Peptidek: mik mik, hogyan működnek és hogyan osztályozzák őket

A peptidek aminosavakból, peptidhűtéssel összekapcsolt molekulák. Egyesek részt vesznek a sejtek közötti kommunikációban, mások a mikrobák elleni védekezésben vesznek részt, míg mások nagyobb fehérjék feldolgozása vagy lebomlása során keletkeznek. A „peptid” szó a molekulák széles kategóriáját írja le – nem jelöl egyetlen, határozott funkcióval rendelkező, konkrét anyagot.

A tudományos kutatások jól mutatják ezt a hatalmas változatosságot. A kutatók többek között egy természetesen előforduló humán bélhormon, egy növényből izolált ciklikus peptid, valamint a fehérjehidrolizátum elfogyasztása után a vérben kimutatható apró peptidfragmentumok elemzését végezték el. Az ilyen molekulák helyes megértéséhez tehát nem elég csupán annyit tudni, hogy „peptidek”. Jelentősséggel bír továbbá az aminosavszekvenciájuk, a molekuláris szerkezetük, az eredetük, a kémiai módosulásaik, a biológiai kontextusuk, valamint a vizsgálatukhoz felhasznált kísérleti módszerek is. [1] [2] [3]

Ez a sokféleség azt is megmagyarázza, hogy az olyan általános kijelentések, mint „a peptidek X-et csinálnak”, miért lehetnek félrevezetőek. Két molekula tartozhat a peptidek közé, miközben jelentősen eltérhet egymástól hossz, alak, stabilitás, biológiai célpont, sejten belüli elhelyezkedés és funkció tekintetében. Az egyik peptidre vonatkozó eredményeket nem lehet automatikusan átvinni egy másikra csak azért, mert mindkettő ugyanabba a molekulakategóriába tartozik.

Ebben a cikkben elmagyarázzuk a peptidkémia alapjait, a biológiai rendszerekben betöltött szerepüket, valamint többféle osztályozási módjukat. Különbséget teszünk az egyes vizsgálatokban közvetlenül mért adatok és a szélesebb körű következtetések között is, amelyek alátámasztásához további bizonyítékokra lenne szükség.

Mik azok a peptidek?

A peptidek összekapcsolt aminosavak.

aminosavmaradéknak aminosavmaradékkal.

Ez összehasonlítható egy szót alkotó betűkkel. Az egyes betűk az alkotóelemek, de csak a meghatározott sorrendjük alkot meg egy konkrét szót. Hasonlóképpen, egy peptidet az aminosavmaradékainak sorrendje, valamint a teljes szerkezetét kialakító kötések és módosulások határoznak meg. Maga a tudás arról, hogy mely aminosavak vannak jelen, nem elegendő a molekula azonosságának megállapításához.

Két peptid tartalmazhat például ugyanazokat az aminosavakat, de eltérő sorrendben elhelyezve. Ekkor különböző molekuláris szekvenciákat alkotnak, és eltérő fizikai, kémiai vagy biológiai tulajdonságokkal rendelkezhetnek.

A peptidkötés létrejéte kísérletileg vizsgált kémiai folyamat. Stachelhaus és munkatársai azt vizsgálták, hogy a nem-riboszomális peptidszintézisben részt vevő enzimelemek hogyan hoznak létre egy két maradékból álló terméket. A javasolt katalitikus hely megváltoztatása megakadályozta a kondenzációs reakciót a vizsgált kísérleti rendszerben. A vizsgálat azt mutatja, hogy a peptidalkotás meghatározott kémiai mechanizmust igényel – az aminosavak nem csupán amiatt hoznak létre egy meghatározott peptidet, mert egymás mellett találhatók. [4]

Időpont peptid ezért ez a kapcsolódó kémiai struktúrára utal. Nem szabad az aminosavak, a fehérjekiegészítők vagy az aminosavakat tartalmazó anyagok bármilyen keverékének Szinonimájaként használni.

Peptid, polipeptid és fehérje – kapcsolódó fogalmak

A „peptid” kifejezést általában viszonylag rövid aminosavláncra használják. A „polipeptid” hangsúlyozza a sok aminosavmaradékot tartalmazó lánc jelenlétét, míg a „fehérje” általában egy vagy több polipeptid láncból felépülő biológiai molekulát jelent.

Ezek a fogalmak részben átfedik egymást, és nincs olyan általánosan elfogadott aminosav-maradékok száma, amely abszolút határt jelölne közöttük.

Ezt maga a szakirodalom is mutatja. Saether és munkatársai a kalata B1-et 29 aminosavmaradékból álló „polipeptiddeként” írták le, míg Mierke és munkatársai egy 36 aminosavmaradékból álló emberi neuropeptid Y-t vizsgáltak. A molekula nem változtatja meg teljesen a kémiáját csak azért, mert az egyik szerző peptidnek, a másik pedig polipeptidnek nevezi. [2] [5]

Egyes oktatási anyagokban a peptideket és a fehérjéket elválasztó hozzávetőleges számértékeket használnak. Az ilyen egyszerűsítések hasznosak lehetnek a tanulás során, de nem szabad őket abszolút kémiai törvényként kezelni. Az alkalmazott terminológiára ráadásul hatással van a molekula hajtogatási módja, biológiai feldolgozása, funkciója és a történeti elnevezése is.

Ezért a pontos leírásban a tényleges szekvencia és az aminosavmaradékok száma gyakran információgazdagabb, mint magának a kategóriának a neve. A peptid és a fehérje közötti különbségtételt ráadásul nem szabad a összetettség, a biológiai jelentőség, a hatásosság vagy a kutatás minőségének hierarchiájaként kezelni.

Egy rövid peptid mutathat nagyon specifikus biológiai aktivitást, míg egy lényegesen nagyobb fehérje teljesen eltérő szerkezeti vagy enzimatikus funkciót tölthet be. A molekula hossza csak az egyik tulajdonsága.

Magaga a „peptid” kifejezés nem árulja el, hogyan működik a molekula

Nem minden peptid hormon, antimikrobiális anyag, szignálmolekula vagy terápiás hatóanyag, és nem is mutatnak biológiai aktivitást ugyanolyan módon. Ezek olyan további tulajdonságok, amelyeket az egyes molekulák esetében külön kell kimutatni.

Még egyazon kutatási területen belül is a nagyon hasonló szekvenciák viselkedhetnek eltérően.

Például a teljes szisztemin molekulát, egy növényi szignálpeptidet a rövidebb fragmentumaival összehasonlító kísértekben megállapították, hogy a fragmentumok nem váltották ki a teljes peptidnél megfigyelt válaszokat. Az egyik fragmentum éppen ellenkezőleg viselkedett a vizsgált rendszerekben, mint maga a peptid. Ez egy közvetlen emlékeztető arra, hogy a teljes molekulára vonatkozó eredményeket nem lehet automatikusan átvinni annak egy fragmentumára csak azért, koska hasonló a neve. [6]

Ugyanez az elv érvényes tágabb körben is. Egy aminosavmaradék cseréje, a szekvencia rövidítése, a végcsoport módosítása, a molekula ciklizálása vagy más kémiai módosítás bevezetése megváltoztathatja a peptid viselkedését.

Ezért tudományos szempontból a leghasznosabb kérdés ritkán az egyszerűen:

„Mit csinálnak a peptidek?”

Sokkal pontosabb a kérdés:

„Mit tesz ez a konkrét, meghatározott szekvenciájú és szerkezetű peptid egy adott kísérleti feltétel mellett?”

Ez a megkülönböztetés alapvető jelentőségű a peptidekkel kapcsolatos kutatások helyes értelmezése szempontjából.

A peptidek aminosavakból épülnek fel.

Aminosavmaradékok és peptidváz

A peptidek aminosavmaradékok összekapcsolódásából létrejövő vázat tartalmaznak. Egy tipikus peptidkötésben az egyik aminosav karboxilcsoportjából származó karbonilcsoport szénatomja a másik aminosav aminocsoportjából származó nitrogénatomhoz kapcsolódik.

Mindegyik aminosav-maradék egy oldalláncot is hordoz, amelyet a kémiai képletekben gyakran így ábrázolnak: R csoport, amely segít meghatározni a molekula tulajdonságait.

Az oldalláncok nem csupán cserélhető kiegészítők. Az elektromos töltésben, polaritásban, méretben, hidrofób jellegben, aromás karakterben és kémiai reaktivitásban lévő különbségek befolyásolják a peptid oldatbeli viselkedését, valamint más molekulákkal való kölcsönhatásait.

A peptid felépítése tehát magában foglalja mind az ismétlődő vázat, mind az ahhoz kapcsolódó, kémiailag változatos csoportokat.

Egyes oldalláncok további kölcsönhatásokat hozhatnak létre ugyanazon molekulán belül vagy a környező molekulákkal. Ezek a kölcsönhatások befolyásolhatják a feltekeredést, az oldhatóságot, a molekuláris felismerést, a membránokkal való kölcsönhatást, valamint egyéb kísérletileg mérhető tulajdonságokat.

Az LL-37, egy emberi immunvédekezési kapcsolódású peptid vizsgálatai során elemezték a szekvenciája, a hajtogatódása, az önrendeződése és a membránokkal való kölcsönhatása közötti összefüggést. A rokon rhesus peptiddel való összehasonlítás eltérő viselkedést mutatott a vizsgált feltételek mellett. Az eredmények rávilágítanak a molekulaszerkezet részleteinek fontosságára ahelyett, hogy feltételeznénk, a hasonló peptideknek azonos módon kell működniük. [7]

A peptid iránya: N-terminális és C-terminális

A tipikus lineáris peptidnak két kémiailag különböző vége van.

N-vég az a lánc aminővégét jelenti, míg C-vége — a karboxil-vége.

A peptid szekvenciákat hagyományosan az N-terminustól a C-terminusz irányába írják. Ez az irány azért fontos, MERT a maradékok sorrendjének megfordulása eltérő molekuláris szekvenciát eredményez.

Például a hipotetikus Ala-Gly-Ser peptid kémiailag nem azonos a Ser-Gly-Ala-val, annak ellenére, hogy mindkettő tartalmaz alanint, glicint és szerint.

Ez a konvenció lehetővé teszi a kutatók számára a szekvenciák konzisztens rögzítését, és különösen fontos a peptidek, azok fragmentumai, prekurzorszekvenciák és szintetikus variánsok összehasonlításakor.

A molekula végcsoportjai szintén kémiai módosításokon eshetnek át. Ha ilyen módosítások előfordulnak, azokat fel kell tüntetni a peptid leírásában, mivel a végcsoportok kémiája befolyásolhatja a molekula tulajdonságait.

Szekvencia és háromdimenziós szerkezet

Sorrend megahatározza az aminosavmaradékok sorrendjét a peptidben. A háromdimenziós struktúra ezzel szemben azt írja le, hogy ez az összekapcsolt molekula hogyan helyezkedik el a térben. Ezek összefüggő információk, de nem jelentik ugyanazt.

A szekvencia azt mutatja, hogy mely maradékok kapcsolódnak egymáshoz és milyen sorrendben. A strukturális elemzés ráadásul feltárhatja a hajtogatásokat, csavarodásokat, hérakat, hurkokat, gyűrűket, diszulfidhidakat és egyéb térbeli sajátosságokat.

Mierke és munkatársai elvégezték az emberi neuropeptid Y kémiai szintézisét, majd konformációját számos módszerrel, többek között magmágneses rezonancia spektroszkópiával elemezték. A strukturális vizsgálatokat egy meghatározott oldószeregyelekben végezték. Az eredmények ezért a peptidet ezekben a konkrét körülmények között írják le, és nem tekinthetők bizonyítéknak arra, hogy a molekula pontosan ugyanezt a szerkezetet veszi fel minden biológiai környezetben. [5]

A peptid konformációja függhet többek között az oldószer összetételétől, a hőmérséklettől, a pH-értéktől, az ionkörnyezettől, a koncentrációtól, más molekulák jelenlététől, valamint a membránkörnyezettől.

Egy teljes körű tudományos leírás így megkövetelheti a szekvencia, a kémiai módosítások, a kísérleti környezet és az alkalmazott mérési módszer megadását.

Magát az aminosavszekvencia-leírást nem tartalmazza a strukturális vizsgálatok során nyert összes információt.

Lineáris láncok, gyűrűk és további csatlakozások

Nem minden peptidnek van nyitott váz. Néhányuk zárt gyűrűt alkot, míg mások további kötéseket tartalmaznak az aminosavak oldalláncai között.

A „lineáris” kifejezés nyitott kapcsolódási architektúrát jelöl, nem pedig azt, hogy a molekulának fizikailag egyenesnek kell maradnia a térben. A lineáris peptid képes meghajolni, feltekeredni és rendezett konformációkat felvenni.

A ciklikus peptidek kovalensen zárt szerkezetet tartalmaznak. A gyűrű kialakulásának módja az egyes molekulákban eltérő lehet.

Apeptidek tartalmazhatnak is diszulfidhidak, azaz jellemzően a ciszteinmaradványok között létrejövő kovalens kötések. Az ilyen kötések korlátozhatják a lehetséges térbeli elrendeződéseket, és részt vehetnek a szerkezet szerveződésében.

A Kalata B1 jó példa egy ilyen architektúrára. A kutatók egy növényből izolálták Oldenlandia affinis, meghatározták a 29 aminosavmaradékát, és enzimes hasítást alkalmazó vizsgálatok segítségével megerősítették a váz ciklikus jellegét. Ezenkívül elemezték a háromdimenziós szerveződését és diszulfidkötéseit is. [2]

Ezek az eredmények ezen konkrét peptid szerkezetét írják le. Nem bizonyítják, hogy a ciklikus peptidek általában aktívabbak, stabilabbak, biológiailag fontosabbak vagy hasznosabbak lennének a lineáris peptideknél.

A peptidek nagyobb prekurzorokból is keletkezhetnek.

A biológiailag aktív peptid nem mindig alakul ki azonnal a végleges formájában. A sejt először létrehozhat egy nagyobb prekursor molekulát, amely ezt követően további feldolgozás tárgyát képezi, beleértve a hasítást és bizonyos részek eltávolítását.

Ez azt jelenti, hogy a végső peptid kialakulása során több, egymáshoz kapcsolódó molekuláris forma is előfordulhat.

A proinzulin jól illusztrálja ezt a elvet. Az analitikai módszerek áttekintése leírja a proinzulin átalakulását inzulinná és C-peptiddé köztes formákon keresztül. Ezenkívül elmagyarázza, hogy a laboratóriumi módszereknek miért kell különbséget tenniük a szorosan rokon prekurzorok és a feldolgozott molekulák között, ahelyett, hogy egyetlen paraméterként kezelnék őket. [8]

Az elsődleges kísérletes kutatások részletesebb példával szolgálnak. Davidson és Hutton patkány inzulinóma szövetéből kiizolált egy olyan enzimet, amely képes volt eltávolítani a bázikus aminosav-maradékokat a proinzulinból származó szubsztrátokból, ami inzulin keletkezéséhez vezetett. Az alkalmazott tesztben az enzym nem okozta a érett inzulin további lebomlását. Az eredmény alátámasztja a szelektív feldolgozás koncepcióját, jóllehet a szöveti eredet és a kísérlet laboratóriumi jellege korlátozza az egyetlen vizsgálat szélesebb körű értelmezésének lehetőségét. [9]

A prekurzorok feldolgozása egy további fontos elvet mutat: az egyetlen biológiai útvonalban részt vevő rokon molekulákat nem szabad automatikusan cserélhetőnek tekinteni. A prekurzor, a köztitermék, a hasadás után keletkező fragmentum és a érett termék eltérő szerkezettel és biológiai tulajdonságokkal rendelkezhet.

Hogyan keletkeznek a peptidek?

A peptidek többféle különböző biológiai és laboratóriumi folyamat eredményeként is keletkezhetnek.

Számos biológiai rendszerben a peptidszekvenciákat tartalmazó prekurzormolekulák keletkezése a következő módon történik: riboszomális transzlációt, amelynek során a genetikai információ véglegesen meghatározza az aminosavak sorrendjét a képződő láncban. A létrejött prekurzor ezt követően enzim általi Hasításon és egyéb transzláció utáni módosulásokon eshet át.

Ezek a peptidek a folyamat során keletkeznek nem-riboszomális peptid-szintézis, amelyben a specializált enzimrendszerek riboszómák részvétele nélkül, a hagyományostól eltérő módon kapcsolják össze az aminosavakból származó összetevőket. Stachelhaus és munkatársai kutatásai kísérleti példaként szolgálnak az ilyen rendszerű kötések képződési mechanizmusának elemzésére. [4]

A peptideket a laboratóriumban is elő lehet állítani kémiai szintézist. Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy meghatározott szekvenciákat készítsenek elő strukturális, biokémiai, analitikai és egyéb kísérletekhez.

Az előállítási módszer leírja a molekula keletkezési útját. Önmagában azonban nem határozza meg, hogy a peptid biológiailag aktív, klinikailag hasznos, természetesen előforduló vagy alkalmas-e egy adott alkalmazásra.

Milyen szerepet töltenek be a peptidek a szervezetben?

Nincs olyan egyetlen funkció, amely minden peptidre közös lenne.

Egy adott peptid biológiai szerepe függ a szekvenciájától, a szerkezetétől, a koncentrációjától, a lokalizációjától, a molekuláris célpontjától, a feldolgozás módjától és a környező biológiai környezettől.

Bizonyos peptidek jeleket továbbítanak a sejtek között

Bizonyos peptidek biológiai hírvivőként működnek. Hatásuk a jelet fogadó sejtektől, valamint a arra válaszolni képes megfelelő molekuláris rendszerek jelenlététől függ.

A jel tehát nem kizárólag magának a peptidnek a tulajdonsága – a તેને körülvevő biológiai kontextus is számít.

Emberen végzett vizsgálatban Kreymann és munkatársai a GLP-1 7-36 amidot, egy gyomor-bél traktusból származó peptidet elemeztek. A kutatók kimutatták a bélrendszeri szövetekben, megfigyelték a vérben lévő koncentrációjának változásait tápanyagok felvétele után, valamint inzulinhoz kapcsolódó válaszokat elemeztek ellenőrzött infúziós kísérletek során. Ezek a megfigyelések segítettek megállapítani ezen konkrét peptid fiziológiai szignálfunkcióját. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a peptidek egész csoportjukban szabályozzák a vér glükózkoncentrációját. [1]

Ez a különbségtétel fontos. Az egyik peptid hormonális funkcióját alátámasztó bizonyítékok nem általánosíthatók az összes pepttkötést tartalmazó molekulára.

Egyes peptidek részt vesznek a szervezet védekezésében

A peptidek kölcsönhatásba léphetnek mikrobákkal vagy biológiai membránokkal is.

Az LL-37 az emberi védekező mechanizmusok kontekstusában vizsgált peptid példája. A kísérletekben többek között a önrendeződését és a különböző membránkörnyezetekkel való kölcsönhatásait elemezték.

Xhindoli és munkatársai vizsgálatai összefüggésbe hozták a peptid szerkezeti viselkedését a membránokkal való kölcsönhatások és a bakteriális membránok áteresztőképességének eltéréseivel. Ez egy mechanisztikus bizonyíték — segít megérteni a molekula viselkedését a kísérleti rendszerekben. Önmagában azonban nem egy olyan klinikai vizsgálat, amely kimutatná az LL-37 tartalmú termék hatását embereken. [7]

A szervezet védekezéséhez kapcsolódó peptidek jól mutatják, hogy a molekuláris kontextus miért számít. A laboratóriumi körülmények között mikroorganizmussal vagy modellmembránnal szemben megfigyelt aktivitás nem jelenti automatikusan a klinikai hatékonyságot, biztonságosságot vagy alkalmazhatóságot az emberi szervezetben.

Egyes peptidek sejten belüli biokémiai funkciókat látnak el

Nem minden peptid működik az egyik sejtből a másikba továbbított jelként.

A glutation egy sejten belüli tripeptid, amely részt vesz a redox-reakciókban, azaz az elektronátvitellel kapcsolatos biokémiai folyamatokban.

Cabral és munkatársai a glutation szintézisét vizsgálták nyulakon, jelzett víz és tömegspektrometria felhasználásával. Munkájuk e molekula képződésének és megújulásának mérésére fókuszált. Ez egy a sejten belüli anyagcserében részt vevő peptidet mutat be, nem pedig a szervek között jeleket továbbító hormont. Ez egy állatokon végzett módszertani vizsgálat volt, nem pedig bizonyíték a glutationt tartalmazó termék szedésének hatásaira vonatkozóan. [10]

A glutation azt is mutatja, hogy a peptid hossza nem határozza meg a biológiai jelentőségét. Mindössze három aminosav-maradékból áll, mégis részt vesz a sejtekben zajló alapvető vegyi folyamatokban.

Bizonyos peptidek feldolgozási vagy lebomlási termékek

Magában a peptid kimutatása egy biológiai mintában nem magyarázza meg automatikusan, hogy miért van ott.

Betölthet jelző funkciót, lehet a feldolgozási folyamat köztes terméke, vagy nagyobb molekula bomlása révén is keletkezhet.

A proinzulin-vizsgálatok megkülönböztetik a prekurzor molekulákat, a köztes termékeket és a végtermékek. Ezzel szemben az élelmiszerekkel kapcsolatos vizsgálatok peptidfragmentumok jelenlétét mutatták ki a vérben zselatin-hidrolizátumok fogyasztása után. Ezek nagyon eltérő biológiai kontextusok, annak ellenére, hogy mindkettő peptidekkel foglalkozik. [8] [3]

A kimutatott töredéket ezért a forrása, szerkezete, koncentrációja, megjelenési ideje és a kutatási kérdés függvényében kell értelmezni.

Egy molekula kimutatása annak jelenlétét bizonyítja. Ez azonban nem jelenti automatikusan annak biológiai funkcióját.

Ez a megkülönböztetés különösen fontos a vérben, szövetekben, élelmiszer-eredetű mintákban és más összetett biológiai anyagokban peptideket azonosító analitikai vizsgálatok értelmezése során.

Mit mutatnak ezek a kutatások – és mit nem bizonyítanak?

A különböző típusú kutatások különböző tudományos kérdésekre adnak választ.

A strukturális módszerekkel meg lehet határozni a molekula felépítését. A biokémiai kísérletek lehetővé teszik a molekuláris reakciók és kölcsönhatások elemzését. Az állatkísérletek révén megfigyelhetők a biológiai folyamatok az egész szervezetben. Az embereken végzett fiziológiai vizsgálatok során mérhetők a résztvevők bizonyos reakciói.

Az ilyen típusú bizonyítékok kiegészíthetik egymást, de nem helyettesíthetők.

A legfontosabb szabály az, hogy a bizonyítékok ereje és jelentősége attól függ, hogy melyik kérdésre próbálunk választ adni.

A peptidet azonosító tömegspektrometriai eredmény más kérdésre válaszol, mint a receptoraktivitást mutató sejtkísérlet. Ezek viszont más kérdésekre válaszolnak, mint a fiziológiai vagy klinikai hatást mérő, kontrollált humán vizsgálat.

Hogyan osztályozzák apeptideket?

A peptidek egyidejűleg többféleképpen is klaszterezhetők. Nem létezik egyetlen olyan osztályozási rendszer, amely az összes lényeges tulajdonságukat magában foglalná.

Osztályozás az aminosav-maradványok száma szerint

A hosszon alapuló elnevezések a peptidben lévő aminosavmaradékok számát határozzák meg.

Dipeptid két maradékot tartalmaz, tripeptid három, tetrapeptid négy, és pentapeptid öt.

Az olyan kifejezések, mint például oligopeptid i polipeptid nagyobb csoportokat írnak le méretük alapján, de ezek határai a különböző források között eltérhetnek.

Ezek a nevek nem teszik lehetővé a molekula funkcióinak előrejelzését.

A tripeptid részt vehet a belső metabolizmusban, míg a hosszabb peptid külső jelként működhet vagy egy szűk körű ciklikus struktúrát képes elfogadni. A glutation, a neuropeptid Y és a kalata B1 különböző hosszúságú és biológiai kontextusú összekapcsolódásokat mutatnak. [10] [5] [2]

Ez pedig válasz a kérdésre:

„Hány aminosav-részlet található egy molekulában?”

Nem válaszol azonban önállóan a kérdésre:

„Hogyan működik ez a molekula?”

A struktúrák szerinti osztályozás

A strukturális leírások között szerepelnek például a nyitott láncú peptidek, a ciklikus peptidek és a diszárszkálákat tartalmazó struktúrák.

A tudósok az egyes hajlítási mintákat, a mellőzésekhez kapcsolódó kötéseket vagy a kémiai módosításokat is leírhatják, ha ezek analitikai módszerekkel igazoltak.

A szerkezet és a hosszúság különböző kérdésekre ad választ. A B1 kalatát egyrészt 29 maradékot tartalmazó molekulaként lehet leírni, másrészt pedig ciklikus szerkezetű peptidként. E két leírás egyik sem helyettesíti a másikat. Ugyanígy, a peptid saját szekvenciája sem közvetíti az összes lényeges információt a háromdimenziós szerkezetéről. [2]

A biológiai szerep szerint történő osztályozás

A funkcionális csoportok között szerepelnek többek között a peptidhormonok, a neuropeptidek, az immunrendszerrel kapcsolatos peptidek és a biokémiai folyamatokban részt vevő peptidek.

Ezek a kategóriák részben összefonódhatnak, és azokhoz való tartozásnak bizonyítékokon kell alapulnia a konkrét molekula vonatkozásában.

A felvázolt tanulmányok számos példát szolgáltatnak: a GLP-1 az emberi fiziológiában megerősített hormonális funkciót tölt be, az LL-37-et a szervezet védekezésének összefüggésében vizsgálják, a glutation pedig a belső redox folyamatokban vesz részt. „Peptid” egy szélesebb kémiai meghatározás, míg a funkcionális név egy meghatározott biológiai szerepet jelöl meg. [1] [7] [10]

A funkcionális osztályozás tehát bizonyítékokon kell alapulnia, és nem kizárólag a szekvencia hosszáról vagy a „peptid” fogalmi megfogalmazásról kell következtetni.

A származás és a gyártási mód szerint történő osztályozás

A peptideket szintén a származásuk vagy a gyártási módjuk szerint lehet leírni.

Az olyan meghatározások, mint „emberi eredetű” vagy „növényi eredetű”, a biológiai eredetre vonatkoznak. „Kémiai szintézisben előállított” pedig a gyártási módszert jelenti.

Ez nem kizáró jellegű tulajdonság. A laboratóriumban szintetizálható olyan peptid, amelynek a szervezetben természetes módon előforduló szekvenciája van.

A Mierke és munkatársai által végzett emberi neuropeptid Y-szintézis jól mutatja ezt a különbséget. A szekvencia az emberi biológia alapján készült, a kísérleti anyag pedig kémiailag előállított. Ez nem jelenti azt, hogy minden szinten egyforma lenne a szintézisű készítmény – ezért a kutatók analitikai módszereket alkalmaztak a kapott anyag jellemzésére. [5]

Egy másik megkülönböztetés a képződés biológiai módját illeti meg. Sok peptidlánc a riboszomális szintézis során keletkezik, majd tovább feldolgozható. Más peptidek pedig olyan speciális enzimatikus rendszerek révén épülnek fel a riboszomán kívül. Stachelhaus és munkatársai közvetlenül a nem riboszomális rendszer részei által végzett peptidláncépítés folyamatát vizsgálták. Ez a megkülönböztetés a bioszinézetet írja le, nem pedig a biológiai érték hierarchiáját. [8] [4]

Egy peptiddal tehát egyszerre több helyes megnevezés is megjelölhető.

Összefoglalva, ezt a molekula típust a maradék szám, a ciklikus architektúra, a biológiai eredet és a kísérletileg megerősített funkció alapján le lehet írni.

A besorolás akkor a leghasznosabb, amikor a szerző egyértelműen meghatározza, hogy a molekula milyen tulajdonságokat ír le.

Mit jelent a „bio peptide” és a „bioactive peptide” kifejezés?

A „biopeptid” kifejezés nem elégségesen pontos tudományos kifejezés ahhoz, hogy egy konkrét molekula, szekvencia vagy megerősített aktivitás azonosítására használható legyen.

Ha egy ilyen megjelölés szerepel a címkén, a termékleírásban vagy az internetes lekérdezésben, először is meg kell határozni, hogy pontosan milyen anyagra vonatkozik.

A „bioaktív peptidek” kifejezés jelentése: Bioaktív peptid, Ez általában azt jelenti, hogy bizonyos körülmények között bizonyos biológiai aktivitást észleltünk.

A legfontosabb az az elhatározás, hogy:

• melyik molekulát vizsgálták;
• milyen sorrendet és struktúrát alkalmazott;
• melyik kísérleti eljárást alkalmazták;
• milyen koncentrációt vagy expozíciót vizsgáltak;
• milyen hatást mértek;
• az megfigyelés biokémiai, sejtbiológiai, állatkísérleti vagy emberi vizsgálatokból származott-e?.

A növények jelekre adott válaszának lelassulása, a bakteriális sejtmembránnal való kölcsönhatás és az emberi hormonérzetre gyakorolt hatás különböző típusú biológiai aktivitások. Ezeket nem lehet egyetlen, „hatásként” meghatározott általános tulajdonságra korlátozni. [6] [7] [1]

Miért nem határozza meg a klinikai státuszt a besorolás?

A strukturális vagy funkcionális kategória nem az orvosi engedélyezés kategóriája.

A molekula természetesnek, szintetikusnak, ciklikusnak, hormonálisnak vagy bioaktívnak való megjelölése nem jelenti azt, hogy rendelkezik az orvosi alkalmazáshoz szükséges bizonyítékokkal.

A Lau és Dunn pszichoterapeutikai peptidekkel kapcsolatos áttekintése bemutatja, hogyan haladnak át az egyes molekulák a különböző vizsgálati és fejlesztési szakaszokon. Ez a publikáció történelmi áttekintés jellegű, és nem aktuális listát tartalmaz a jóváhagyott termékekről. Ebben a kontextusban azonban fontos szabályt mutat be: a peptidek kémiai összetétele és klinikai fejlesztésében betöltött szerepe két különböző kérdés. [11]

Ezért egy molekula tudnak tudományos szempontból érdekesnek, biológiailag aktívnak vagy széles körben vizsgáltnak tekinteni, anélkül, hogy az egyidejűleg jóváhagyott gyógyszer lenne.

Hol fordulnak elő a peptidek?

Az emberi szervezetben

A peptidek az emberi szervek és biológiai folyadékok különböző részeiben találhatóak meg.

A helyük meghatározott molekula és az elemzett folyamat függvényében változik. A GLP-1 vizsgálatai kapcsolatát az emésztőrendszerrel mutatták ki, valamint a vérben észlelt változásokkal, a proinsulins vizsgálatai pedig annak keletkezését és feldolgozását a hasnyálmirigyben mutatják be. Ezek konkrét példák, nem pedig bizonyíték arra, hogy minden peptid minden szervezet részében jelen van. [1] [8]

Fontos továbbá megkülönböztetni a három kérdést:

• Hol termelik a peptidet?
• Hol lehet megtalálni?
• Hol gyakorol biológiai hatást?

Ezek a helyek nem kell, hogy ugyanazok legyenek.

Egyetlen szövetben termelt peptid képes bejutni a véráramba és hatással lenni egy másik szövetre. Más peptidjeik viszont elsősorban helyi vagy intracelluláris folyamatokban vesznek részt.

A vérben lévő peptid felismerése önmagában nem határozza meg annak koncentrációját vagy biológiai aktivitását más szövetekben.

A növényekben és a mikrobiológiai rendszerekben

A peptidbiológia messze túlmutat az emberi szervezetén.

A növényekkel végzett vizsgálatok között szerepelt a szignálmolekulákkal kapcsolatos jelöltséget és a B1 kalat struktúráját. A nem ribozomális enzimrendszer vizsgálata pedig egy másik peptidhajók összekapcsolódási módját tárgyalta. [6] [2] [4]

Ezek a példák azt mutatják, hogy milyen jelentősége van a „peptid” szónak.

A növényi peptid nem automatikusan válik emberi hormonná, és az enzimális molekula összetétele kapcsán végzett kísérlet nem klinikai vizsgálat. A biológiai forrás és a kísérleti modell továbbra is fontos elemek a leírásban.

A fajok közötti összehasonlítások értékes tudományos információkat nyújthatnak, de az eredményeket mindig a szervezet és a kísérleti rendszer vonatkozásában kell értelmezni, amelyben azok nyertek.

Az élelmiszerből származó fehérje-részekben

A táplálkozásban található fehérjék a emésztés során kisebb peptidcsoportokat hozhatnak létre.

Ugyanakkor meg kell különböztetni a sérthetetlen fehérjét, a fehérje hidrolizátumát és az egyetlen tisztított peptidet – ezek különböző anyagok.

Az aminosav-hidrolizátum tartalmazza a nagyobb fehérjék lebomlásából keletkező kisebb összetevőket. A készítmény elkészítési módjától függően különböző hosszúságú peptidek és szabad aminosavak is megtalálhatók benne.

Iwai és munkatársai a zselatin hidrolizátumait tanulmányozták, és az emberek vérében a fogyasztás után kimutattak több kollagénből származó peptideket. A vizsgálati eredmények szerint bizonyos körülmények között lehetett meghatározni ezeket a konkrét részeket. Ugyanakkor nem bizonyítják, hogy az élelmiszerekből származó összes peptidek változatlan formában jutnak át a emésztési folyamaton, vagy hogy pusztán a peptidek kimutatása magában is fizikai előnyökkel jár. [3]

A pontos leírásnak tehát meg kell jelölnie az alapanyagot és – ha ismert – a konkrét kimutatott részeket.

A „tartalmaz fehérjét” („contains protein”), a „tartalmaz peptideket” („contains peptides”) és a „tartalmaz egy adott, azonosított peptidet” („contains a specific peptide”) megállapítások különböző szintű információt közvetítenek.

A laboratóriumi vizsgálatokban használt anyagokban

A peptideket szintetizálhatják, hogy a tudósok megvizsgálhassák a jól ismert szekvenciát, összehasonlíthassák annak variánsait, elemthessék a molekula szerkezetét, az analitikai viselkedést vagy meghatározott biokémiai hipotéziseket.

A neuropeptid Y vizsgálatában a kémiai szintézist kromatográfiával, tömegspektrometriával, sekvenzként és strukturális módszerekkel együtt elemezték. Ez azt mutatja, hogy A peptide előállítása és annak tulajdonságainak igazolása egymással összefüggő, de elkülönülő feladatok.. [5]

A kémiai szintézis olyan anyagot biztosít, amely egy adott molekulaszerkezetet reprezentál. Az analitikai jellemzők segítenek megállapítani, hogy a kapott anyag valóban rendelkezik-e a várt tulajdonságokkal.

A tudományos publikáció értelmezésekor ugyanaz az elv érvényes: a vizsgálat tárgyát képező anyag identitása döntő jelentőségű.

Egyedül a peptid közös neve nem elegendő annak megállapításához, hogy minden készítménynek azonos a szekvenciája, tisztasága, kémiai formája vagy analitikai jellemzői, vagy hogy azt azonos körülmények között vizsgálták volna.

Miért fontosak a kísérleti folyamat, a struktúra és a kontextus?

A peptidekkel kapcsolatos vizsgálatok sokkal könnyebben értelmezhetők, ha elválasztjuk a három alapvető kérdést:

Melyik molekulát vizsgálták?

Ez magában foglalja a szekvenciáját, a maradék számát, a kémiai módosításokat és a szerkezeti tulajdonságokat.

Hol és hogyan vizsgálták azt?

Meg kell határozni, hogy a kísérletben tisztított molekulákat, sejtkultúrákat, izolált szöveteket, állatokat vagy embereket használtak-e.

Milyen eredményt valójában mértek?

A molekula felismerése, a receptorhoz való kötődés, a membránnal való interakció, a génexpresszió, a fiziológiai válasz és a klinikai eredmény egyaránt különböző végpontok.

Az értelmezési problémák gyakran akkor jelentkeznek, amikor egy szintű bizonyítékokat arra használják fel, hogy egy másik szintű állítást alátámasszák.

Például:

A peptidet kimutatták a vérben → ezért klinikai előnyöket jelent

nem automatikusan helyes következtetés.

Hasonlóan:

A peptide hatással van a tenyésztett sejtekre → ezért ugyanezt a hatást okozza az emberben is

További bizonyítékokra van szükség.

A molekula identitásának elkülönítése, a kísérleti modell és a ténylegesen mérhető eredmény elválasztása gyakorlati módot jelent a peptidekre vonatkozó kutatások értelmezésére anélkül, hogy az elérhető adatokon túlmutató következtetéseket levonnánk.

Gyakran ismételt kérdések

1. A peptidek természetesek az emberi szervezetben?

Igen, számos peptid természetesen megtalálható az emberi szervezetben. Az emberek részvétele mellett végzett vizsgálatok során a glukagon-szerotonin-receptor-antagonistát (GLP-1) az emésztőrendszerben kimutatták, és a táplálékbevitel után a vérben megfigyelték a koncentrációjának változását, míg az inzulin-proinszulin vizsgálatok a természetes előanyagokból képződő molekulák feldolgozását érintik. Ezek az eredmények megerősítik a természetes peptidok létezését, de nem jelentenek azt, hogy minden olyan anyag, amelyet természetes peptidként azonosítanak, az emberekben is megtalálható. Legyenünk azonban körültekintőek, mivel egyes szekvenciák más szerveken is előfordulhatnak, egyesek nagyobb molekulákból képződnek, mások pedig kísérleti úton keletkezhetnek vagy módosíthatók. A természetes előfordulást ezért konkrét molekula szintjén kell meghatározni, és nem csak a „peptid” szavak alapján következtetni. [1] [8]

2. Hány aminosavat alkot egy peptid?

A peptid legalább két összetartozó aminosav-részletet tartalmaz, de nem létezik általánosan elfogadott maximális szám, amely egyértelműen elkülönítené a peptideket a fehérjékből. A tudományos vizsgálatokban gyakran adnak meg a pontos hosszúságot: a B1 kalatának 29 része van, a Y neuropeptide pedig 36; bár részlegesen egymást követő peptiddal és polipeptidtel való használat esetén ezek a kifejezések ugyanazokat a fogalmakat jelentik. A becsült számszerű határok hasznosak lehetnek az oktatásban, de nem tekinthetők abszolút kémiai törvényeknek. A hosszúság segít az összetevő azonosításában, de nem hoz létre univerzális biológiai határokat vagy előre nem látható funkciókat. Ezért a tényleges részegység számának megadása pontosabb, mint a szigorú küszöb alkalmazása. [2] [5]

3. A peptidek ugyanazok, mint az aminosavak?

Nem. A peptidok összetett molekulák, amelyek aminosav-maradványokból épülnek fel, míg a szabad aminosavak külön molekuláris egységek. A ribozomális peptid-szintézist érintő kutatások a peptid kötődésű termék létrehozásához szükséges konkrét reakciómechanizmusokat vizsgálták. Ez a megkülönböztetés fontos, mivel az aminosavak önmagukban való összekeverése nem vezet automatikusan egy adott szekvenciához. Az aminosavak beillesztése a peptidbe azt jelenti, hogy azok sorrendje és kémiai összekapcsolódása a molekula identitásának részét képezi. A peptid ezért a kapcsolódó szerkezete alapján kell azonosítani, és nem csak az egyes aminosavak jelenlétének alapján. [4]

4. Mi az a peptid kötődés?

A peptid kötődés egy kovalenciális kapcsolat az aminosavakból származó csoportok között, és a peptid szerkezetének egy részét képezi. Kémiai szempontból általában egy szénatomot egy aminosav karbonyilációs csoportjával és egy másik aminosavot egy másik aminosav nitrogénatomjával köt össze. Stachelhaus és munkatársai a enzimális domén szerepét elemezték az ilyen kötés kialakulásában a ribozomális rendszerben, többek között olyan módosítások révén, amelyek megakadályozták a vizsgált reakciót. Ezek az eredmények egy adott peptid összetett mechanizmusát érintik, nem pedig az összetett peptidkészítés valamennyi módját. A fő szabály az, hogy a peptid kötődés egy adott lánc részeit kapcsolja össze, de önmagukban nem határozzák meg az adott lánc biológiai funkcióját. [4]

5. Mi az a polipeptid?

A polipeptid egy olyan lánc, amely számos aminosav-részt tartalmaz peptidkötésekkel összekapcsolva. Ez a kifejezés részben egyenértékű a „peptid” és „fehérje” fogalmakkal, ahelyett, hogy egy teljesen elkülönülő kémiai osztályt jelentene. Például a B1-es kaliták szerkezetéről szóló publikációban a „polipeptid” kifejezést egy 29 részből álló molekula ellenére használták. Ez azt mutatja, hogy a név önmagában nem pontos mértékadója a molekula nagyságának. A különböző tudományágak és publikációk kissé eltérően használják a „peptid” és „polipeptid” fogalmakat. A specifikus sekvencia, a részecske száma, a struktúra és a biológiai környezet pedig pontosabb leírást biztosítanak a vizsgált molekula részleteiről. [2]

6. Hogyan különbözik a peptidek a fehérektől?

A peptidek és a fehérjék kémiai összetétele az aminosavakra alapul, míg a „fehérje” kifejezés általában egy vagy több polipeptid láncból álló, fejlettebb biológiai molekulákat jelöl. A terminológia részlegesen egyezik, és a nagyobb előanyagot kisebb termékekbe lehet átalakítani, például az insulinnak a konverzióját szemléltetve. A méret részben ez a megkülönböztetés része, de nem szabad univerzális határoknak tekinteni. A fehérjék gyakran összetett, magasabb rendű struktúrákat alkotnak, bár a peptidek is adott háromdimenziós konformációkat képesek elfogadni. A legkielégítőbb magyarázatnak ezért egy konkrét molekula, annak részegységeinek száma, szerkezete és a biológiai folyamatban való szerepe kellene fejezni, nem pedig kizárólag a számszerű küszöbértékre támaszkodva. [8]

7. Lehet-e az ugyanazon aminosavakból álló peptidek másként reagálni?

Igen. A molekula viselkedése nem csak az aminokvárium összetételétől függ, hanem annak sorrendjétől, kémiai kötéseitől, módosításaitól és háromdimenziós elrendezésétől is. A neuropeptid Y szerkezetének vizsgálata és a szimpatomimetrin fragmentjeivel végzett kísérletek azt mutatják, hogy a molekula sorrendje és szerkezete különálló elemzésre szorul. Még azonos aminosavösszetételű peptidek is különböző molekulaivá válhatnak, ha a maradékok más sorrendben helyezkednek el. Ezek a vizsgálatok nem teszik lehetővé minden lehetséges sorrend megjósolását, ezért két peptidet nem szabad csak azért egyenértékűnek tekinteni, mert az aminosavösszetétele hasonló. [5] [6]

8. A hosszabb peptid erősebb hatású-e?

Nem létezik általános szabály, miszerint a hosszabb peptid erősebb biológiai hatást eredményez. A jelentőségét többek között a sekvencia, a szerkezeti, molekuláris cél, a koncentráció, a stabilitás és a kísérleti körülmények jelentenek. A szintézistermékek vizsgálata során megállapították, hogy a molekula változtatása befolyásolta annak aktivitását, de nem sikerült egyetemes kapcsolatot igazolni a hosszúság és a biológiai hatás erőssége között. A rövid peptid fontos és nagyon specifikus biokémiai funkciót tölthet be, amint azt a glutation bizonyítja, míg a sokkal hosszabb peptidek teljesen más szerepet tölthetnek be. A hosszúság tehát egy paraméter, amely leírja a molekulát. A biológiai hatások összehasonlítása közvetlen vizsgálatot igényel egyedi peptiddel azonos, világosan meghatározott végpont alkalmazásával. [6] [10]

9. Mit jelent „biológiailag aktív peptid”?

A biológiailag aktív peptid az az olyan peptid, amelynek bizonyítottan meghatározott biológiai hatása van egy adott kísérleti rendszerben. A hatás magában foglalhat egy sejtre adott válaszot, a receptorhoz való interakciót, a membránhoz való kötődést, biokémiai reakciót vagy egy fiziológiai paraméter változását. Az LL-37 vizsgálatok során például konkrét strukturális tulajdonságokat és membránhoz való hatásokat elemezték. Ezek az eredmények nem automatikusan igazolják a klinikai hatást, és nem feltétlenül vonatkoznak minden olyan anyagra, amely ugyanazt a nevet használja. Az „biológiailag aktív” kifejezést tehát nem szabad általános megállapításként értelmezni, miszerint a peptid egészségügyi előnyöket biztosít. A kifejezés csak akkor nyer tudományos jelentőséget, amikor egy molekula, egy kísérleti rendszer, egy meghatározott aktivitás és a bizonyítékok jellegét meghatározzák. [7]

10. Mindegyik peptide hormon?

Nem. A hormon egy funkcionális csoport, amely egyes peptideket foglal magában, nem pedig minden peptideket. A GLP-1 például egy olyan peptide, amelyet humán bélhormonként vizsgálunk, míg a glutation egy belsőmembrán-típusú tripeptid, amelyet redox folyamatok és a szintézisének összefüggésében vizsgálunk. Egy másik csoportot az immunrendszerrel kapcsolatos peptidek alkotnak. Ezek a példák nagyon különböző szerepeket mutatnak ugyanazon széles kémiai osztályban. A peptidnek a peptidek csoportjában való megnevezése az aminosavakra alapuló szerkezetét jelenti. A hormont jelölő megnevezés további bizonyítékokat igényel a specifikus biológiai rendszerben betöltött szerepének megerősítéséhez. [1] [10]

11. Mi az a peptid prekurzora?

A peptid előanyag egy olyan molekula, amelyből biológiai feldolgozással peptidterméket lehet előállítani. Jól ismert példa az proinsulin, amelyben az átalakulás közvetett termékeit, az inzulin és a C-peptidet különböztetjük meg egymástól. Az analitikai vizsgálatok hangsúlyozzák a kapcsolódó formák külön mérésének szükségességét. A feldolgozás lehet szelektív enzimatikus szétválasztást és más molekuláris változásokat is magában foglalni, amelyek először a kész termék kialakulásától számítva következnek be. A peptid előanyagot tehát nem szabad automatikusan az egyes végtermék tulajdonságainak tulajdonítani – azonosítása, feldolgozási fázisa, koncentrációja, helye és a mérhető biológiai aktivitása külön értékelést igényel. [8] [9]

12. Hogyan különböznek a lineáris peptiddel a ciklikus peptikáktól?

A lineáris peptidek nyitott szerkezetűek, míg a ciklikus peptidek a szerkezetük vagy a mellékcsatornák összekapcsolódásának révén zárt kerettel rendelkeznek. A „lineáris” kifejezés az atomok összekapcsolódási módját jelenti, és nem jelenti azt, hogy a molekula fizikailag egyenesnek kell lennie. A B1-es kalát egy dokumentált példa a zárt szerkezetű ciklikus peptidekre és a diszazarcos kapcsolódásokra. Strukturális elemzése megmutatja a molekula szerkezetét, de nem bizonyítja, hogy minden ciklikus peptid hasonlóan viselkedik. A megkülönböztetés elsősorban a molekuláris architektúrát írja le. Az ilyen struktúra hatása a stabilitásra, az interakciókra, a biológiai aktivitásra vagy más tulajdonságokra egy adott peptidekön alapuló adatokra van szükség. [2]

13. Lehet-e a kémiai módosítás megváltoztatni a peptide tulajdonságait?

Igen. Az aminosav-részecskék, a végződésű csoportok és egyéb kémiai módosítások vagy a molekula összekapcsolódási módja hatással lehetnek a peptid fizikai és biológiai tulajdonságaira. A peptidfehérjék fejlesztésével kapcsolatos szakirodalom a különböző struktúrák és a gyógyszerkémiai stratégiák alkalmazását tárgyalja, míg a struktúrák vizsgálata rámutat arra, hogy a kísérleti anyag pontos jellemzése kulcsfontosságú. A módosítások potenciálisan befolyásolhatják többek között a töltést, a konformációt, a más molekula-molekulákkal való kölcsönhatást és a kémiai és enzimhatás-érzékenységet. A módosított molekula önmagában azonban nem garantálja a kívánt vagy előre látható eredményt. A módosított molekula egyénileg kell értékelni, ahelyett, hogy feltételezzük, hogy az eredeti peptidre vonatkozó összes eredmény továbbra is érvényes marad. [11] [5]

14. Lehet-e természetesen előforduló peptidet szintetikus úton is előállítani?

Igen. A tudósok kémiai úton szintetizálhatják azt a szekvenciát, amely természetesen is előfordul. Mierke és munkatársai ezt a folyamatot az emberi neuropeptid Y esetében hajtották végre, majd számos analitikai módszert alkalmaztak a kapott anyag jellemzésére. Ez azt mutatja, hogy a természetes előfordulás és a gyártási mód két különböző aspektust írnak le a peptid esetében. „A természetes” kifejezés a szekvencia előfordulási helyét jelenti a biológia világában, míg a „szintetikus” kifejezés a konkrét minta előállításának módját írja le. Ez nem jelenti azt, hogy minden ugyanazt a nevet viselő anyag egyenértékű – a vizsgálati anyagok összehasonlítása során továbbra is fontosak a szekvencia, a módosítások, a kémiai formája, a összetétele, a tisztaság és az analitikai jellemzők. [5]

15. Megjelennek-e a peptidok az emberi szervezet kívül?

Igen. A peptidek számos biológiai rendszerben előfordulnak, beleértve a növényeket és a mikroorganizmusokat is. A vizsgálatok között szerepelt többek között a növényi szinárium, a B1-es ciklikus kalát, amelyet izoláltak a Oldenlandia affinis és a peptidok nem-ribozomális szállításának mechanizmusai. Ezek a példák jól mutatják a különböző eredetű, struktúrákat és biológiai kontextusokat. Ugyanakkor ezek nem jelentenek azt, hogy egy másik organizmusból származó peptid ugyanolyan funkciót lát el az emberben. Ezért a biológiai eredetre vonatkozó információkat el kell különíteni az emberekben mutatott hatásokra vonatkozó állításoktól. A fajok közötti vizsgálatok jelentős mechanikai információkat nyújthatnak, de a eredmények átadására az egyes szervezetek között további bizonyítékokra van szükség. [6] [2] [4]

16. Az élelmiszerekben található összes peptid az egészben megmaradva jut be a véráramba?

Nem. A bizonyítékok arra, hogy bizonyos élelmiszer-összetevők megtalálhatók a vérben, nem jelentenek azt, hogy minden táplálkozási peptid változatlan formában felszívódik. A táplálékfehérjék a emésztés során jelentős lebomlási folyamatokat szenvedhetnek, peptid- és aminosav-keverékeket alkotva. Iwai és munkatársai a zselatin hidrolizátumok fogyasztása során azonosították a kollagénből származó konkrét összetevőket. Az kísérlet egy meghatározott anyagra és az azokban mért összetevőkre vonatkozott, nem pedig az összes olyan termékre, amely fehérjét tartalmazott. A maguk felismerése ezekből az összetevőkből nem is igazolta az egészségügyi előnyöket. A táplálkozási peptidek felszívódásáról szóló következtetéseket ezért a konkrét kiinduló anyagra, a vizsgált molekulákra, a használt módszerekre és a kísérleti körülményekre kellene vonatkoztatni. [3]

17. Milyen bizonyítékokra van szükség a peptid hatásának meghatározásához?

A bizonyítékoknak meg kell felelniük a feltételezésnek, amelyet meg akarunk vizsgálni. A strukturális analízis lehetővé teszi a molekula tulajdonságainak meghatározását, a biokémiai kísérletek megvizsgálják a mechanizmusokat, a sejtbiológiai vizsgálatok meghatározzák a sejtek adott reakcióit, az állatkísérletek megfigyelik az egész szervezetben folyó folyamatokat, és az emberek részére irányuló vizsgálatok értékelik a fiziológiai vagy klinikai eredményeket. A B1-es kalatát, a szintetont és a GLP-1-et érintő vizsgálatok különböző típusú tudományos kérdéseket vetnek fel. Egyetlen vizsgálati típus sem felel meg mindegyiknek, és a molekula felismerése önmagában nem jelenti azt, hogy az hatás megfigyelhető lenne. Hasonlóképpen, a sejtekben vagy állatokban megfigyelhető hatás nem jelenti automatikusan azt, hogy az az emberben is hasonló eredményt eredményezne. A megbízható leírásnak tehát meg kell határoznia, hogy milyen molekulát vizsgáltak, milyen kísérleti modellt alkalmaztak, mit pontosan mértek és mit továbbra is bizonytalan. [2] [6] [1]

18. Az aminosavszekvencia meghatározza a peptid azonosságát?

Az aminosavszekvencia a peptidek egyéniségének alapvető részét képezi, mivel meghatározza a láncban található maradékok sorrendjét. Az egyedi szekvencia azonban nem feltétlenül leírja a molekula összes lényeges tulajdonságát. További információkat a végződések módosítása, a ciklikálás, a diszazarcik és más kémiai módosítások, valamint a háromdimenziós szerkezet biztosíthatnak. A B1 kalta és a neuropeptide Y vizsgálata azt mutatja be, hogy miért lehet fontos mind a szekvencia, mind a molekuláris jellemzők fejlettebb szintje. Ezért nem szabad automatikusan azonosnak tekinteni az ugyanazon általános peptidnevek alatt szereplő két anyagot anélkül, hogy pontosabb jellemzőket biztosítanának. [2] [5]

19. A szintetikus peptidek különböznek-e a természetes peptidektől?

A „szintetikus” és a „természetes” megnevezések elsősorban a származást vagy a gyártási módot írják le, nem pedig automatikusan egy másik aminosavszekvenciát. Az organizmusban előforduló szekvenciát szintén kémiailag előállíthatjuk, aminek egy példája az emberi Y-neuropeptid szintézise. A két készítmény molekuláris egyenértékűségének értékelése során figyelembe kell venni a szekvenciájukat, a kémiai módosításokat, a struktúrát, a összetételt és az analitikai jellemzőket. A „szintetikus” kifejezést tehát nem szabad automatikusan olyanként értelmezni, amely biológiailag más, rosszabb, jobb, biztonságosabb vagy aktívabb jelentést jelent. Ezek különálló kérdések, amelyekre külön bizonyítékok szükségesek. [5]

20. A vérben lévő peptid kimutatása bizonyítja-e annak biológiai hatását?

Nem. A kimutatás azt jelenti, hogy az alkalmazott analitikai módszer az érintett minta és a meghatározott körülmények között azonosította a peptidet vagy az vele kapcsolatos anyagot. A biológiai aktivitás igazolásához további bizonyítékokra van szükség. Iwai és munkatársai a kollagénből származó peptidciklusokat azonosították az emberek vérében a zselatin hidrolizátum elfogyasztása után, de ezen kimutatás önmagában nem igazolta az egészségügyi előnyöket. A GLP-1 vizsgálatok pedig a peptiddíj megmérését a szervezet bizonyos válaszait érintő fiziológiai kísérletekkel ötvözötték. Ezek az esetek mutatják a molekula jelenlétének megerősítésének és annak biológiai funkciójának igazolásának különbségét. [3] [1]

A peptidekre vonatkozó általános vizsgálatok értelmezésében felmerülő korlátozások

Az első fontos korlátozás az, hogy A peptidek egy hatalmas és nagyon változatos molekulaszűlét alkotnak. Egyetlen peptidre vonatkozó eredményeket nem szabad automatikusan alkalmazni egy másik, eltérő szekvenciát, szerkezetet vagy biológiai kontextust mutató peptidre.

Másodszor a terminológia. Az olyan meghatározások, mint például a peptid, polipeptid, oligopeptid, fehérje vagy biológiailag aktív peptid, a különböző tudományágakban kissé eltérőképpen kerülnek alkalmazásra. A valós szekvencia és a strukturális információk gyakran pontosabbak, mint maga a kategória neve.

Harmadszor, jelentősége van a kísérleti kontextusnak. A peptid másképp viselkedhet a feloldóanyag, a pH, a hőmérséklet, a koncentráció, valamint más molekulák, a sejt- vagy szervezetkörnyezet jelenlétének függvényében. A meghatározott körülmények között elért szerkezeti megfigyeléseket tehát nem szabad automatikusan az összetevő egyetemes viselkedésének tekinteni.

Negyedszer, a biológiai bizonyítékok számos szinten léteznek. A kémiai azonosítás, a receptorrel való interakció, a sejtaktíválás, az állatokban észlelt hatások, az emberi fiziológiai válaszok és a klinikai eredmények különböző típusú bizonyítékokat jelentnek.

Ötödikül, a természetes előfordulás nem jelent terapeutikus hasznosságot, és a kémiai szintézis nem határozza meg a klinikai státuszt. A származás, a gyártási mód, a biológiai aktivitás és a klinikai bizonyítékok különböző tulajdonságok.

Végül nem szabad összetéveszteni a molekula kimutatását azzal, hogy az funkcióját is kimutatják. A vérben, szövetben, élelmiszerből származó anyagban vagy más mintában található peptidek azonosítása megerősíti annak jelenlétét az adott elemzés körülményei között. A kimutatott molekula – ha egyáltalán – milyen biológiai funkciót tölt be annak meghatározása további bizonyítékok igénybevételét teszi szükségessé.

Összefoglaló

A peptidek olyan molekulák, amelyek aminosavakból épülnek fel peptidkötésekkel, de ez a legegyszerűbb meghatározás rendkívül széles spektrumú biológiai struktúrákat és kontextusokat foglal magában.

Csak néhány maradékból állhatnak vagy sokkal hosszabb láncokat alkothatnak. Lineárisak, ciklikusak, továbbá összekapcsolódhatnak egymással, természetes úton képződhetnek, enzimatikus úton feldolgozhatók, nyersribozomális úton képződhetnek vagy kémiai szintézissel nyerhetők. Néhány funkciójuk a biológiai jelek jelentését szolgálja, mások pedig a szervezet védekezését segítenek, egyesek pedig a biokémiai folyamatokban részt vesznek, míg mások közvetett termékekként vagy nagyobb molekulák feldolcsordozása és bomlása során keletkező részekként jelentkeznek.

Ezért nevezzük ezt a kifejezést peptid mint egy széles molekulatípus nevét kell kezelni, nem pedig egy funkció előrejelzését.

A konkrét peptiddel való megfelelő megértéséhez számos külön kérdésre kell válaszolni:

• Melyik az aminosavszekvenciája?
• Mennyi marad belőle?
• Mik a molekuláris felépítései?
• Van benne további kémiai módosítások?
• Honnan származik?
• Hogyan kerül előállításra vagy feldolgozásra?
• Melyik modellben vizsgálták?
• Milyen biológiai funkciót ténylegesen igazoltak?
• Milyen bizonyítékok alátámasztják ezt a következtetést?

A jelen cikkben tárgyalt tanulmányok azt mutatják, hogy miért fontosak az ilyen különbségek. A GLP-1 az emberi peptidjezés egyik példája; a B1 kalat a molekuláris szerkezet ciklikus architektúráját mutatja; a Y neuropeptide a kémiai szintézist és a szerkezeti jellemzőket szemlélteti; az LL-37 az immunmechanizmusok vizsgálatára szolgáló példa; a glutation a intracelluláris peptidjezést mutatja; a proinsulina a prekursorok feldolgozását mutatja; a táplálékból származó kollagén-részek pedig szemléltetik, hogy miért nem jelenti önmagában a peptidek kimutatását automatikusan biológiai előnyökkel járó eseményt. [1–10]

Ezért a peptidek megértésének legkönnyebben megvalósítható módja nem az, hogy feltesszük a kérdést, hogy „a peptidek” miért működnek egy csoportként. Jobb lenne először azonosítani egy konkrét molekula részleteit, majd pedig elemezni a bizonyítékokat a szekvenciájáról, struktúrájáról, eredetéről, biológiai szerepéről és a kísérleti kontextusról.

Jogi nyilatkozat

A cikk kizárólag oktatási és tudományos-információs jellegű. A peptidek kémiai összetételét, osztályozási módjait, biológiai szerepét és a közzétett vizsgálatokból származó példákat ismerteti. Nem klinikai tanácsot, diagnosztikai útmutatást, kezelési javaslatot, adagolási információt, választási tanácsot vagy bármely peptideket vagy peptiddel gazdagított termék alkalmazását javasló javaslatot tartalmaz. A biokémiai vizsgálatokban megfigyelt biológiai aktivitást nem szabad automatikusan az emberekben jelentkező biztonságosságra, hatékonyságra vagy klinikai előnyökre vonatkozó bizonyítéknak értelmezni. A minden egyes peptidre vonatkozó bizonyítékokat a vizsgált molekula, a kísérleti modell, a mérhető eredmény és a rendelkezésre álló vizsgálatok minőségének figyelembevételével kell értékelni.

Hivatkozások

[1] Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glucagon-like peptide-1 7-36: egy fiziológiai incretin az emberben. 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). Az uterotonikus polipeptid kalata B1 elsődleges és háromdimenziós szerkezete tisztázása. Biokémia, 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). Az élelmiszerből származó kollagén peptidek azonosítása emberi vérben a zselatin hidrolizátumok orális bevitelét követően. Agrár-és Élelmiszerkémiai Társaság, 53. szám(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p.

[4] Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). A peptidevegyületképzés a nem-riboszomális peptidek bioszintézisében. A kondenzációs domén katalitikus szerepe. Biological Chemistry Journal, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773.

[5] Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H., & Jung, G. (1992). Neuropeptide Y. Optimal szilárdfázisú szintézis és konformációs analízis trifluoroetanolban. 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). A növényi sebek hormonrendszerének kötődését az N-terminális része biztosítja a receptorhoz, de a C-terminális része szükséges az aktiváláshoz. 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). Az emberi cathelicidin LL-37 szerkezete és hatásmechanizmusa új aspektusai a p-cianofenilalanin nevű belső vizsgálódóanyag révén. Biokémiai Társaság, 465(3), 443–457. https://doi.org/10.1042/BJ20141016.

[8] Linde, S., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). A proinszulin és annak konverziós termékeinek analízise reverz-fázisú nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával. 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). Az inzulin-kiválasztó granuláéban lévő karboxipeptidáz H. Tisztítás és bizonyítása a proinszulin feldolgozásban való szerepében. Biokémiai folyóirat, 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). A glutation-szintézis becslése deuterált vízzel: egy peptide-bioszintézis modellje. Analitik Biokémia, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042.

[11] Lau, J. L., & Dunn, M. K. (2018). Terápiás peptidek: Történelmi perspektívák, jelenlegi fejlesztési irányok és jövőbeli irányok. Bioorganikus és gyógyászati kémia, 26.(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.