rakenteet.

Tutkijat voivat myös kuvata tiettyjä taitekuvioita, ristisidoksia tai kemiallisia muutoksia, jos ne on vahvistettu analyyttisillä menetelmillä.

Rakenne ja pituus antavat vastauksia eri kysymyksiin. Kalata B1:tä voidaan kuvata sekä 29 aminohappotähdettä sisältävänä molekyylinä että syklisen rungon omaavana peptidinä. Kumpikaan näistä kuvauksista ei korvaa toista. Vastaavasti pelkkä peptidisekvenssi ei anna kaikkia olennaisia tietoja sen kolmiulotteisesta rakenteesta. [2]

Luokittelu biologisen roolin mukaan

Toiminnallisiin luokkiin kuuluvat muun muassa peptidihormonit, neuropeptidit, kehon puolustusmekanismeihin liittyvät peptidit sekä solunsisäisissä biokemiallisissa prosesseissa mukana olevat peptidit.

Nämä luokat voivat osittain olla päällekkäisiä, ja luokittelu niihin tulisi perustua kyseistä molekyyliä koskeviin todisteisiin.

Mainitut tutkimukset tarjoavat muutamia esimerkkejä: GLP-1:llä on vahvistettu hormonaalinen tehtävä ihmisen fysiologiassa, LL-37:ää tutkitaan kehon puolustusmekanismien yhteydessä, kun taas glutationi osallistuu solunsisäisiin redox-prosesseihin. „Peptidi” on laaja kemiallinen määritelmä, kun taas toiminnallinen nimi kuvaa tiettyä biologista roolia. [1] [7] [10]

Toiminnallinen luokittelu tulisi siis perustua todisteisiin, eikä sitä tulisi päätellä pelkästään sekvenssin pituuden tai pelkän termin „peptidi” perusteella.

Luokittelu alkuperän ja tuotantotavan mukaan

Peptidejä voidaan kuvata myös niiden alkuperän tai valmistustavan perusteella.

Ilmaisut kuten „ihmisperäinen” tai „kasviperäinen” viittaavat biologiseen alkuperään. „Kemiallisesti syntetisoitu” puolestaan kuvaa valmistusmenetelmää.

Nämä ominaisuudet eivät sulje toisiaan pois. Laboratoriossa voidaan syntetisoida peptidi, jonka sekvenssi esiintyy luonnollisesti elimistössä.

Mierken ja hänen työryhmänsä suorittama ihmisen neuropeptidi Y:n synteesi havainnollistaa tätä eroa hyvin. Sekvenssi oli peräisin ihmisen biologiasta, kun taas kokeellinen aine saatiin aikaan kemiallisesti. Tämä ei tarkoita, että jokainen synteettinen valmiste olisi identtinen kaikilta olennaisilta osiltaan — siksi tutkijat käyttivät analyyttisiä menetelmiä saadun aineen karakterisoimiseksi. [5]

Toinen ero liittyy biologiseen muodostumistapaan. Monet peptidiketjut muodostuvat ribosomaalisessa synteesissä, minkä jälkeen niitä voidaan jatkojalostaa. Toiset peptidit kootaan erikoistuneiden entsyymijärjestelmien avulla ribosomin ulkopuolella. Stachelhaus ja hänen tutkimusryhmänsä tutkivat suoraan peptidisidosten muodostumista tällaisen ei-ribosomaalisen järjestelmän osien avulla. Tämä erottelu kuvaa biosynteesiä, ei biologisen arvon hierarkiaa. [8] [4]

Yhdellä peptidillä voi siis olla samanaikaisesti useita oikeita nimityksiä.

Esimerkiksi samaa molekyyliä voidaan kuvata sen jäännösten lukumäärän, syklisen rakenteen, biologisen alkuperän sekä kokeellisesti vahvistetun toiminnan perusteella.

Luokittelu on hyödyllisintä silloin, kun kirjoittaja määrittelee selkeästi, mitä molekyylin ominaisuutta hän kuvaa.

Mitä termit „biopeptidi” ja „bioaktiivinen peptidi” tarkoittavat?

Termi „biopeptidi” ei ole riittävän tarkka tieteellinen termi, jotta sen perusteella voitaisiin tunnistaa tietty molekyyli, sekvenssi tai vahvistettu vaikutus.

Jos tällainen ilmaisu esiintyy etiketissä, tuotekuvauksessa tai verkkokyselyssä, on ensinnäkin selvitettävä, mihin aineeseen se tosiasiassa viittaa.

Termi „bioaktiivinen peptidi”, eli bioaktiivinen peptidi, tarkoittaa yleensä, että tietyissä olosuhteissa on havaittu jonkinlaista biologista toimintaa.

Tällöin tärkeintä on selvittää:

• mikä molekyyli oli tutkimuksen kohteena;
• millainen sen järjestys ja rakenne oli;
• millaista koejärjestelyä käytettiin;
• mitä pitoisuutta tai altistumista tutkittiin;
• mitä vaikutusta mitattiin;
• perustuiko havainto biokemialliseen, solutason, eläinkokeisiin vai ihmisillä tehtyyn tutkimukseen.

Kasvin signaalivasteen estäminen, vuorovaikutus bakteerin solukalvon kanssa sekä vaikutus ihmisen hormonaaliseen vasteeseen ovat erilaisia biologisen aktiivisuuden muotoja. Niitä ei voida yleistää yhdeksi yleiseksi ominaisuudeksi, jota kutsutaan „vaikutukseksi”. [6] [7] [1]

Miksi luokitus ei määrittele kliinistä tilaa?

Rakenteellinen tai toiminnallinen luokitus ei ole lääketieteellisen hyväksynnän luokitus.

Se, että molekyyliä kuvataan luonnolliseksi, synteettiseksi, sykliseksi, hormonaaliseksi tai bioaktiiviseksi, ei tarkoita, että sen lääketieteelliseen käyttöön vaadittavat todisteet olisivat olemassa.

Lau ja Dunnin katsaus terapeuttisten peptidien kehitykseen osoittaa, kuinka yksittäiset molekyylit etenevät tutkimuksen ja kehityksen eri vaiheiden läpi. Tämä julkaisu on luonteeltaan historiallinen katsaus, ei ajantasainen luettelo hyväksytyistä tuotteista. Tässä yhteydessä se kuitenkin tuo esiin tärkeän periaatteen: peptidin kemiallinen rakenne ja sen tila kliinisessä kehityksessä ovat kaksi erillistä asiaa. [11]

Molekyyli voi siis olla tieteellisesti kiinnostava, biologisesti aktiivinen tai laajasti tutkittu ilman, että se olisi samalla hyväksytty lääke.

Missä peptidejä esiintyy?

Ihmiskehossa

Peptidejä esiintyy ihmisen eri kudoksissa ja biologisissa nesteissä.

Niiden sijainti riippuu kyseisestä molekyylistä ja tutkittavasta prosessista. GLP-1:tä koskevat tutkimukset ovat osoittaneet sen yhteyden ruoansulatuskanavaan sekä pitoisuuden muutokset veressä, kun taas proinsuliinia koskevat tutkimukset liittyvät sen muodostumiseen ja prosessointiin haimassa. Nämä ovat konkreettisia esimerkkejä, eivätkä todiste siitä, että jokainen peptidi esiintyisi kaikissa kehon osissa. [1] [8]

On myös syytä erottaa toisistaan seuraavat kolme kysymystä:

• Missä peptidiä valmistetaan?
• Missä se voidaan havaita?
• Missä se vaikuttaa biologisesti?

Näiden paikkojen ei tarvitse olla samoja.

Yhdessä kudoksessa tuotettu peptidi voi päästä verenkiertoon ja vaikuttaa toiseen kudokseen. Toisaalta toiset peptidit osallistuvat pääasiassa paikallisiin tai solunsisäisiin prosesseihin.

Pelkkä peptidin havaitseminen verestä ei siis kerro sen pitoisuutta tai biologista aktiivisuutta muissa kudoksissa.

Kasveissa ja mikrobiologisissa järjestelmissä

Peptidien biologia ulottuu paljon ihmiskehon ulkopuolelle.

Kasvitutkimukset koskivat muun muassa systemiiniin liittyvää signalointia sekä kalati B1:n rakennetta. Sen sijaan ei-rybosomaalisten entsyymijärjestelmien tutkimukset koskivat erilaista tapaa peptidimolekyylien koostumiseen. [6] [2] [4]

Nämä esimerkit osoittavat, kuinka laaja merkitys sanalla „peptidi” on.

Kasviperäinen peptidi ei muutu automaattisesti ihmisen hormoniksi, eikä molekyylin entsymaattista koostumista koskeva koe ole kliininen tutkimus. Biologinen lähde ja kokeellinen malli ovat edelleen kuvauksen olennaisia osia.

Lajien väliset vertailut voivat tarjota arvokasta tieteellistä tietoa, mutta tulokset on aina liitettävä siihen organismiin ja koejärjestelmään, joissa ne on saatu.

Elintarvikkeista peräisin olevissa proteiinipaloissa

Ruokavaliossa olevat proteiinit voivat hajoa ruoansulatuksen aikana pienemmiksi peptidipalasiksi.

On kuitenkin syytä tehdä ero ehjän proteiinin, proteiinihydrolysaatin ja yksittäisen puhdistetun peptidin välillä – ne ovat erilaisia aineita.

Proteiinihydrolysaatti sisältää tuotteita, jotka syntyvät suurempien proteiinien hajoamisen seurauksena pienemmiksi osiksi. Valmistustavasta riippuen se voi sisältää eripituisia peptidejä sekä vapaita aminohappoja.

Iwai ja hänen kollegansa tutkivat gelatiinihydrolysaatteja ja tunnistivat useita kollageenista peräisin olevia peptidejä ihmisten verestä niiden nauttimisen jälkeen. Tulokset osoittavat, että tietyissä tutkimusolosuhteissa oli mahdollista havaita tiettyjä fragmentteja. Ne eivät kuitenkaan todista, että kaikki elintarvikkeista peräisin olevat peptidit kulkevat ruoansulatusprosessin läpi muuttumattomina, eikä niiden havaitseminen sinänsä tarkoita fysiologisen hyödyn olemassaoloa. [3]

Tarkassa kuvauksessa tulisi siis mainita lähtömateriaali sekä – jos ne ovat tiedossa – konkreettiset havaitut katkelmat.

Ilmaisut „sisältää proteiinia”, „sisältää peptidejä” ja „sisältää tämän tietyn, tunnistetun peptidin” välittävät eritasoista tietoa.

Laboratoriotutkimuksissa käytettävissä materiaaleissa

Peptidejä voidaan syntetisoida, jotta tutkijat voivat tutkia tunnettua sekvenssiä, vertailla sen muunnoksia, analysoida molekyylin rakennetta, analyyttistä käyttäytymistä tai tiettyjä biokemiallisia hypoteeseja.

Neuropeptidi Y:n tutkimuksessa yhdistettiin kemiallinen synteesi kromatografiaan, massaspektrometriaan, sekvenssianalyysiin ja rakenteellisiin menetelmiin. Tämä osoittaa, että Peptidin valmistaminen ja sen ominaisuuksien vahvistaminen ovat toisiinsa liittyviä, mutta erillisiä tehtäviä. [5]

Kemiallinen synteesi tuottaa ainetta, jonka on tarkoitus edustaa tiettyä molekyylirakennetta. Analyyttisten ominaisuuksien avulla voidaan selvittää, onko saadulla aineella todellakin odotetut ominaisuudet.

Sama periaate pätee myös tieteellisen julkaisun tulkinnassa: merkitystä on tutkittavan aineiston luonteella.

Pelkkä peptidin yhteinen nimi ei riitä oletuksen tekemiseen, että jokaisella valmisteella olisi identtinen sekvenssi, puhtaus, kemiallinen muoto tai analyyttiset ominaisuudet tai että niitä olisi tutkittu vastaavissa olosuhteissa.

Miksi järjestys, rakenne ja kokeellinen konteksti ovat tärkeitä?

Peptidien tutkimusta on huomattavasti helpompi tulkita, kun erotamme toisistaan kolme peruskysymystä:

Mitä molekyyliä tutkittiin?

Tähän kuuluvat sen sekvenssi, jäännösten lukumäärä, kemialliset modifikaatiot sekä rakenteelliset ominaisuudet.

Missä ja miten sitä tutkittiin?

On selvitettävä, koskiko koe puhdistettuja molekyylejä, soluviljelmiä, eristettyjä kudoksia, eläimiä vai ihmisiä.

Mikä tulos todellisuudessa mitattiin?

Molekyylin havaitseminen, sitoutuminen reseptoriin, vuorovaikutus solukalvon kanssa, geenien ilmentyminen, fysiologinen vaste ja kliininen tulos ovat erilaisia päätepisteitä.

Tulkintaongelmia syntyy usein silloin, kun yhden tason todisteita käytetään perustelemaan toista tasoa koskevaa väitettä.

Esimerkiksi:

peptidi havaittiin veressä → siksi siitä on kliinistä hyötyä

ei ole automaattisesti oikea johtopäätös.

Samoin:

peptidi vaikuttaa soluviljelmässä → siksi se aiheuttaa saman vaikutuksen ihmisessä

vaatii lisätodisteita.

Molekyylin identiteetin, kokeellisen mallin ja todellisuudessa mitatun tuloksen erottaminen toisistaan on käytännöllinen tapa tulkita peptiditutkimuksia tekemättä johtopäätöksiä, jotka ylittävät käytettävissä olevien tietojen rajat.

Usein kysytyt kysymykset

1. Esiintyvätkö peptidit luonnostaan elimistössä?

Kyllä, monia peptidejä esiintyy luonnostaan ihmiskehossa. Ihmisillä tehdyissä tutkimuksissa on havaittu GLP-1:tä suolistokudoksessa ja sen pitoisuuden muutoksia veressä ravintoaineiden nauttimisen jälkeen, kun taas proinsuliinia koskevat tutkimukset liittyvät luonnollisesti syntyvien esiasteiden prosessointiin. Nämä tulokset vahvistavat endogeenisten peptidien olemassaolon, mutta ne eivät tarkoita, että jokainen peptidiksi määritelty aine esiintyisi luonnostaan ihmisillä. Jotkut sekvenssit esiintyvät muissa organismeissa, osa syntyy suuremmista molekyyleistä, ja toisia voidaan tuottaa tai muokata kokeellisesti. Luonnollinen esiintyminen on siis määritettävä kunkin molekyylin osalta erikseen, eikä siitä pidä tehdä johtopäätöksiä pelkästään sanan „peptidi” perusteella. [1] [8]

2. Kuinka monta aminohappoa peptidi koostuu?

Peptidi sisältää vähintään kaksi toisiinsa liittyvää aminohappotähdettä, mutta ei ole olemassa yleisesti käytettyä enimmäismäärää, joka erottaisi selkeästi peptidit proteiineista. Tieteellisissä tutkimuksissa ilmoitetaan usein tarkka pituus: kalata B1:ssä on 29 jäännöstä ja neuropeptidi Y:ssä 36, vaikka termien ”peptidi” ja ”polypeptidi” käyttö osittain päällekkäin. Arvioidut numeeriset rajat voivat olla hyödyllisiä opetuksessa, mutta niitä ei tulisi pitää ehdottomina kemiallisina laeina. Pituus auttaa tunnistamaan molekyylin, mutta se ei muodosta yleispätevää biologista rajaa eikä ennusta toimintaa. Siksi todellisen aminohappotumien lukumäärän ilmoittaminen on tarkempaa kuin jäykän raja-arvon käyttäminen. [2] [5]

3. Ovatko peptidit sama asia kuin aminohapot?

Ei. Peptidit ovat toisiinsa liittyneitä molekyylejä, jotka koostuvat aminohappotähteistä, kun taas vapaat aminohapot ovat erillisiä molekyyliyksiköitä. Ei-rybosomaalista peptidisynteesiä koskevissa tutkimuksissa on analysoitu niitä erityisiä reaktiomekanismeja, joita tarvitaan peptidisidoksen sisältävän tuotteen muodostumiseen. Tämä ero on tärkeä, koska pelkkä aminohappojen sekoittaminen ei automaattisesti johda tietyn sekvenssin muodostumiseen. Kun aminohapot liitetään peptidiin, niiden järjestys ja kemialliset sidokset tulevat osaksi molekyylin identiteettiä. Peptidi on siis tunnistettava sen yhdistelmärakenteen perusteella, ei pelkästään yksittäisten aminohappojen esiintymisen perusteella. [4]

4. Mikä on peptidisidos?

Peptidisidos on kovalenttinen sidos aminohapporyhmien välillä ja se on osa peptidin runkoa. Kemiallisesta näkökulmasta se yhdistää yleensä yhden aminohapon karbonyyliryhmän hiiliatomin toisen aminohapon typpiatomiin. Stachelhaus ja hänen työryhmänsä tutkivat entsyymidomeenin roolia tällaisen sidoksen muodostumisessa ei-rybosomaalisessa järjestelmässä muun muassa tekemällä modifikaation, joka esti tutkittavan reaktion. Nämä tulokset koskevat tiettyä peptidin muodostumismekanismia, eivätkä kaikkia sen muodostumistapoja. Yleinen periaate on, että peptidisidokset yhdistävät aminohappotähteet tiettyyn ketjuun, mutta ne eivät sinänsä määrää kyseisen ketjun biologista funktiota. [4]

5. Mikä on polypeptidi?

Polypeptidi on ketju, joka sisältää useita aminohappotähteitä, jotka on yhdistetty peptidisidoksilla. Termi on osittain päällekkäinen termeillä „peptidi” ja „proteiini”, eikä se tarkoita täysin erillistä kemiallista luokkaa. Esimerkiksi kalata B1:n rakennetta käsittelevässä julkaisussa termiä „polypeptidi” käytettiin molekyylistä, joka sisälsi 29 aminohappojäännöstä. Tämä osoittaa, miksi nimi itsessään ei ole tarkka mittari koon suhteen. Eri tieteenalat ja julkaisut voivat käyttää termejä ”peptidi” ja ”polypeptidi” hieman eri tavoin. Sekvenssi, aminohappojen lukumäärä, rakenne ja biologinen konteksti antavat siis tarkemman kuvan tutkittavasta molekyylistä. [2]

6. Miten peptidit eroavat proteiineista?

Peptideillä ja proteiineilla on yhteinen, aminohappoihin perustuva kemiallinen rakenne, mutta termi „proteiini” viittaa yleensä monimutkaisempiin biologisiin molekyyleihin, jotka koostuvat yhdestä tai useammasta polypeptidiketjusta. Terminologia on osittain päällekkäistä, ja suurempi esiaste voi hajoaa pienemmiksi tuotteiksi, mistä esimerkkinä on proinsuliinin muuntuminen. Koko on osa tätä erottelua, mutta sitä ei pidä pitää yleispätevänä rajana. Proteiinit muodostavat usein monimutkaisia korkeamman asteen rakenteita, vaikka peptiditkin voivat omaksua tiettyjä kolmiulotteisia konformaatioita. Hyödyllisin selitys tulisi siis viitata tiettyyn molekyyliin, sen aminohappotähteiden lukumäärään, rakenteeseen ja rooliin biologisessa prosessissa sen sijaan, että se perustuisi pelkästään numeeriseen kynnysarvoon. [8]

7. Voivatko samat aminohapot sisältävät peptidit toimia eri tavalla?

Kyllä. Molekyylin käyttäytyminen riippuu paitsi siitä, mitä aminohappoja se sisältää, myös niiden järjestyksestä, kemiallisista sidoksista, modifikaatioista ja kolmiulotteisesta rakenteesta. Neuropeptidi Y:n rakennetutkimukset sekä systemiinin fragmentteja koskevat kokeet osoittavat, miksi molekyylin sekvenssi ja rakenne vaativat erillistä analyysia. Jopa peptidit, joiden aminohappokoostumus on identtinen, voivat olla erilaisia molekyylejä, jos aminohappotähteet esiintyvät eri järjestyksessä. Näiden tutkimusten perusteella ei voida ennustaa jokaisen mahdollisen sekvenssin käyttäytymistä, minkä vuoksi kahta peptidiä ei tule pitää samanarvoisina pelkästään sen vuoksi, että niiden aminohappokoostumus näyttää samankaltaiselta. [5] [6]

8. Onko pidempi peptidi tehokkaampi?

Ei ole olemassa yleistä sääntöä, jonka mukaan pidempi peptidi aiheuttaisi voimakkaamman biologisen vaikutuksen. Merkitystä on muun muassa sekvenssillä, rakenteella, molekyylikohteella, pitoisuudella, stabiilisuudella ja koeolosuhteilla. Systemiinin fragmentteja koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että molekyylin muuttaminen vaikutti sen aktiivisuuteen, mutta ne eivät ole vahvistaneet yleistä riippuvuussuhdetta pituuden ja biologisen vaikutuksen voimakkuuden välillä. Lyhyt peptidi voi suorittaa tärkeän ja hyvin spesifisen biokemiallisen tehtävän, kuten glutationi, kun taas huomattavasti pidemmät peptidit voivat täyttää täysin erilaisia tehtäviä. Pituus on siis molekyyliä kuvaava parametri. Biologisten vaikutusten vertailu edellyttää tiettyjen peptidien suoraa tutkimusta käyttäen samaa, selkeästi määriteltyä päätepistettä. [6] [10]

9. Mitä tarkoittaa „bioaktiivinen peptidi”?

Bioaktiivinen peptidi on peptidi, jolla on osoitettu olevan tietty biologinen vaikutus tietyssä kokeellisessa järjestelmässä. Vaikutus voi olla soluvaste, vuorovaikutus reseptorin kanssa, vuorovaikutus solukalvon kanssa, biokemiallinen reaktio tai fysiologisen parametrin muutos. Esimerkiksi LL-37:ää koskevissa tutkimuksissa analysoitiin tiettyjä rakenteellisia ominaisuuksia ja vuorovaikutusta solukalvojen kanssa. Tällaiset tulokset eivät automaattisesti vahvista kliinistä vaikutusta, eivätkä ne välttämättä koske kaikkia aineita, joilla on sama nimi. „Bioaktiivinen” ei siis tulisi ymmärtää yleisenä väittämänä siitä, että peptidillä olisi terveysvaikutuksia. Termillä on tieteellistä merkitystä vasta, kun molekyyli, koejärjestely, mitattu aktiivisuus ja todistusaineiston tyyppi on määritelty. [7]

10. Ovatko kaikki peptidit hormoneja?

Ei. Hormoni on toiminnallinen luokka, joka kattaa tietyt peptidit, mutta ei kaikkia. GLP-1 on esimerkki peptidistä, jota tutkitaan ihmisen suolistohormonina, kun taas glutationi on solunsisäinen tripeptidi, jota analysoidaan redox-prosessien ja sen synteesin yhteydessä. Vielä erillisen luokan muodostavat elimistön puolustusmekanismeihin liittyvät peptidit. Nämä esimerkit osoittavat hyvin erilaisia rooleja saman laajan kemiallisen luokan sisällä. Molekyylin nimeäminen peptidiksi viittaa sen aminohappopohjaiseen rakenteeseen. Sen määritteleminen hormoniksi vaatii lisätodisteita, jotka vahvistavat sen signaalin välittäjänä toimivan roolin tietyssä biologisessa järjestelmässä. [1] [10]

11. Mikä on peptidin esiaste?

Peptidien esiaste on molekyyli, josta biologisen prosessin tuloksena voi muodostua peptidituote. Tunnettu esimerkki on proinsuliini, jonka tapauksessa erotetaan toisistaan muuntumisen välituotteet, insuliini ja C-peptidi. Analyyttiset tutkimukset korostavat tarvetta mitata nämä toisiinsa liittyvät muodot erikseen. Prosessointi voi sisältää selektiivisen entsymaattisen pilkkomisen ja muita molekyylimuutoksia, jotka tapahtuvat ennen kypsän tuotteen muodostumista. Esiasteelle ei siis tule automaattisesti osoittaa kaikkia sen lopputuotteen ominaisuuksia – sen identiteetti, prosessointivaihe, pitoisuus, sijainti ja mitattu biologinen aktiivisuus edellyttävät erillistä arviointia. [8] [9]

12. Miten lineaariset peptidit eroavat syklisistä peptideistä?

Lineaarisilla peptideillä on avoin runko, kun taas syklisissä peptideissä on kovalenttisesti suljettu rengas, joka muodostuu rungosta tai sivuketjujen liitoksista. Termi „lineaarinen” viittaa atomien liitosmuotoon, eikä se tarkoita, että molekyylin tulisi olla fyysisesti suora. Kalata B1 on dokumentoitu esimerkki syklisestä peptidistä, jolla on suljettu runko ja ylimääräisiä disulfidisidoksia. Sen rakenneanalyysi kuvaa tämän tietyn molekyylin rakennetta, mutta ei todista, että kaikki sykliset peptidit käyttäytyisivät samalla tavalla. Tämä ero kuvaa ensisijaisesti molekyyliarkkitehtuuria. Tällaisen rakenteen vaikutus stabiiliuteen, vuorovaikutuksiin, biologiseen aktiivisuuteen tai muihin ominaisuuksiin edellyttää kyseistä peptidiä koskevia tietoja. [2]

13. Voivatko kemialliset modifikaatiot muuttaa peptidin ominaisuuksia?

Kyllä. Aminohappojäämien, pääteryhmien, muiden kemiallisten modifikaatioiden tai molekyylin sidostavan rakenteen muutokset voivat vaikuttaa peptidin fysikaalisiin ja biologisiin ominaisuuksiin. Peptidien kehittämistä käsittelevässä kirjallisuudessa käsitellään erilaisten rakenteiden ja lääkekemian strategioiden käyttöä, kun taas rakennetutkimukset osoittavat, kuinka tärkeää on karakterisoida kokeellinen materiaali tarkasti. Modifikaatiot voivat mahdollisesti vaikuttaa muun muassa varaukseseen, konformaatioon, vuorovaikutuksiin muiden molekyylien kanssa sekä alttiuteen kemiallisille ja entsymaattisille muutoksille. Modifikaatio itsessään ei kuitenkaan takaa toivottua tai ennustettavaa vaikutusta. Modifioitua molekyyliä on arvioitava erikseen sen sijaan, että oletettaisiin, että kaikki alkuperäistä peptidiä koskevat tulokset pätevät edelleen. [11] [5]

14. Voidaanko luonnossa esiintyvää peptidiä valmistaa myös synteettisesti?

Kyllä. Tutkijat voivat syntetisoida kemiallisesti sekvenssin, jota esiintyy myös luonnossa. Mierke ja hänen kollegansa tekivät näin ihmisen neuropeptidi Y:n tapauksessa ja käyttivät sen jälkeen useita analyyttisiä menetelmiä saadun aineen karakterisoimiseksi. Tämä osoittaa, että luonnollinen esiintyminen ja valmistustapa kuvaavat peptidin kahta eri näkökohtaa. „Luonnollinen” voi viitata sekvenssin esiintymispaikkaan biologiassa, kun taas „synteettinen” kuvaa tietyn näytteen valmistustapaa. Tämä ei tarkoita, että kaikki samalla nimellä esiintyvät aineet olisivat keskenään vastaavia – tutkimusaineita vertailtaessa sekvenssillä, modifikaatioilla, kemiallisella muodolla, koostumuksella, puhtaudella ja analyyttisillä ominaisuuksilla on edelleen merkitystä. [5]

15. Esiintyykö peptidejä ihmiskehon ulkopuolella?

Kyllä. Peptidejä esiintyy monissa biologisissa järjestelmissä, muun muassa kasveissa ja mikro-organismeissa. Tutkimukset koskivat muun muassa kasvien systemiiniä, syklistä kalataa B1, joka eristettiin Oldenlandia affinis sekä peptidien ei-rybosomaaliset koostumismekanismit. Nämä esimerkit osoittavat alkuperän, rakenteiden ja biologisten kontekstien moninaisuuden. Ne eivät kuitenkaan tarkoita, että toisesta organismista peräisin oleva peptidi toimisi samalla tavalla ihmisessä. Biologista alkuperää koskevat tiedot on siis erotettava väitteistä, jotka koskevat vaikutusta ihmisillä. Lajienväliset tutkimukset voivat tarjota merkittävää tietoa mekanismeista, mutta tulosten siirtäminen lajien välillä vaatii lisätodisteita. [6] [2] [4]

16. Pääsevätkö kaikki elintarvikkeissa esiintyvät peptidit verenkiertoon muuttumattomassa muodossa?

Ei. Se, että tietyt elintarvikkeista peräisin olevat fragmentit löytyvät verestä, ei tarkoita, että kaikki elintarvikkeiden peptidit imeytyisivät muuttumattomina. Ravintoproteiinit voivat hajoaa merkittävästi ruoansulatuksen aikana muodostaen peptidi- ja aminohapposeoksia. Iwai ja hänen työryhmänsä tunnistivat tiettyjä kollageenista peräisin olevia fragmentteja sen jälkeen, kun osallistujat olivat nauttineet gelatiinihydrolysaatteja. Koe koski tiettyä materiaalia ja mitattuja fragmentteja, ei kaikkia proteiinia sisältäviä tuotteita. Myöskään näiden fragmenttien havaitseminen sinänsä ei vahvistanut terveyshyötyä. Elintarvikkeista peräisin olevien peptidien imeytymistä koskevat johtopäätökset tulisi siis liittää tiettyyn lähtöaineeseen, analysoituihin molekyyleihin, käytettyihin menetelmiin ja kokeellisiin olosuhteisiin. [3]

17. Mitä todisteita tarvitaan peptidin vaikutuksen selvittämiseksi?

Todisteiden tyypin tulisi vastata väitettä, jota halutaan todentaa. Rakenteellinen analyysi mahdollistaa molekyylin ominaisuuksien määrittämisen, biokemiallisilla kokeilla voidaan tutkia mekanismeja, solututkimuksissa mitataan tiettyjä solureaktioita, eläinkokeissa voidaan havainnoida prosesseja koko elimistössä, ja ihmisillä tehtävissä tutkimuksissa voidaan arvioida fysiologisia tai kliinisiä tuloksia. Kalatiini B1:tä, systemiinia ja GLP-1:tä koskevat tutkimukset tuovat esiin erilaisia tieteellisiä kysymyksiä. Mikään yksittäinen tutkimustyyppi ei vastaa niihin kaikkiin, eikä molekyylin havaitseminen sinänsä ole sama asia kuin vaikutuksen osoittaminen. Vastaavasti soluissa tai eläimillä havaittu vaikutus ei tarkoita automaattisesti samaa tulosta ihmisellä. Luotettavassa kuvauksessa tulisi siis määritellä, mitä molekyyliä tutkittiin, mitä kokeellista mallia käytettiin, mitä tosiasiallisesti mitattiin ja mikä on edelleen epävarmaa. [2] [6] [1]

18. Määrittääkö aminohapposekvenssi peptidin identiteetin?

Aminohapposekvenssi on peptidin identiteetin perusosa, sillä se määrittää ketjun jäännösten järjestyksen. Sekvenssi itsessään ei kuitenkaan välttämättä kuvaa molekyylin kaikkia olennaisia ominaisuuksia. Lisätietoa voivat tarjota päätermodifikaatiot, syklisaatio, disulfidisillat, muut kemialliset modifikaatiot sekä kolmiulotteinen rakenne. Kalati B1:n ja neuropeptidi Y:n rakennetutkimukset osoittavat, miksi sekä sekvenssi että molekyylin tarkemmat ominaisuudet voivat olla merkityksellisiä. Siksi kahta ainetta, joilla on sama yleinen peptidinimi, ei pidä automaattisesti katsoa analyyttisesti identtisiksi ilman tarkempaa karakterisointia. [2] [5]

19. Eroavatko synteettiset peptidit luonnossa esiintyvistä?

Termit „synteettinen” ja „luonnossa esiintyvä” kuvaavat ennen kaikkea alkuperää tai valmistustapaa, eivätkä ne automaattisesti tarkoita erilaista aminohapposekvenssiä. Myös elimistössä esiintyvä sekvenssi voidaan valmistaa kemiallisesti, mistä esimerkkinä on ihmisen neuropeptidi Y:n synteesi. Arvioitaessa, ovatko kaksi valmisteita molekyylitasolla vastaavia, on otettava huomioon niiden sekvenssit, kemialliset modifikaatiot, rakenne, koostumus ja analyyttiset ominaisuudet. Sanaa „synteettinen” ei siis pidä automaattisesti tulkita tarkoittavan biologisesti erilaista, huonompaa, parempaa, turvallisempaa tai aktiivisempaa. Nämä ovat erillisiä kysymyksiä, jotka edellyttävät erillistä näyttöä. [5]

20. Osoittaako peptidin havaitseminen veressä sen biologisen vaikutuksen?

Ei. Havaitseminen tarkoittaa, että käytetty analyysimenetelmä on tunnistanut peptidin tai siihen liittyvän aineen tutkittavassa näytteessä tietyissä olosuhteissa. Biologisen aktiivisuuden osoittaminen vaatii lisätodisteita. Iwai ja hänen kollegansa havaitsivat kollageenista peräisin olevia peptidifragmentteja ihmisten veressä gelatiinihydrolysaatin nauttimisen jälkeen, mutta niiden havaitseminen sinänsä ei vahvistanut terveyshyötyä. Sen sijaan GLP-1:tä koskevissa tutkimuksissa yhdistettiin peptidin mittaukset fysiologisiin kokeisiin, jotka koskivat tiettyjä elimistön reaktioita. Nämä esimerkit osoittavat eron molekyylin läsnäolon vahvistamisen ja sen biologisen toiminnan osoittamisen välillä. [3] [1]

Peptidejä koskevien yleisten tutkimusten tulkinnan rajoitukset

Ensimmäinen merkittävä rajoitus on se, että peptidit muodostavat valtavan ja erittäin monipuolisen molekyyliryhmän. Yhden peptidin tuloksia ei pidä automaattisesti yleistää koskemaan toista peptidiä, jonka sekvenssi, rakenne tai biologinen konteksti on erilainen.

Toinen rajoitus liittyy terminologiaan. Termejä kuten peptidi, polypeptidi, oligopeptidi, proteiini tai bioaktiivinen peptidi saatetaan käyttää hieman eri tavoin eri tieteenaloilla. Todellinen sekvenssi ja rakennetiedot ovat usein tarkempia kuin itse luokkanimi.

Kolmanneksi merkitystä on kokeellisella kontekstilla. Peptidi voi käyttäytyä eri tavoin riippuen liuottimesta, pH:sta, lämpötilasta, pitoisuudesta, muiden molekyylien läsnäolosta, soluympäristöstä tai organismista. Tietyissä olosuhteissa saatuja rakenteellisia havaintoja ei siis pidä automaattisesti esittää molekyylin yleispätevänä käyttäytymisenä.

Neljänneksi biologista näyttöä on monella tasolla. Kemiallinen tunnistaminen, vuorovaikutus reseptorin kanssa, solutoiminta, vaikutukset eläimissä, fysiologiset vasteet ihmisillä ja kliiniset tulokset ovat erilaisia näyttömuotoja.

Viidenneksi: luonnossa esiintyminen ei tarkoita terapeuttista käyttökelpoisuutta, eikä kemiallinen synteesi määritä kliinistä asemaa. Alkuperä, valmistustapa, biologinen aktiivisuus ja lääketieteelliset todisteet ovat erillisiä ominaisuuksia.

Lopuksi on syytä muistaa, ettei molekyylin havaitsemista pidä sekoittaa sen toiminnan osoittamiseen. Peptidin tunnistaminen verestä, kudoksesta, elintarvikkeesta peräisin olevasta aineksesta tai muusta näytteestä vahvistaa sen läsnäolon kyseisessä analyysissä käytetyissä olosuhteissa. Sen selvittäminen, mikä biologinen tehtävä – jos sellainen ylipäätään on – havaittavalla molekyylillä on, vaatii lisäevidenssiä.

Yhteenveto

Peptidit ovat molekyylejä, jotka koostuvat aminohapoista, jotka on liitetty toisiinsa peptidisidoksilla, mutta tämä yksinkertainen määritelmä kattaa erittäin laajan kirjon rakenteita ja biologisia yhteyksiä.

Ne voivat koostua vain muutamasta jäännöksestä tai muodostaa huomattavasti pidempiä ketjuja. Ne voivat olla lineaarisia, syklisiä, lisäverkostuneita, luonnollisesti tuotettuja, entsymaattisesti muunnettuja, ei-rybosomaalisesti koottuja tai kemiallisen synteesin avulla saatuja. Jotkut toimivat biologisina signaaleina, toiset osallistuvat elimistön puolustusmekanismeihin, osa osallistuu solunsisäisiin biokemiallisiin prosesseihin, ja toiset taas esiintyvät välituotteina tai fragmentteina suurempien molekyylien prosessoinnin ja hajoamisen yhteydessä.

Tästä syystä termi peptidi sitä tulisi pitää laajan molekyyliluokan nimityksenä, ei toiminnan ennusteena.

Jotta tiettyä peptidiä voitaisiin ymmärtää oikein, on vastattava muutamaan erilliseen kysymykseen:

• Mikä on sen aminohapposekvenssi?
• Kuinka paljon siinä on jäännöksiä?
• Millainen on sen molekyyliarkkitehtuuri?
• Sisältääkö se muita kemiallisia muunnoksia?
• Mistä se on peräisin?
• Miten se valmistetaan tai jalostetaan?
• Missä mallissa se on testattu?
• Mikä biologinen vaikutus on todellisuudessa osoitettu?
• Millaiset todisteet tukevat tätä johtopäätöstä?

Tässä artikkelissa käsitellyt tutkimukset osoittavat, miksi tällaisilla erotteluilla on merkitystä. GLP-1 on esimerkki peptidisignaloinnista ihmisellä; kalata B1 osoittaa syklisen molekyylirakenteen; neuropeptidi Y havainnollistaa kemiallista synteesiä ja rakenteellisia ominaisuuksia; LL-37 on esimerkki puolustusmekanismien tutkimuksesta; glutationi edustaa solunsisäistä peptidikemiaa; proinsuliini havainnollistaa esiasteiden prosessointia; kun taas elintarvikkeista peräisin olevat kollageenifragmentit muistuttavat siitä, miksi pelkkä peptidin havaitseminen ei automaattisesti tarkoita biologista hyötyä. [1–10]

Hyödyllisin tapa ymmärtää peptidejä ei siis ole kysyä, mitä „peptidit” tekevät ryhmänä. On parempi tunnistaa ensin tietty molekyyli ja analysoida sitten sen sekvenssiä, rakennetta, alkuperää, biologista roolia ja kokeellista kontekstia koskevat todisteet.

Vastuuvapauslauseke

Tämä artikkeli on luonteeltaan yksinomaan koulutuksellinen ja tieteellis-tiedottava. Siinä selitetään peptidien kemiaa, niiden luokittelutapoja, biologisia rooleja sekä esimerkkejä julkaistuista tutkimuksista. Se ei ole lääketieteellistä neuvontaa, diagnostista ohjeistusta, hoitosuositusta, annostustietoa, tuotevalintaohjeita eikä suosituksia minkään peptidin tai peptidejä sisältävän tuotteen käytöstä. Biokemiallisissa, solu-, kasvi-, eläin- tai muissa kokeellisissa malleissa havaittua biologista aktiivisuutta ei tule automaattisesti tulkita todisteeksi turvallisuudesta, tehokkuudesta tai kliinisestä hyödystä ihmisillä. Kunkin yksittäisen peptidin osalta todisteita tulisi arvioida ottaen huomioon tutkittu molekyyli, kokeellinen malli, mitattu tulos sekä saatavilla olevien tutkimusten laatu.

Viitteet

[1] Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glukagonin kaltainen peptidi-1 7-36: fysiologinen inkretini ihmisellä. 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). Uterotonisen polypeptidin kalata B1:n primaarisen ja kolmiulotteisen rakenteen selvittäminen. Biochemistry, 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). Ruokaperäisten kollageenipeptidien tunnistaminen ihmisen verestä gelatiinihydrolysaattien suun kautta tapahtuneen nauttimisen jälkeen. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p.

[4] Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). Peptidisidoksen muodostuminen ei-ribosomaalisessa peptidien biosynteesissä. Kondensaatiodomeenin katalyyttinen rooli. 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., & Jung, G. (1992). Neuropeptidi Y. Optimoitu kiinteävaiheinen synteesi ja konformaatioanalyysi trifluorietanolissa. European Journal of Biochemistry, 206(1), 39–48. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1992.tb16899.x.

[6] Meindl, T., Boller, T., & Felix, G. (1998). Kasvien haavahormonin Systemin sitoutuu N-terminaalisen osansa kautta reseptoriinsa, mutta tarvitsee C-terminaalisen osansa aktivoidakseen sen. 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., & Tossi, A. (2015). Ihmisen katelicidiini LL-37:n rakenteen ja vaikutusmekanismin uusia piirteitä, jotka on paljastettu sisäisen p-syanofenyylialaniini-koettimen avulla. Biochemical Journal, 465(3), 443–457. https://doi.org/10.1042/BJ20141016.

[8] Linde, S., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). Proinsuliinin ja sen muuntumistuotteiden analysointi käänteisfaasilla suoritettavalla korkean suorituskyvyn nestekromatografialla. 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). Insuliinia erittävien rakeiden karboksipeptidaasi H. Puhdistus ja sen osallisuuden osoittaminen proinsuliinin prosessoinnissa. 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). Glutationin synteesin arviointi deuterioidulla vedellä: malli peptidien biosynteesille. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042.

[11] Lau, J. L., & Dunn, M. K. (2018). Terapeuttiset peptidit: historialliset näkökulmat, nykyiset kehityssuuntaukset ja tulevaisuuden näkymät. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 26(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.