Peptidit, proteiinit ja aminohapot: tärkeimmät erot

Aminohapot ovat molekyylien perusyksiköitä, joista muodostuvat peptidit ja proteiinit. Peptidit ovat aminohappojäämien ketjuja, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa pääasiassa peptidisidoksilla, kun taas proteiinit koostuvat yhdestä tai useammasta polypeptidiketjusta, joiden sekvenssi, rakenne, keskinäiset vuorovaikutukset, biologinen prosessointi ja toiminnallinen konteksti vaikuttavat niiden identiteettiin. Kaikki nämä ryhmät ovat kemiallisesti toisiinsa liittyviä, mutta termejä ei voida käyttää keskenään synonyymeinä.

Vapaiden aminohappojen ja peptidien välinen ero on suhteellisen helppo määrittää: aminohappojen yhdistämällä peptidirakenteita johtaa uuden molekyylin syntyyn, jolla on tietty sekvenssi ja atomien sitoutumistapa. Raja peptidin ja proteiinin välinen ero on huomattavasti epäselvempi.

Ketjun pituus on hyödyllinen suuntaa-antava kriteeri. Opetusmateriaaleissa tai joissakin luokitusjärjestelmissä voidaan esimerkiksi kohdata sovittu raja-arvo, joka on noin 50 aminohappojäännöstä. Tieteellisessä kirjallisuudessa ei kuitenkaan käytetä yhtä yleistä raja-arvoa. Kymmenestä aminohappotähteestä koostuva ketju on kuvattu miniproteiini, rakenteellisesti järjestäytynyt molekyyli, joka koostuu 29 aminohappotähteestä, on määritelty nimellä polypeptidi, ja jotkut proteiinit voivat esiintyä huomattavan epäjärjestyneessä tilassa sen sijaan, että ne muodostaisivat yhden pysyvän, tiiviin rakenteen. [1] [2] [3]

Nämä esimerkit havainnollistavat tärkeän periaatteen: sekvenssin pituus antaa tärkeää tietoa, mutta se ei yksinään riitä kunkin aminohappoketjun yksiselitteiseen luokitteluun.

Jotta voitaisiin erottaa paremmin peptidit, polypeptidit ja proteiinit, on syytä ottaa huomioon useita ominaisuuksia samanaikaisesti:

• aminohappojäämien lukumäärä;
• niiden järjestys;
• se, onko molekyyli lineaarinen, syklinen, haarautunut vai moniketjuinen;
• kovalenttisten sidosten muodostumistapa;
• kokeellisesti vahvistettu rakenne;
• translaation jälkeiset tai kemialliset muutokset;
• molekyylin biologisen prosessoinnin tapa;
• tieteellisessä kirjallisuudessa tietyn molekyylin osalta vakiintunut terminologia.

Tässä artikkelissa selitämme, miten aminohapot, peptidit, polypeptidit ja proteiinit liittyvät toisiinsa, miten ketjun pituus vaikuttaa käytettyyn terminologiaan, miten peptidisidokset muodostavat ketjuja ja miksi tieto sekvenssit, molekyyliarkkitehtuuri ja kokeellisesti vahvistetut ominaisuudet on informatiivisempi kuin itse luokkanimi.

Miten aminohapot, peptidit ja proteiinit eroavat toisistaan?

Aminohapot ovat yksittäisiä rakenneyksiköitä

Tyypillinen alfa-aminohappo sisältää keskushiiliatomin, johon on sitoutunut aminoryhmä, karboksyyliryhmä, vetyatomi sekä vaihteleva sivuketju.

Juuri sivuketju erottaa yhden aminohapon toisesta.

Monissa biologisissa ympäristöissä aminoryhmät ja karboksyyliryhmät esiintyvät usein varautuneina. Peruskemian alalla yleisesti käytetty neutraali rakennekaavio on siis hyödyllinen tapa esittää aminohappo, mutta se ei välttämättä kuvaa sen vallitsevaa ionitilaa kaikissa biologisissa olosuhteissa.

Yksittäisten aminohappojen sivuketjut eroavat toisistaan muun muassa seuraavilla tavoilla:

• koon mukaan;
• sähkövarauksella;
• polariteetilla;
• hydrofobisuudella;
• kyky muodostaa vetysidoksia;
• avaruudelliset ominaisuudet;
• kemiallinen reaktiivisuus.

Esimerkiksi glysiinillä on sivuketjuna yksi vetyatomi, minkä vuoksi se on rakenteellisesti pienempi kuin muut tavanomaiset aminohapot. Kysteiini puolestaan sisältää sivuketjun, jossa on rikkiatomi, joka voi osallistua disulfidisiltojen muodostumiseen.

Muut aminohapot voivat sisältää aromaattisia, happamia, emäksisiä, polaarisia tai pääasiassa ei-polaarisia sivuketjuja.

Nämä erot auttavat ymmärtämään, miksi yhden aminohapon korvaaminen toisella voi muuttaa peptidin tai proteiinin ominaisuuksia. Molekyylin runko voi edelleen olla sidottu samanlaisten peptidisidosten avulla, mutta tiettyjen sivuketjujen läsnäolosta johtuvat kemialliset ominaisuudet muuttuvat.

Aminohappo voi esiintyä ja osallistua aineenvaihduntaan myös riippumatta peptidistä tai proteiinista.

Vapaat aminohapot ovat erillisiä molekyylejä.

Kun yksittäiset yksiköt on liitetty peptidi- tai proteiiniketjuun, niitä kuvataan tarkemmin seuraavasti: aminohappojäämät.

Arkikielessä on ymmärrettävää sanoa, että proteiini on „aminohappojen ketju”. Rakennekemian näkökulmasta tarkempi ilmaisu on kuitenkin „aminohappojäämien ketju”, koska aminohapon liittäminen ketjuun muuttaa sen kemiallista kontekstia.

Peptidit sisältävät aminohappoja, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa peptidisidoksilla

Tyypillisessä peptidirakenteessa yhden aminohapon karboksyyliryhmästä peräisin olevan karbonyyliryhmän hiiliatomi on sitoutunut seuraavaan aminohappoon liittyvään typpiatomiin.

Tätä kovalenttista amidisidettä kutsutaan peptidiyhdiste.

Kahden jäännöksen yhdistämisestä syntyy dipeptidi.

Kolme jäännöstä muodostavat tripeptidi.

Neljä muodostaa tetrapeptidi, ja ketjun jatkuminen johtaa yhä pidempien peptidien ja polypeptidien muodostumiseen, jotka perustuvat samaan yleiseen kemialliseen runkoon.

Muodostuva molekyyli on enemmän kuin pelkkä sen rakenneosien joukko.

Seos, joka sisältää erillisiä glysiini- ja alaniinimolekyylejä, eroaa kemiallisesti dipeptidistä glykyylialaniini.

Yhdistyneessä molekyylissä on:

• määritelty sekvenssi;
• määritellyt kovalenttiset sidokset;
• tietyt loppuryhmät;
• oma molekyylimassa;
• mahdolliset konformaatiot;
• kemialliset ominaisuudet, jotka poikkeavat yksittäisten aminohappojen ominaisuuksista.

Järjestyksen kääntäminen johtaa siihen, että syntyy alaniloglysiinit.

Glykyylialaniini ja alanyyliglysiini sisältävät samoja aminohappoja, mutta niiden sekvenssi on erilainen.

Tämä yksinkertainen esimerkki havainnollistaa yhtä peptidikemian perusperiaatteista:

Aminohappokoostumus ei ole sama asia kuin aminohapposekvenssi.

Peptidisidoksilla on myös tyypillisiä rakenteellisia ominaisuuksia. Niiden elektronijärjestys rajoittaa pyörimistä hiili–typpi-sidoksen ympärillä ketjun rungossa, kun taas viereiset sidokset vastaavat suuresta osasta ketjun konformaatiota joustavuutta.

Kokeelliset ja laskennalliset tutkimukset osoittavat, että peptidiryhmä on suunnilleen tasomainen, vaikka pienet poikkeamat ihanteellisesta tasomaisuudesta ovatkin mahdollisia. [4]

Proteiinit sisältävät yhden tai useamman polypeptidiketjun

Proteiini ymmärretään yleensä biologiseksi makromolekyyliksi, joka koostuu yhden tai useamman polypeptidiketjun.

Näistä ketjuista voi muodostua:

• tiiviit pallomaiset rakenteet;
• pitkänomaiset rakenteet;
• kalvoihin liittyvät rakenteet;
• joustavat alueet;
• sisäisesti epäjärjestyksessä olevat alueet;
• useista ketjuista koostuvat kompleksit;
• erilaisten rakenneosien yhdistelmät.

Joissakin proteiineissa on myös sitoutuneita hiilihydraatteja, lipidejä, metalli-ioneja, prostetiikkarryhmiä, kovalenttisia modifikaatioita tai muita niihin liittyviä komponentteja.

Tietyn molekyylin määritteleminen proteiiniksi antaa siis yleensä enemmän tietoa kuin pelkkä toteamus peptidisidosten olemassaolosta.

Tämä termi sijoittaa molekyylin laajempaan rakenteellisessa ja biologisessa kontekstissa.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että jokaisella proteiiniksi määritellyllä molekyylillä olisi oltava:

• määritelty vähimmäispituus;
• yksi pysyvästi jäykkä rakenne;
• vain yksi polypeptidiketju;
• entsymaattinen aktiivisuus;
• yksi tietty biologinen toiminto.

Hyvä esimerkki on KISS1-proteiini.

Tutkijat käyttivät muun muassa ydinmagneettista resonanssia ja pienikulmaista röntgensäteilyn sirontaa karakterisoidakseen KISS1:n sisäisesti epäjärjestyneeksi proteiiniksi, joka on hieman venyneempi kuin tyypillinen tilastollinen polymeerikimppu. Sen luokittelu proteiiniksi ei siis riipu yhden tiiviin ja pysyvän rakenteen olemassaolosta. [3]

Aminohapot, peptidit ja proteiinit – vertailu

Taulukko esittää yleisesti tunnustetut erot, eikä siinä määritetä yhtä ainoaa muodollista rajaa, joka koskisi kaikkia molekyylejä.

Esimerkit lyhyistä, järjestäytyneistä molekyyleistä sekä sisäisesti epäjärjestäytyneistä proteiineista osoittavat, missä yksinkertaistetut määritelmät vaativat lisäselvitystä. [1] [2] [3]

Mikä polymeeri muodostuu aminohapoista?

Kun useita aminohappojäämiä liitetään toisiinsa toistuvalla runko-rakenteella, joka sisältää peptidisidoksia, syntyy polypeptidi.

Proteiini voi koostua yhdestä polypeptidiketjusta tai useista ketjuista, jotka on yhdistetty suuremmaksi rakenteeksi.

Nämä käsitteet korostavat siis hieman erilaisia piirteitä:

polypeptidi viittaa ennen kaikkea ketjun kemialliseen rakenteeseen;

proteiini kuvaa yleensä kokonaisen biologisen molekyylin tai molekyylikompleksin.

Tämä ero on hyödyllinen tieteellisiä julkaisuja lukiessa.

Yhdessä tutkimuksessa kirjoittajat voivat kuvata polypeptidin synteesiä ennen sen avaruudellisen rakenteen tai biologisen aktiivisuuden määrittämistä. Toisessa tutkimuksessa he voivat analysoida proteiinia, joka koostuu useista polypeptidiketjuista.

Missään näistä tapauksista tämä ei tarkoita aminohappojen peruskemian muutosta.

Tutkimuksessa, jossa verrattiin bakteeriperäistä ilmentymistä kiinteän faasin peptidisynteesiin, analysoitiin 20–40 aminohappoa sisältäviä „polypeptidit ja miniproteiinit”. Käytetty terminologia osoittaa, että nämä käsitteet voivat osittain olla päällekkäisiä riippuen pituudesta, rakenteellisista ominaisuuksista ja tieteellisestä kontekstista. [5]

Ketjun pituus ja luokittelu

Mitä dipeptidi, tripeptidi, oligopeptidi ja polypeptidi tarkoittavat?

Dipeptidi sisältää kaksi aminohappojäännöstä.

Tripeptidi sisältää kolme.

Vastaavasti tetrapeptidi ja pentapeptidi sisältävät vastaavasti neljä ja viisi aminohappotähdettä.

Näiden nimien avulla voidaan määrittää jäännösten lukumäärä tarkasti, jos ne koskevat koko analysoitavaa ketjua.

Oligopeptidi tarkoittaa yleensä suhteellisen lyhyttä ketjua.

Polypeptidi korostaa useiden aminohappojäämien esiintymistä yhdessä ketjussa, ja sitä käytetään usein, vaikkakaan ei aina, viitattaessa pidempiin sekvensseihin.

Termien kuten oligopeptidi, peptidi ja polypeptidi väliset numeeriset rajat vaihtelevat tieteenalasta ja julkaisusta riippuen.

Siksi todellinen sekvenssi tai kirjoittajien ilmoittama jäännösten lukumäärä on luotettavampi kuin oletus, että kaikki tutkijat noudattavat samaa käytäntöä.

Tyypillisessä haarautumattomassa, lineaarisessa ketjussa, joka sisältää jäljellä esiintyy:

n − 1 peptidisidosta runko-osassa.

Tripeptidissä on siis kolme aminohappotähdettä, mutta kaksi peptidisidosta.

Kymmenestä jäännöksestä koostuvassa avoimessa ketjussa on yhdeksän tällaista sidosta.

Tämä riippuvuus koskee yksittäistä avointa ketjua.

N- ja C-päiden välisellä sidoksella suljettu syklinen peptidi sisältää ylimääräisen sidoksen, joka sulkee rakenteen, minkä vuoksi se sisältää n peptidisidosta rakenteessaan, kun n on aminohappotähteiden lukumäärä.

Sivuketjujen välisiä sidoksia on tarkasteltava erikseen.

Onko 50 aminohappoa raja peptidin ja proteiinin välillä?

Pituus noin 50 aminohappojäännöstä sitä käytetään toisinaan käytännöllisenä opetuskäytäntönä, jonka avulla voidaan erottaa peptidit proteiineista.

Tämä ei kuitenkaan ole yleispätevä kemiallinen laki.

Siirtyminen 50:stä 51:een aminohappoon ei aiheuta mitään äkillistä kemiallista muutosta, joka muuttaisi peptidin automaattisesti proteiiniksi.

Eri tieteenalat käyttävät näitä käsitteitä hieman eri tavoin, ja joillakin molekyyleillä on säilynyt historiallisesti vakiintuneet nimet, jotka eivät vastaa yksinkertaista numeerista raja-arvoa.

Hyvä esimerkki on CLN025.

CLN025 sisältää vain kymmenen jäännöstä, mutta siitä huolimatta tutkijat ovat määritelleet sen miniproteiini ja analysoivat sen beta-hairpin-rakennetta spektroskopian ja molekyylidynamiikan avulla. Sen lyhyt pituus ei estänyt sitä ottamasta järjestäytynyttä konformaatiota tutkituissa olosuhteissa. [1]

Tämä ei tarkoita, että jokaista kymmenestä aminohappotähteestä koostuvaa peptidiä tulisi kutsua proteiiniksi.

Se sen sijaan osoittaa, miksi liian kategoriset väittämät, kuten:

„Jokainen proteiini sisältää yli 50 aminohappoa”

tai

„Jokainen alle 50 aminohappoa sisältävä ketju on epäjärjestyksellinen peptidi”

ovat liian yksinkertaistettuja.

Tarkempi lähestymistapa on pitää jäännöslukua yhtenä monista molekyyliä kuvaavista ominaisuuksista.

Lyhyt peptidi voidaan määritellä myös polypeptidiksi

Toinen hyvä esimerkki on kalata B1.

Alkuperäisessä rakennetutkimuksessa tämä 29 aminohappoa sisältävä kasviperäinen molekyyli kuvattiin seuraavasti: polypeptidi, sen syklinen rakenne vahvistettiin ja sen kolmiulotteinen rakenne tutkittiin. [2]

Siinä yhdistyvät siis:

• suhteellisen lyhyt jakso;
• luurangon syklinen rakenne;
• lisäkovalenttiset rajoitukset;
• järjestäytynyt tilarakenne.

Termi ”polypeptidi” ei siis välttämättä tarkoita kovin suurta molekyyliä.

Kontekstista riippuen se voi yksinkertaisesti korostaa, että tarkasteltava molekyyli on aminohappojäämien ketju.

Siksi tieteellistä kirjallisuutta tulkittaessa on syytä tarkistaa todellinen sekvenssi, jäännösten lukumäärä, molekyyliarkkitehtuuri ja kokeelliset tulokset sen sijaan, että annettaisiin ylimääräistä merkitystä pelkästään käytetylle nimelle.

Jäännöslukumäärä ja molekyylimassa ovat kaksi erilaista suuretta

Jäännösten lukumäärä määrittää, kuinka monta aminohappoyksikköä molekyylissä on.

Molekyylimassa puolestaan kuvaa koko molekyylin massaa molekyylitasolla.

Nämä arvot liittyvät toisiinsa, mutta eivät ole keskenään samanarvoisia.

Yksittäisten aminohapporyhmien massat vaihtelevat. Kahdella ketjulla, jotka sisältävät saman määrän aminohapporyhmiä, voi siis olla erilainen molekyylimassa, jos niiden sekvenssit eroavat toisistaan.

Myös kemialliset muutokset voivat vaikuttaa massaan.

Hiilihydraatin, lipidin, fosfaattiryhmän, pääteryhmän tai muun ainesosan liittäminen voi lisätä molekyylin massaa ilman, että sen runkoon sisältyvien aminohappojen lukumäärä kasvaa.

Proteiini voi lisäksi koostua useista ketjuista.

Proteiinin kokonaisjäännösmäärä voi siis poiketa kunkin yksittäisen ketjun pituudesta.

Tarkassa tieteellisessä kuvauksessa tulisi täsmentää, koskeeko ilmoitettu arvo:

• yhden ketjun pituus;
• kompleksissa olevien jäännösten kokonaismäärä;
• yksittäisen ketjun molekyylimassa;
• koko molekyylikompleksin massa.

Mikään näistä parametreista ei sinänsä määritä biologista aktiivisuutta eikä molekyylin ilmoitetun vaikutuksen todistusaineiston laatua.

On otettava huomioon se todellinen molekyylimuoto, jota analyysi koskee

Prekursoria ja sen jalostustuotteita ei pidä automaattisesti katsoa samaksi molekyylisekvenssiksi.

Esimerkiksi proinsuliini se muuttuu välituotteiden kautta insuliiniksi ja C-peptidiksi.

Proinsuliinin hajoamistuotteita koskeva analyyttinen katsaus osoittaa, miksi näiden muotojen erottaminen toisistaan on tärkeää mittaustuloksia tulkittaessa. [6]

Insuliinia erittävissä rakkuloissa esiintyvän entsyymin tutkimukset osoittivat lisäksi, että proinsuliinista peräisin olevista substraateista poistettiin selektiivisesti emäksisiä jäännöksiä ilman, että kypsä insuliini hajosi edelleen käytetyssä testissä. [7]

Kyseessä oli biokemiallista prosessointia koskeva koe, ei todiste siitä, että kaikki peptidit hajoavat samalla tavalla.

Jos julkaisussa mainitaan peptidin pituus, massa, pitoisuus tai aktiivisuus, on syytä selvittää, koskeeko kyseinen arvo:

• esiaste;
• välivaihe;
• kypsä peptidi;
• halkeamisen seurauksena syntyneen kappaleen;
• yhden moniketjuisen molekyylin ketjun;
• koko molekyylikompleksia.

Ilman tällaista erottelua kaksi tieteellisesti paikkansapitävää kuvausta voivat näennäisesti olla ristiriidassa keskenään, vaikka ne todellisuudessa viittaavatkin saman tai toisiinsa liittyvän molekyylin eri muotoihin.

Rakenne, poimutus ja biologinen tehtävä

Ensisijainen rakenne: kaikki alkaa sekvenssistä

Ensisijainen rakenne tarkoittaa aminohapposekvenssiä, ja kattavammassa kemiallisessa kuvauksessa myös merkityksellisiä kovalenttisia sidoksia.

Jäämien tyyppi ja järjestys määräävät, mitkä sivuketjut ovat käytettävissä ja missä kohdissa runkoa ne sijaitsevat.

Sekvenssiä ei siis voida rinnastaa koostumukseen.

Kaksi ketjua voi sisältää täsmälleen samat aminohappotyypit ja -määrät, mutta niiden järjestys voi silti olla erilainen.

Järjestyksen muuttaminen voi vaikuttaa muun muassa seuraaviin seikkoihin:

• kuorman sijoittelu;
• hydrofobisten alueiden sijainti;
• paikallinen joustavuus;
• mahdolliset vetysidosten rakenteet;
• taipumus muodostaa tiettyjä toissijaisia rakenteita;
• tunnistaminen muiden molekyylien toimesta;
• biologinen aktiivisuus.

Täydellinen sekvenssi sisältää siis huomattavasti enemmän tietoa kuin pelkkä luettelo molekyylissä esiintyvistä aminohapoista.

Sekvenssimuutokset voivat myös vaikuttaa molekyylin sitoutumisen ja biologisen vasteen väliseen suhteeseen.

Kasvien signaalipeptidien tutkimuksessa järjestelmät On osoitettu, että sekvenssin eri alueet osallistuivat eri tavoin reseptorin sitoutumiseen ja sen aktivoitumiseen. Koko molekyyli ja sen lyhyemmät fragmentit eivät olleet toiminnallisesti vastaavia. [8]

Toissijainen, kolmannen asteen ja neljännen asteen rakenne

Toissijainen rakenne kuvaa toistuvia paikallisia rakenteita, kuten alfa-kierteitä ja beeta-levyjä.

Niiden muodostumista edistävät muun muassa rakennekehyksessä olevat järjestäytyneet vetysidokset.

Niitä ei kuitenkaan muodostu korvaamalla primaarirakenteesta vastaavia peptidisidoksia.

Tertiäärinen rakenne kuvaa yksittäisen polypeptidiketjun laajempaa, kolmiulotteista rakennetta.

Neljännen asteen rakenne viittaa siihen, miten useat polypeptidiketjut järjestäytyvät suuremmaksi molekyylikompleksiksi.

Yhden ketjun muodostamalla proteiinilla ei siis välttämättä tarvitse olla neljännen asteen rakennetta.

Vastaavasti lyhyen peptidin ei tarvitse osoittaa kaikkia rakenteellisen organisoitumisen tasoja voidakseen omaata tiettyjä biologisia ominaisuuksia.

Molekyylirakenteen muodostumiseen voivat vaikuttaa muun muassa seuraavat tekijät:

• vetysidokset;
• sähköstaattiset vaikutukset;
• van der Waalsin vuorovaikutukset;
• hydrofobinen vaikutus;
• aromivaikutukset;
• metallionien koordinaatio tietyissä molekyyleissä;
• kovalenttiset poikittaissidokset, kuten disulfidisillat.

Disulfidisillat, jos niitä esiintyy, yhdistävät kysteiinijäämistä peräisin olevat rikkiatomit.

Ne eroavat kemiallisesti ketjun runkoa muodostavista peptidisidoksista.

Synteettinen tutkimus naudan haiman trypsiinin estäjää (BPTI) ne havainnollistavat hyvin eron ketjun muodostumisen ja sen oikein poimutetun ja aktiivisen muodon saavuttamisen välillä.

Tutkijat syntetisoivat kemiallisesti lineaarisen sekvenssin ja suorittivat sen jälkeen hapetus- ja taitto-prosessin, jolloin saivat materiaalin, joka vastasi luonnollista proteiinia kuvatuissa rakenne- ja toiminnallisissa analyyseissä. [9]

Voivatko peptidit olla rakenteeltaan kolmiulotteisesti stabiileja?

Kyllä.

Lyhyt ketju ei välttämättä tarkoita, että molekyylillä ei olisi järjestäytynyttä rakennetta.

CLN025 muodosti beta-hairpin-rakenteen tutkituissa ympäristöissä, kun taas syklinen kalata B1 osoitti järjestäytynyttä rakennetta huolimatta siitä, että siinä oli vain 29 aminohappoa. [1] [2]

Nämä ovat kuitenkin havaintoja, jotka koskevat tiettyjä molekyylejä.

Ne eivät tarkoita, että jokainen lyhyt peptidi muodostaisi yhtä vakaan rakenteen.

Se, saavuttaako tietty peptidi järjestäytyneen konformaation, riippuu muun muassa seuraavista tekijöistä:

• sekvenssi;
• jäänteiden väliset vuorovaikutukset;
• suhdannevaihteluista johtuvat rajoitukset;
• disulfidisiltoja;
• liuotinta;
• lämpötilat;
• pitoisuudet;
• sitovien kumppaneiden läsnäolo;
• kemialliset muutokset.

Ympäristö voi olla erityisen tärkeä tekijä.

Synteettisessä tutkimuksessa neuropeptidi Y:n, jossa oli 36 jäännöstä, analysoitiin konformaatiota pääasiassa trifluorietanolia sisältävässä liuosseoksessa. C-pään läheisyydessä havaittiin helikaalinen alue, kun taas N-päässä ei havaittu vastaavanlaista säännöllistä rakennetta. [10]

Tällaisessa ympäristössä tehtyä havaintoa ei pidä esittää todisteena siitä, että peptidi saa täsmälleen saman rakenteen kaikissa biologisissa olosuhteissa.

Siksi rakenteellisten tutkimusten tulkinnoissa on kiinnitettävä huomiota koeolosuhteisiin.

Toteamus:

„Peptidi muodosti heliksin tutkituissa olosuhteissa”

on tieteellisesti tarkempi kuin:

„Peptidillä on aina kierteinen rakenne.”.

Onko kaikilla proteiineilla sama kiinteä rakenne?

Ei.

Monet proteiinit sisältävät vakaasti taiteltuja domeeneja, mutta toisissa on laajoja sisäisesti epäjärjestyksessä olevat alueet, ja jotkut niistä voivat olla varsin sekavia.

Tällaiset molekyylit esiintyvät dynaamisina ryhminä, joilla on erilaisia konformaatioita, sen sijaan että ne pysyisivät koko ajan samassa jäykässä kolmiulotteisessa rakenteessa.

KISS1-tutkimukset ovat suora esimerkki tällaisesta tilanteesta.

Useilla kokeellisilla menetelmillä saadut tulokset vahvistivat sen sisäisesti epäjärjestyksellisen luonteen. [3]

Tämä osoittaa yksinkertaistetun koulutusmallin rajoitukset, jossa jokainen proteiini esitetään tiiviinä ja liikkumattomana molekyylinä.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että sisäisesti epäjärjestyksellinen proteiini ei voisi osoittaa järjestäytymistä, vuorovaikutusten spesifisyyttä tai biologista merkitystä.

Sisäinen epäjärjestys on myös erotettava denaturointi.

Se voi olla kyseisen sekvenssin luonnollinen ominaisuus tietyissä olosuhteissa.

Denaturoituminen puolestaan tarkoittaa molekyylin olemassa olevan rakenteellisen järjestyksen häiriintymistä.

Mikään näistä ilmiöistä ei sinänsä tarkoita peptidisidosten hydrolyysiä eikä molekyylin hajoamista vapaiksi aminohapoiksi.

Toiminto riippuu kyseisestä molekyylistä

Aminohapot, peptidit ja proteiinit osallistuvat moniin toisiinsa limittyviin biologisiin prosesseihin, mutta se, että ne kuuluvat johonkin näistä luokista, ei tarkoita, että ne toimisivat yhdessä.

Signaalipeptidi, solunsisäinen tripeptidi, entsyymi ja rakenneproteiini voivat koostua aminohappotähteistä, mutta silti suorittaa täysin erilaisia tehtäviä.

Esimerkiksi ihmisillä tehdyssä fysiologisessa tutkimuksessa analysoitiin GLP-1(7–36) inkretiinina, ja seitsemän vapaaehtoisen vasteita mitattiin infuusion aikana. [11]

Tutkimus koski tiettyä signaalimolekyyliä ja tiettyä kokeellista menettelytapaa.

Tämän perusteella ei voida päätellä, että muut peptidit aiheuttaisivat samoja vaikutuksia insuliinin eritykseen.

Toinen esimerkki on glutationi.

Kyseessä on tripeptidi, joka osallistuu solujen redox-prosesseihin. Eräässä tutkimuksessa käytettiin isotooppimerkittyä vettä glutationin synteesin arvioimiseen kaneilla, mikä osoitti, että jopa hyvin pientä peptidiä voidaan tutkia metabolisesti säänneltynä molekyylinä. [12]

Kyseessä oli biosynteesiä koskeva tutkimus, ei ihmisillä tehty ravintolisätutkimus.

Tieteelliseltä kannalta oikea kysymys on siis:

Mitä tämä tietty molekyyli tai sekvenssi tekee, missä olosuhteissa ja minkä todisteiden perusteella?

Termit „peptidi” ja „proteiini” auttavat kuvaamaan molekyylien rakennetta.

Ne eivät määritä yleistä biologista toimintoa.

Ketjun katkeaminen voi muuttaa sen identiteettiä ja toimintaa

Hydrolyysi johtaa peptidisidosten katkeamiseen.

Yksittäinen pilkkoutuminen voi johtaa lyhyempien peptidiketjujen muodostumiseen, kun taas riittävän laaja hydrolyysi voi lopulta vapauttaa yksittäisiä aminohappoja.

Yksi katkos pitkässä ketjussa ei yleensä aiheuta kaikkien sen jäännösten välitöntä vapautumista.

Molekyylien biologisessa prosessoinnissa voidaan hyödyntää selektiivistä pilkkomista muun muassa seuraaviin tarkoituksiin:

• esiasteiden aktivointi;
• signaalijonojen poistaminen;
• toiminnallisten alueiden erottaminen;
• kypsien peptidien muodostuminen;
• toiminnan päättyminen;
• erilaisilla biologisilla toiminnoilla varustettujen molekyylien muodostuminen.

Systemiinin tutkimus osoittaa, miksi ei pidä olettaa, että fragmentti säilyttäisi automaattisesti emomolekyylin aktiivisuuden.

N-päätyalue osallistui reseptorin sitoutumiseen, kun taas C-päätyalue oli tarpeen sen aktivoimiseksi. Tutkittavat fragmentit eivät käyttäytyneet pelkästään lyhyempinä versioina täydellisestä signaalimolekyylistä. [8]

Ruoansulatus on toinen prosessi, jossa molekyylien rakenne muuttuu.

Ihmisillä tehdyssä tutkimuksessa havaittiin veressä tiettyjä kollageenista peräisin olevia peptidejä gelatiinihydrolysaattien nauttimisen jälkeen. [13]

Tämä vahvistaa tiettyjen osien esiintymisen tämän tutkimuksen olosuhteissa.

Se ei kuitenkaan tarkoita, että:

• jokainen elintarvikkeista peräisin oleva peptidi imeytyy elimistöön muuttumattomana;
• jokainen peptidipala käy läpi ruoansulatusprosessin;
• kaikki proteiinihydrolysaatit käyttäytyvät samalla tavalla;
• Jo pelkkä peptidifragmentin havaitseminen vahvistaa tietyn terveyshyödyn.

Miksi peptidin ja proteiinin välinen raja ei ole selkeä?

Eri termit vastaavat eri kysymyksiin

Termit ”peptidi”, ”polypeptidi” ja ”proteiini” ovat osittain päällekkäisiä, koska niillä korostetaan usein molekyylin eri ominaisuuksia.

Peptidi viittaa useimmiten suhteellisen lyhyeseen ketjuun.

Polypeptidi korostaa aminohappoketjun kemiallista luonnetta.

Proteiini viittaa yleensä tiettyyn biologiseen molekyyliin, molekyylikompleksiin tai yksikköön, jolla on määritelty rakenteellinen ja toiminnallinen konteksti.

Koska nämä käsitteet vastaavat hieman erilaisiin kuvaileviin kysymyksiin, niiden merkitykset voivat osittain olla päällekkäisiä.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että kaikki erot katoaisivat.

Vapaa aminohappo on kemiallisesti erilainen molekyyli kuin sitoutunut ketju.

Kahdesta jäännöksestä koostuva dipeptidi on huomattavasti pienempi ja rakenteeltaan yksinkertaisempi kuin monista ketjuista koostuva suuri proteiinikompleksi.

Epävarmuutta syntyy ennen kaikkea silloin, kun yritetään määrittää yksi yleispätevä numeerinen raja joka erottaa kaikki peptidit kaikista proteiineista.

Tieteellisiä esimerkkejä, jotka osoittavat yksinkertaisten sääntöjen rajoitukset

Nämä esimerkit ovat peräisin rakenteellisista, synteettisistä ja biokemiallisista tutkimuksista, eivätkä ne ole peräisin julkaisusta, jossa vahvistettaisiin yksi virallinen luokitteluraja.

Niiden merkitys on ennen kaikkea siinä, että ne tuovat esiin liian yksinkertaistettujen määritelmien rajoitukset. [1] [2] [3] [7] [9]

Luonnollinen tai synteettinen alkuperä ei ratkaise luokittelua

Peptidiä ei määritellä sen perusteella, että se on valmistettu laboratoriossa.

Vastaavasti proteiinia ei määritellä sen perusteella, että se on eristetty elävästä organismista.

Solut tuottavat luonnollisesti peptidejä ja proteiineja, kun taas tutkijat voivat tuottaa monia aminohappoketjuja seuraavilla tavoilla:

• kemiallinen synteesi;
• rekombinantti-ilmentymä;
• soluttoman synteesin;
• muut valvottavat tuotantojärjestelmät.

Tutkimuksessa, jossa verrattiin bakteeripohjaista ilmentymistä ja kiinteän faasin synteesiä 20–40 aminohappoa sisältävien sekvenssien osalta, kävi ilmi, että tuotantomenetelmän valinta riippuu muun muassa kyseisestä sekvenssistä ja tutkimustarpeista. [5]

Molekyyli ei siirry toiseen kemialliseen luokkaan pelkästään siksi, että sen valmistustapaa on muutettu.

Vastaavasti synteettisen BPTI:n tutkimukset osoittavat, että kemiallinen synteesi voi johtaa proteiiniksi luokitellun molekyylin syntymiseen. [9]

Itse käsite synteettinen Se ei vahvista täydellistä molekyylitason vastaavuutta, mutta synteettinen alkuperä ei myöskään sulje pois luokittelua proteiiniksi.

Miten molekyyliä kuvataan tarkasti?

Hyödyllisessä tieteellisessä kuvauksessa tulisi mainita molekyylin nimi ja tarvittaessa myös:

• aminohapposekvenssi;
• jäännösten lukumäärä;
• molekyylimassa;
• tiedon siitä, onko rakenne lineaarinen vai syklinen;
• ketjujen lukumäärä;
• merkittävät kovalenttiset poikittaissidokset;
• kemialliset tai translaation jälkeiset muutokset;
• kokeellisesti vahvistetut rakenteelliset ominaisuudet;
• vahvistettu biologinen vaikutus.

Esimerkiksi ilmaisu:

„kymmenen aminohapon peptidi, jota tutkitaan beta-hairpin-rakenteisena miniproteiinina”

antaa huomattavasti enemmän tietoa kuin kiista siitä, kuuluuko molekyyli yksinomaan peptidien vai proteiinien luokkaan.

Samoin ilmaisu:

„sisäisesti epäjärjestyksellinen proteiini”

on tieteellisesti paikkansapitävä kuvaus, ei ristiriita. [1] [3]

Tällä erottelulla on erityinen merkitys tulkittaessa biologista toimintaa koskevia väitteitä.

Yhtä peptidiä koskevia todisteita ei voida automaattisesti soveltaa toiseen peptidiin pelkästään sen vuoksi, että molemmat molekyylit ovat lyhyitä aminohappojonoja.

Luokitus kertoo meille, minkä tyyppisestä molekyylistä on kyse. Sen selvittämiseksi, mitä kyseinen molekyyli tarkalleen ottaen tekee, tarvitaan kuitenkin tutkimuksia juuri kyseisestä sekvenssistä ja molekyylimuodosta.

Usein kysytyt kysymykset

1. Ovatko kaikki peptidit proteiineja?

Ei. Peptideillä ja proteiineilla on yhteinen kemiallinen perusta, nimittäin aminohappoketjut, mutta kaikkia peptidejä ei luokitella proteiineiksi. Lyhyitä ketjuja kutsutaan yleensä peptideiksi, kun taas termi „proteiini” ottaa huomioon myös biologisen, rakenteellisen ja historiallisen kontekstin. CLN025 osoittaa, miksi tarkkaa rajaa on vaikea määrittää: tutkijat ovat kuvanneet tätä kymmenen aminohapon sekvenssiä miniproteiiniksi, jolla on järjestynyt beeta-hairpin-rakenne. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että jokainen lyhyt peptidi olisi proteiini. Se osoittaa vain, että käsitteet ovat osittain päällekkäisiä eikä mikään yksittäinen aminohappojen lukumäärä ratkaise kaikkia luokitteluongelmia. [1]

2. Ovatko peptidit sama asia kuin aminohapot?

Ei. Aminohapot ovat yksittäisiä molekyyliyksiköitä, kun taas peptidit sisältävät aminohappotähteitä, jotka on yhdistetty peptidisidoksilla. Aminohappojen yhdistyminen johtaa molekyylin muodostumiseen, jolla on oma sekvenssinsä, ketjun päät, kovalenttiset sidokset ja kemialliset ominaisuudet. Kyseessä ei siis ole pelkkä alkuperäisten aminohappojen seos. Systemiinin tutkimukset osoittavat tietyn sekvenssin merkityksen: yhdistyneen peptidin eri osat osallistuivat eri tavoin reseptorin sitoutumiseen ja aktivointiin. Tulokset koskevat tiettyä kasvikuntaa, mutta ne havainnollistavat hyvin yleistä periaatetta, jonka mukaan peptidin identiteetti riippuu sen muodostuneesta molekyylirakenteesta. [8]

3. Mikä polymeeri muodostuu aminohapoista?

Ketjua, joka muodostuu aminohappojen jäännösten yhdistymisestä peptidisidoksilla, kutsutaan polypeptidi. Yksi tai useampi polypeptidiketju voi muodostaa proteiinin, vaikka termi „polypeptidi” sinänsä ei viittaa mihinkään tiettyyn avaruudelliseen rakenteeseen tai biologiseen toimintaan. Kirjallisuudessa tätä termiä on käytetty myös suhteellisen lyhyistä sekvensseistä, jotka sisältävät 20–40 aminohappotähteä. Tarkin yleinen vastaus on siis „polypeptidi”, kun taas termiä ”proteiini” käytetään silloin, kun se vastaa kyseisen molekyylin tai kompleksin laajempaa biologista identiteettiä. [5]

4. Miten aminohappo eroaa aminohapporyhmästä?

Aminohappo on yksittäinen molekyyli, joka toimii rakenneyksikkönä, kun taas aminohapporyhmä on vastaava yksikkö sen liityttyä peptidi- tai proteiiniketjuun. Ero johtuu tämän yksikön osallisuudesta runkosidoksissa sekä sen tietystä sijainnista sekvenssissä. Peptidien rakennetutkimuksissa puhutaan usein yksittäisten jäännösten sijainneista, koska ne vaikuttavat paikalliseen geometriaan ja molekyylivälisiin vuorovaikutuksiin. Kansankielessä ilmaisu „proteiinin aminohapot” on ymmärrettävä, mutta termi „aminohappojäännös” on kemiallisesti tarkempi viitattaessa valmiiseen ketjuun. [4]

5. Onko polypeptidi aina proteiini?

Ei. Polypeptidi viittaa ensisijaisesti aminohappoketjuun, eikä se välttämättä tarkoita, että molekyyli luokiteltaisiin proteiiniksi. Termiä käytetään tutkimuksissa, joissa käsitellään suhteellisen lyhyitä molekyylejä, kuten 29 aminohappotähdettä sisältävää kalata B1:tä, sekä tutkimuksissa, jotka koskevat 20–40 aminohappotähdettä sisältäviä sekvenssejä. Käsitteen käyttö riippuu tieteenalasta, joten sana „polypeptidi” itsessään ei määritä vakiopituutta, vahvistettua taitekuviointia eikä biologista toimintaa. Parasta on pitää sitä kuvauksena ketjun kemiallisesta luonteesta ja määrittää muut ominaisuudet kyseisen molekyylin tutkimusten perusteella. [2] [5]

6. Kuinka monta aminohappoa proteiinin on sisällettävä?

Ei ole olemassa yhtä ainoaa vähimmäisjäännösmäärää, joka sopisi kaikkiin tapauksiin. Pituuteen perustuvat säännöt ovat hyödyllisiä opetuksessa ja luokittelussa, mutta tunnettuja poikkeuksia on olemassa. Esimerkiksi CLN025 sisältää kymmenen aminohappoa, mutta sitä on silti tutkittu järjestäytyneenä miniproteiinina, jolla on beeta-hairpin-rakenne. Tämä ei tarkoita, että käytännön erottelu lyhyiden peptidien ja suurempien proteiinien välillä olisi merkityksetöntä. Se osoittaa vain, että on parasta ilmoittaa todellinen aminohappojen lukumäärä sen sijaan, että esitettäisiin yksi kynnysarvo yleispätevänä nimeämissääntönä. [1]

7. Onko 50 aminohapon raja tiukka tieteellinen sääntö?

Ei. Noin 50 aminohapon raja on käytännön mukainen sovitus, jota sovelletaan tietyissä yhteyksissä, eikä se ole yleispätevä kemian laki. Peptidisidosten kemia ei muutu äkillisesti, kun aminohappojen määrä nousee 50:stä 51:een. Tutkimukset, joissa lyhyitä ketjuja kuvataan miniproteiineiksi tai polypeptideiksi, osoittavat, että terminologia voi riippua myös rakenteesta, biologisesta kontekstista ja tutkimustraditiosta. Eri tieteenalat voivat käyttää erilaisia operatiivisia määritelmiä, minkä vuoksi numeerista kynnysarvoa tulisi esittää konventiona, ei ehdottomana sääntönä. [1] [5]

8. Voiko lyhyt peptidi muodostaa stabiilin rakenteen?

Kyllä. Jotkut lyhyet peptidit voivat muodostaa järjestäytyneitä rakenteita sopivissa olosuhteissa. CLN025:tä tutkittiin kymmenen aminohapon beta-hairpin-rakenteena, kun taas syklinen kalata B1 osoitti järjestäytynyttä rakennetta huolimatta siitä, että siinä oli vain 29 aminohappoa. Nämä tulokset osoittavat tiettyjen sekvenssien mahdollisuuksia, eivätkä ne koske kaikkia lyhyitä peptidejä. Taituminen riippuu muun muassa sekvenssistä, molekyylirajoitteista, liuottimesta, lämpötilasta, pitoisuudesta ja modifikaatioista. Rakenteellista stabiilisuutta on siis arvioitava kunkin molekyylin ja kokeellisen ympäristön osalta erikseen. [1] [2]

9. Onko kaikilla proteiineilla vakiintunut kolmiulotteinen rakenne?

Ei. Jotkut proteiinit tai niiden osat ovat sisäisesti epäjärjestyksellisiä ja esiintyvät dynaamisina ryhminä, joissa on erilaisia konformaatioita, sen sijaan että niillä olisi yksi pysyvä, tiivis rakenne. KISS1-tutkimukset ovat vahvistaneet juuri tällaisen tilan. Tämä ei tarkoita, että kaikki proteiinit olisivat epäjärjestyksellisiä tai että epäjärjestys olisi sama asia kuin vaurio. Proteiinien rakenne kattaa spektrin vakaista, poimuisista domeeneista joustaviin alueisiin ja dynaamisiin konformaatiokokonaisuuksiin. Oikea kuvaus riippuu kyseisestä molekyylistä ja kokeellisista olosuhteista. [3]

10. Voivatko kaksi samanpituista peptidiä toimia eri tavalla?

Kyllä. Sama aminohappojen lukumäärä ei tarkoita samaa sekvenssiä, rakennetta, kemiallista koostumusta eikä biologista aktiivisuutta. Sivuketjujen tyyppi ja aminohappojen järjestys vaikuttavat molekyylien välisiin vuorovaikutuksiin. Systemiinin tutkimukset osoittivat, että eri sekvenssifragmentit osallistuivat eri tavoin reseptorin sitoutumiseen ja aktivointiin. Kyseessä ei ole kaikkien mahdollisten samanpituisten peptidien vertailu, mutta se osoittaa, miksi pelkkä aminohappojen lukumäärä ei riitä toiminnan ennustamiseen. Kahden peptidin vertailussa on analysoitava niiden sekvenssiä, rakennetta sekä suoraa kokeellista dataa. [8]

11. Sisältääkö raskaampi molekyyli aina enemmän aminohappoja?

Ei. Molekyylimassa riippuu aminohapporyhmien lukumäärästä ja tyypistä sekä lisäkemiallisten ryhmien esiintymisestä. Kaksi peptidiä, jotka sisältävät saman määrän aminohappotähteitä, voivat olla eri painoisia, koska yksittäisten aminohappojen massa vaihtelee. Kemialliset modifikaatiot voivat lisäksi lisätä massaa ilman, että aminohappotähteiden lukumäärä runko-osassa kasvaa. Aminohappojen lukumäärä ja molekyylimassa kuvaavat siis erilaisia ominaisuuksia, eikä kumpikaan niistä yksinään määritä yleistä rajaa peptidin ja proteiinin välillä.

12. Koostuuko jokainen proteiini vain yhdestä ketjusta?

Ei. Proteiinit voivat sisältää yhden tai useita toisiinsa liittyviä polypeptidiketjuja. Yksittäisen ketjun pituus ja kokonaisen proteiinin koostumus ovat siis erillisiä tietoja. Hyvä esimerkki biologisesta prosessoinnista on insuliini: sen kypsä muoto sisältää kaksi disulfidisilloilla yhdistettyä ketjua, jotka syntyvät proinsuliinin prosessoinnin ja C-peptidin poistamisen seurauksena. Muuntumistuotteita koskevissa tutkimuksissa nämä muodot erotetaan toisistaan sen sijaan, että esiaste ja kypsä hormoni käsiteltäisiin identtisina molekyyleinä. Jälkien lukumäärää ilmoitettaessa on siis täsmennettävä, koskeeko se yhtä ketjua, kaikkia ketjuja, esiasteita vai kypsää muotoa. [6] [7]

13. Onko peptideillä ja proteiineilla samat tehtävät?

Ne voivat liittyä samankaltaisiin biologian alueisiin, mutta yksittäiset molekyylit hoitavat erilaisia tehtäviä. GLP-1-tutkimuksissa analysoitiin tiettyä peptidiä sen inkretiinitoiminnan kannalta ihmisillä, kun taas glutationitutkimukset koskivat tripeptidin synteesiä, joka osallistuu solujen redox-prosessien biologiaan. Tämä ei tarkoita, että kaikilla peptideillä olisi jokin näistä vaikutuksista, aivan kuten kaikilla proteiineillakaan ei ole yhtä yhteistä tehtävää. Tieteellisesti perusteltu vertailu tulisi kohdistua tiettyihin molekyyleihin, niiden sekvensseihin ja kokeellisesti vahvistettuihin ominaisuuksiin. [11] [12]

14. Säilyttääkö peptidipätkä emomolekyylin toiminnan?

Ei välttämättä. Pilkkominen voi poistaa sitoutumisesta vastaavan alueen, aktivointiin tarvittavan alueen, paljastaa uuden osan tai johtaa täysin erilaisen biologisen toiminnon omaavan tuotteen syntymiseen. Systemiini-tutkimuksessa fragmentit eivät yksinkertaisesti toistaneet koko molekyylissä havaittuja reseptorin sitoutumiseen ja aktivointiin liittyviä ominaisuuksia kokonaisuudessaan. Tulos riippuu tietystä sekvenssistä, eikä sitä voida automaattisesti yleistää kaikkiin pilkkomistuotteisiin. Fragmenttia on pidettävä erillisenä molekyylimuotona, joka vaatii omat rakenne- ja aktiivisuustiedot. [8]

15. Muuttaako denaturointi proteiinin aminohapoiksi?

Ei. Denaturointi häiritsee proteiinin rakenteellisen organisoitumisen korkeampia tasoja, mutta se ei määritelmänsä mukaan vaadi proteiinin peptidirungon hajoamista. Lyhyempien peptidien tai vapaiden aminohappojen muodostuminen edellyttää peptidisidosten hydrolyysiä, eli erilaista kemiallista prosessia. Pelkkä rakenteellinen epäjärjestys ei myöskään välttämättä tarkoita hajoamista, mistä esimerkkinä on ehjä, sisäisesti epäjärjestyksellinen KISS1-proteiini. Erittäin aggressiivisissa olosuhteissa denaturoituminen ja kemiallinen hajoaminen voivat tapahtua samanaikaisesti, mutta ne ovat silti erillisiä prosesseja: taitteisuuden menetys ei ole sama asia kuin kovalenttisen ketjun katkeaminen. [3]

16. Voiko synteettinen molekyyli silti olla proteiini?

Kyllä. Kemiallinen synteesi ei sulje pois molekyylin luokittelua proteiiniksi. Tutkijat syntetisoivat kemiallisesti naudan haiman trypsiinin estäjän ja saivat asianmukaisen hapettamisen ja taitto-prosessin jälkeen aineen, joka vastasi luonnollista proteiinia kuvatuissa analyyttisissä ja toiminnallisissa vertailuissa, mukaan lukien estävä aktiivisuus. Tulos riippui sekvenssin oikeasta rakenteesta, taitteesta ja ominaisuuksista, eikä se tarkoita, että jokainen synteettinen polypeptidi saavuttaisi automaattisesti oikean rakenteen. Luokittelun ratkaisevat molekyylitunniste ja konteksti, kun taas valmistustapa on erillinen ominaisuus. [9]

17. Ovatko elintarvikeproteiinit, proteiinihydrolysaatit ja vapaat aminohapot sama asia?

Ei. Ruokaproteiinit ovat suurempia, toisiinsa sitoutuneita molekyylejä, proteiinihydrolysaatit sisältävät hajoamistuotteiden seoksia, kun taas vapaat aminohapot ovat yksittäisiä molekyylikappaleita. Niiden koostumus ja molekyylimuodot ovat siis erilaiset. Ihmisillä tehdyssä tutkimuksessa havaittiin verestä tiettyjä kollageenista peräisin olevia peptidejä gelatiinihydrolysaattien nauttimisen jälkeen, mikä osoittaa, että ruoansulatuksen ja imeytymisen aikana voi esiintyä tunnistettavia peptidifragmentteja. Tutkimus ei kuitenkaan vahvistanut kaikkien peptidien yleistä imeytymistä muuttumattomassa muodossa eikä kaikkien proteiinituotteiden vastaavaa vaikutusta. [13]

18. Miten peptidi eroaa polypeptidistä?

Molemmat termit kuvaavat peptidisidoksilla toisiinsa liitettyjä aminohappojonoja. Termiä „peptidi” käytetään usein suhteellisen lyhyistä ketjuista, kun taas „polypeptidi” korostaa laajaa aminohappoketjua ja sitä käytetään usein pidemmistä sekvensseistä. Ei kuitenkaan ole olemassa yhtä yleispätevää lukuarvoa, jonka ylittyessä toinen termi olisi ehdottomasti korvattava toisella. Tutkimukset, joissa 29 aminohappojäännöstä sisältävää kalata B1:tä kuvataan polypeptidiksi, sekä 20–40 aminohappojäännöstä sisältäviä polypeptidejä käsittelevät tutkimukset osoittavat, että näiden termien välillä on päällekkäisyyttä. Todellinen aminohappojen lukumäärä ja molekyylirakenne antavat siis enemmän tietoa kuin jäykän rajan asettaminen. [2] [5]

19. Voivatko samat aminohapot muodostaa erilaisia peptidejä?

Kyllä. Sama aminohappojen yhdistelmä voi johtaa erilaisten peptidien muodostumiseen, jos niiden järjestys muuttuu. Esimerkiksi glykyylialaniini ja alanyyliglysiini sisältävät glysiiniä ja alaniinia, mutta niiden järjestyksen kääntäminen johtaa erilaisen molekyylisekvenssin muodostumiseen. Pidemmissä peptideissä sekvenssin muutos voi vaikuttaa varauksen jakautumiseen, hydrofobisiin alueisiin, sitoutumispintoihin ja rakenteellisiin taipumuksiin. Siksi peptidin identiteetti riippuu paitsi siitä, mitä aminohappoja se sisältää, myös niiden järjestyksestä ja sitoutumistavasta.

20. Miksi sekvenssi on tärkeämpi kuin pelkkä termi „peptidi”?

Termi „peptidi” viittaa laajaan kemialliseen luokkaan, ei yhteen tiettyyn biologiseen toimintaan. Kaksi peptidiä voi poiketa toisistaan täysin sekvenssin, pituuden, rakenteen, sijainnin, prosessointitavan ja molekyylitavoitteiden suhteen. Systemiinin tutkimukset osoittavat kokeellisesti, että jopa yhden molekyylin eri alueet voivat olla eri rooleissa reseptorin sitoutumisessa ja aktivoinnissa. [8] Tästä syystä yhden peptidin tuloksia ei voida yleistää toiseen pelkästään sen vuoksi, että molemmat molekyylit kuuluvat samaan luokkaan. Biologisen toiminnan määrittämiseksi tarvitaan tietoja nimenomaan kyseisestä sekvenssistä ja kyseisestä molekyylistä.

Peptidien ja proteiinien luokittelun rajoitukset

Käytettäessä termejä ”aminohappo”, ”peptidi”, ”polypeptidi” ja ”proteiini” on syytä huomioida muutamia rajoituksia.

Ensinnäkin, peptidin ja proteiinin välillä ei ole yleistä numeerista rajaa. Esimerkiksi 50 jäännöstä koskeva raja-arvo voi olla hyödyllinen käytäntö, mutta tieteellisessä kirjallisuudessa on selkeitä poikkeuksia. [1] [2] [5]

Toiseksi, rakenne ei myöskään muodosta suoraa rajaa. Jotkut lyhyet peptidit muodostavat järjestäytyneitä rakenteita, kun taas jotkut tunnetut proteiinit pysyvät suurelta osin sisäisesti järjestäytymättöminä. [1] [2] [3]

Kolmanneksi, molekyylimassa ja jäännösten lukumäärä ovat toisiinsa liittyviä, mutta erillisiä parametrejä. Modifikaatiot, erilaiset pääteryypit sekä useiden ketjujen esiintyminen voivat vaikuttaa massaan ilman, että se suoraan heijastuisi yksittäisen ketjun pituuteen.

Neljänneksi, on erotettava toisistaan esiasteet ja kypsät muodot. Biologinen prosessointi voi muuttaa ketjun pituutta, sidostapaa ja molekyylitunnistetta, mistä esimerkkinä on proinsuliinin prosessointi. [6] [7]

Viidenneksi, Valmistusmenetelmä ei määrää luokitusta. Luonnossa esiintyvillä ja kemiallisesti syntetisoiduilla molekyyleillä voi olla sama molekyylinen perusrakente, jos niiden sekvenssi, rakenne ja muut olennaiset ominaisuudet on vahvistettu. [5] [9]

Kuudenneksi, luokkaan kuuluminen ei anna mahdollisuutta ennustaa biologista vaikutusta. Peptideillä ei ole yhtä yhteistä fysiologista vaikutusta pelkästään siksi, että ne ovat peptidejä, aivan kuten kaikki proteiinitkaan eivät täytä yhtä ainoaa tehtävää. [8] [11] [12]

Lopuksi rakenteelliset havainnot on tulkittava niissä olosuhteissa, joissa ne on saatu. Peptidi, joka omaksuu tietyn konformaation yhdessä liuottimessa tai kokeellisessa ympäristössä, voi käyttäytyä eri tavalla muissa olosuhteissa. [10]

Nämä rajoitukset eivät tarkoita, että terminologia olisi hyödytöntä. Ne osoittavat sen sijaan, miksi sitä on parasta käyttää yhdessä tarkemman kuvauksen kanssa molekyylien ominaisuuksista.

Yhteenveto

Aminohapot, peptidit, polypeptidit ja proteiinit kuuluvat samaan laajaan kemialliseen hierarkiaan, mutta ne kuvaavat molekyylitason organisoitumisen eri tasoja.

Aminohapot ovat yksittäisiä rakennuspalikoita.

Kun aminohapporyhmät sitoutuvat kovalenttisesti peptidisidoksilla, syntyy peptidit ja polypeptidiketjut.

Proteiinit koostuvat yhdestä tai useammasta tällaisesta ketjusta, joita tarkastellaan laajemmassa rakenteellisessa ja biologisessa kontekstissa.

Siirtyminen aminohaposta peptidiksi on kemiallisesti selvä, sillä peptidisidoksen muodostuminen johtaa uuden, yhdistettyjen molekyylien syntymiseen.

Peptidin ja proteiinin välinen raja on huomattavasti epäselvempi.

Ketjun pituus tarjoaa hyödyllistä kuvailevaa tietoa, mutta ei ole olemassa yhtä yleispätevää aminohappojen lukumäärän kynnysarvoa, joka luokittelisi jokaisen molekyylin oikein. Tutkimukset, jotka koskevat kymmenen aminohapon miniproteiinia CLN025, 29 aminohapon syklistä kalatia B1 sekä sisäisesti epäjärjestyksellistä proteiinia KISS1, osoittavat, miksi yksinkertaiset säännöt vaativat lisäkontekstia. [1] [2] [3]

Myöskään rakenne ei määritä yleistä rajaa. Lyhyet peptidit voivat omaksua järjestäytyneitä konformaatioita, kun taas joissakin proteiineissa voi esiintyä huomattavaa epäjärjestystä.

Vastaavasti molekyylimassa, luonnollinen tai synteettinen alkuperä sekä biologinen tehtävä eivät yksinään riitä määrittämään, pitäisikö kutakin aminohappoketjua kutsua peptidiksi vai proteiiniksi.

Siksi tieteellisessä viestinnässä on kaikkein informatiivisinta kuvata tarkasti tietyn molekyylin:

sen sekvenssin, jäännösten lukumäärän, rakenteen, modifikaatioiden, kokeellisesti havaittujen rakenteiden, prosessointivaiheen sekä vahvistettujen biologisten ominaisuuksien perusteella.

Tärkein ero voidaan tiivistää seuraavasti:

Aminohapot ovat rakenneyksiköitä; peptidisidokset yhdistävät nämä yksiköt peptideiksi ja polypeptidiketjuiksi; proteiinit puolestaan ovat biologisia molekyylejä, jotka koostuvat yhdestä tai useammasta tällaisesta ketjusta. Peptidin ja proteiinin välinen raja perustuu kuitenkin tieteelliseen käytäntöön ja molekyylikontekstiin, ei mihinkään universaaliin aminohappojen lukumäärään.

Vastuuvapauslauseke

Tämä artikkeli on luonteeltaan yksinomaan opettavainen sekä tieteellinen ja tiedottava. Siinä selitetään terminologiaa, molekyylirakennetta, peptidien ja proteiinien luokittelua, molekyylien biologista prosessointia sekä annetaan esimerkkejä julkaistuista tutkimuksista. Se ei ole lääketieteellistä tai ravitsemuksellista neuvontaa, hoito-ohjeita, tuotesuosituksia eikä neuvoja peptidien, proteiinien, aminohappotuotteiden, ravintolisien tai niihin liittyvien aineiden käytöstä. Rakenteellisten, biokemiallisten, eläinkokeiden ja ihmisillä tehtyjen tutkimusten tuloksia on tulkittava kunkin tutkimuksen menetelmien, olosuhteiden ja rajoitusten valossa.

Viitteet

1. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F. ja Lovas, S. (2010). Beeta-hairpin-rakenteen muodostavan miniproteiinin CLN025:n VCD-spektroskooppiset ominaisuudet eri liuottimissa. Biopolymers, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
2. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Uterotonisen polypeptidin kalata B1:n primaarisen ja kolmiulotteisen rakenteen selvittäminen. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
3. Ibanez de Opakua, A., Merino, N., Villate, M., Cordeiro, T. N., Ormaza, G., Sanchez-Carbayo, M., Diercks, T., Bernado, P., & Blanco, F. J. (2017). Metastaasien estäjä KISS1 on luontaisesti epäjärjestyksellinen proteiini, joka on hieman pidemmällä kuin satunnainen kierre. PLOS ONE, 12(2), Artikla e0172507. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
4. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptidisidosten vääristymät tasomaisuuden vuoksi: Uusia näkemyksiä kvanttimekaanisista laskelmista ja peptidi-/proteiinikiteiden rakenteista. PLOS ONE, 6(9), artikla e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
5. Straner, P., Taricska, N., Szabo, M., Toth, G. K., & Perczel, A. (2016). 20–40 aminohapon pituisten polypeptidien ja miniproteiinien bakteeripohjainen ilmentyminen ja/tai kiinteän faasin peptidisynteesi: luokan B GPCR-ligandien tapaustutkimus. Current Protein & Peptide Science, 17(2), 147–155. https://doi.org/10.2174/1389203716666151102105215
6. 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
7. 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
8. 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
9. Ferrer, M., Woodward, C. ja Barany, G. (1992). Naudan haiman trypsiinin estäjän (BPTI) ja kahden analogin kiinteävaiheinen synteesi. Kemiallinen lähestymistapa disulfidisiltojen roolin arvioimiseksi proteiinien taitossa ja stabiilisuudessa. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed-tietue
10. 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
11. Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glukagonin kaltainen peptidi-1 7-36: fysiologinen inkretiini ihmisellä. The Lancet, 2(8571), 1300–1304. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(87)91194-9
12. Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). Glutationin synteesin arviointi deuterioidulla vedellä: malli peptidien biosynteesille. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042
13. Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). 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