Peptidi: cosa sono, come funzionano e come si classificano

I peptidi sono molecole costituite da amminoacidi legati da legami peptidici. Alcuni partecipano alla comunicazione tra le cellule, altri prendono parte alla difesa contro i microrganismi, e altri ancora si formano durante la lavorazione o la scomposizione di proteine più grandi. La parola „peptide” descrive un'ampia categoria di molecole — non indica una singola sostanza specifica con una determinata funzione.

La ricerca scientifica mostra chiaramente questa enorme diversità. Gli scienziati hanno analizzato, tra le altre cose, un ormone intestinale umano naturale, un peptide ciclico isolato da una pianta e piccoli frammenti peptidici rilevati nel sangue dopo l'ingestione di un idrolizzato proteico. Per comprendere correttamente tali molecole, non basta quindi sapere che sono „peptidi”. Anche la loro sequenza amminoacidica, la struttura molecolare, l'origine, le modifiche chimiche, il contesto biologico e i metodi sperimentali utilizzati per studiarle sono importanti. [1] [2] [3]

Questa diversità spiega anche perché affermazioni generali del tipo „i peptidi fanno X” possano essere fuorvianti. Due molecole possono appartenere ai peptidi e allo stesso tempo differire significativamente per lunghezza, forma, stabilità, obiettivo biologico, localizzazione nella cellula e funzione. I risultati relativi a un peptide non possono essere trasferiti automaticamente a un altro solo perché entrambi appartengono alla stessa categoria di molecole.

In questo articolo spieghiamo le basi della chimica dei peptidi, il loro ruolo nei sistemi biologici e i diversi modi in cui possono essere classificati. Facciamo inoltre una distinzione tra ciò che è stato misurato direttamente nei singoli studi e le conclusioni più ampie, la cui conferma richiederebbe ulteriori prove.

Cosa sono i peptidi?

I peptidi sono aminoacidi legati insieme

residuo residuo amminoacidico.

Si può paragonare alle lettere che formano una parola. Le singole lettere sono elementi costitutivi, ma solo un loro preciso ordine crea una parola specifica. Allo stesso modo, un peptide è determinato dalla sequenza dei suoi residui amminoacidici, nonché dai legami e dalle modificazioni che ne compongono la struttura completa. La sola conoscenza di quali amminoacidi siano presenti non è sufficiente per stabilire l'identità della molecola.

Due peptidi possono ad esempio contenere lo stesso set di amminoacidi, ma averli disposti in un ordine diverso. Costituiranno quindi sequenze molecolari differenti e possono avere proprietà fisiche, chimiche o biologiche diverse.

La formazione del legame peptidico è un processo chimico studiato sperimentalmente. Stachelhaus e colleghi hanno analizzato il modo in cui gli elementi degli enzimi coinvolti nella sintesi peptidica non ribosomica formavano un prodotto costituito da due residui. La modifica del sito catalitico proposto impediva la reazione di condensazione nel sistema sperimentale studiato. Lo studio dimostra che la formazione del peptide richiede uno specifico meccanismo chimico: gli amminoacidi non formano un peptide definito semplicemente perché si trovano l'uno accanto all'altro. [4]

Termine peptide si riferisce quindi a una struttura chimica combinata. Non dovrebbe essere usato come sinonimo di aminoacidi, integratore proteico o qualsiasi miscela di sostanze contenenti aminoacidi.

Peptide, polipeptide e proteine: concetti correlati

Il termine „peptide” è solitamente usato in riferimento a una catena amminoacidica relativamente corta. „Polipeptide” enfatizza la presenza di una catena contenente molti residui amminoacidici, mentre „proteina” indica solitamente una molecola biologica costituita da una o più catene polipeptidiche.

Questi concetti si sovrappongono in parte e non esiste un numero univoco e universalmente riconosciuto di residui amminoacidici che costituisca un confine assoluto tra di essi.

Ciò è dimostrato dalla stessa letteratura scientifica. Saether e colleghi hanno descritto la calata B1 come un „polipeptide” di 29 residui, mentre Mierke e colleghi hanno studiato il neuropeptide Y umano di 36 residui. La molecola non cambia completamente la sua chimica solo perché un autore la definisce peptide e un altro polipeptide. [2] [5]

In alcuni materiali didattici vengono utilizzati valori numerici approssimativi che separano i peptidi dalle proteine. Tali semplificazioni possono essere utili durante lo studio, ma non devono essere considerate come una legge chimica assoluta. Sulla terminologia utilizzata influiscono anche il modo in cui la molecola si ripiega, la sua elaborazione biologica, la sua funzione e la nomenclatura storica.

Pertanto, in una descrizione precisa, la sequenza reale e il numero di residui amminoacidici sono spesso più informativi del nome della categoria stessa. La distinzione tra peptide e proteina non deve inoltre essere considerata come una gerarchia di complessità, importanza biologica, potenza d'azione o qualità della ricerca.

Un breve peptide può mostrare un'attività biologica molto specifica, mentre una proteina molto più grande può svolgere una funzione strutturale o enzimatica completamente diversa. La lunghezza della molecola è solo una delle sue caratteristiche.

La sola definizione di „peptide” non dice come agisce la molecola

Non tutti i peptidi sono ormoni, sostanze antimicrobiche, molecole di segnalazione, sostanze terapeutiche né mostrano attività biologica allo stesso modo. Queste sono proprietà aggiuntive che devono essere dimostrate per molecole specifiche.

Anche all’interno di un unico ambito di ricerca, sequenze molto simili possono comportarsi in modo diverso.

Ad esempio, negli esperimenti che hanno messo a confronto la molecola completa della sistemina, un peptide di segnalazione vegetale, con i suoi frammenti più corti, si è riscontrato che i frammenti non riproducevano le risposte osservate per il peptide completo. Uno dei frammenti ha addirittura agito in modo opposto rispetto al peptide completo nei sistemi studiati. Ciò ci ricorda chiaramente che i risultati relativi alla molecola completa non possono essere automaticamente estesi al suo frammento solo perché ha un nome simile. [6]

Lo stesso principio vale in un contesto più ampio. La sostituzione di un singolo residuo amminoacidico, l'accorciamento della sequenza, la modifica del gruppo terminale, la ciclizzazione della molecola o l'introduzione di un'altra modifica chimica possono alterare il comportamento del peptide.

Pertanto, da un punto di vista scientifico, la domanda più utile raramente è semplicemente:

„Che funzione hanno i peptidi?”

Molto più precisa è la domanda:

„Che cosa fa questo specifico peptide, con una determinata sequenza e struttura, in determinate condizioni sperimentali?”

Questa distinzione è fondamentale per una corretta interpretazione degli studi sui peptidi.

Da cosa sono costituiti i peptidi?

Residui amminoacidici e scheletro peptidico

I peptidi sono costituiti da una catena formata da residui aminoacidici collegati tra loro. In un legame peptidico tipico, l’atomo di carbonio del gruppo carbonilico derivante dal gruppo carbossilico di un amminoacido è legato all’atomo di azoto derivante dal gruppo amminico di un altro amminoacido.

Ogni residuo amminoacidico apporta anche una catena laterale, spesso rappresentata nella notazione chimica come gruppo R, che aiuta a determinare le proprietà di una molecola.

Le catene laterali non sono semplici aggiunte intercambiabili. Le differenze nella carica elettrica, nella polarità, nelle dimensioni, nell'idrofobicità, nel carattere aromatico e nella reattività chimica influenzano il comportamento del peptide in soluzione e le sue interazioni con altre molecole.

La struttura del peptide comprende quindi sia uno scheletro ripetitivo, sia gruppi chimicamente differenziati ad esso attaccati.

Alcune catene laterali possono formare ulteriori interazioni all'interno della stessa molecola o con le molecole circostanti. Queste interazioni possono influenzare il ripiegamento, la solubilità, il riconoscimento molecolare, l'interazione con le membrane e altre proprietà misurabili sperimentalmente.

Negli studi su LL-ulo, un peptide umano correlato alla difesa dell'organismo, è stata analizzata la relazione tra la sua sequenza, il ripiegamento, l'auto-organizzazione e l'interazione con le membrane. Il confronto con un peptide affine di rhesus ha mostrato un comportamento differente nelle condizioni esaminate. I risultati sottolineano l'importanza dei dettagli strutturali della molecola anziché dare per scontato che peptidi simili debbano agire in modo identico. [7]

Direzione del peptide: estremità N e estremità C

Un tipico peptide lineare presenta due estremità chimicamente diverse.

Fine-N significa l'estremità amminica della catena, mentre C-fine — il suo gruppo carbossilico.

Le sequenze peptidiche si scrivono convenzionalmente dall'estremità N-terminale verso l'estremità C-terminale. Questa direzione è importante, poiché l'inversione dell'ordine dei residui porta alla formazione di una sequenza molecolare diversa.

Ad esempio, il peptide ipotetico Ala-Gly-Ser non è chimicamente identico a Ser-Gly-Ala, sebbene entrambi contengano alanina, glicina e serina.

Questa convenzione consente agli scienziati di registrare le sequenze in modo coerente ed è particolarmente importante quando si confrontano peptidi, i loro frammenti, le sequenze precursori e le varianti sintetiche.

Anche i gruppi terminali della molecola possono essere soggetti a modifiche chimiche. Qualora si verifichino tali modifiche, è necessario tenerne conto nella descrizione del peptide, poiché la composizione chimica dei suoi gruppi terminali può influire sulle proprietà della molecola.

Sequenza e struttura tridimensionale

Sequenza definisce la sequenza dei residui amminoacidici in un peptide. La struttura tridimensionale descrive invece il modo in cui questa molecola legata è disposta nello spazio. Si tratta di informazioni correlate, ma non significano la stessa cosa.

La sequenza indica quali residui sono collegati tra loro e in quale ordine. L'analisi strutturale può inoltre rivelare ripiegamenti, torsioni, eliche, anse, anelli, ponti disolfuro e altre caratteristiche spaziali.

Mierke e colleghi hanno condotto la sintesi chimica del neuropeptide Y umano, analizzandone poi la conformazione mediante diversi metodi, tra cui la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare. Gli studi strutturali sono stati condotti in una specifica miscela di solventi. I risultati descrivono quindi il peptide in queste precise condizioni e non dovrebbero essere presentati come prova che la molecola assuma esattamente la stessa struttura in ogni ambiente biologico. [5]

La conformazione del peptide può dipendere, tra l'altro, dalla composizione del solvente, dalla temperatura, dal pH, dall'ambiente ionico, dalla concentrazione, dalla presenza di altre molecole e dall'ambiente di membrana.

Una descrizione scientifica completa può quindi richiedere l'indicazione della sequenza, delle modifiche chimiche, dell'ambiente sperimentale e del metodo di misurazione utilizzato.

La sola annotazione della sequenza amminoacidica non contiene tutte le informazioni ottenute negli studi strutturali.

Catene lineari, anelli e connessioni aggiuntive

Non tutti i peptidi hanno uno scheletro aperto. Alcuni formano un anello chiuso, mentre altri contengono ulteriori legami tra le catene laterali degli amminoacidi.

Il termine „lineare” indica un'architettura di connessione aperta, e non che la molecola debba rimanere fisicamente retta nello spazio. Un peptide lineare può piegarsi, ripiegarsi e assumere conformazioni ordinate.

I peptidi ciclici contengono una struttura covalentemente chiusa. Il modo in cui si forma l'anello può variare nelle diverse molecole.

I peptidi possono anche contenere ponti disolfuro, cioè legami covalenti che si formano solitamente tra residui di cisteina. Tali legami possono limitare le possibili disposizioni spaziali e partecipare all'organizzazione della struttura.

Kalata B1 è un buon esempio di tale architettura. I ricercatori l'hanno isolata da una pianta Oldenlandia affinis, hanno determinato i suoi 29 residui di amminoacidi e, mediante studi che utilizzano la scissione enzimatica, hanno confermato la natura ciclica dello scheletro. Hanno anche analizzato la sua organizzazione tridimensionale e i legami disolfuro. [2]

Questi risultati descrivono l'architettura di questo specifico peptide. Non dimostrano che i peptidi ciclici siano generalmente più attivi, stabili, biologicamente importanti o più utili dei peptidi lineari.

I peptidi possono derivare da precursori più grandi

Un peptide biologicamente attivo non si forma sempre immediatamente nella sua forma definitiva. La cellula può prima produrne una più grande molecola precursore, che viene poi sottoposta a ulteriore elaborazione, compreso il taglio e la rimozione di frammenti specifici.

Ciò significa che durante la formazione del peptide finale possono essere presenti diverse forme molecolari correlate.

La proinsulina illustra bene questo principio. Una rassegna dei metodi analitici descrive la conversione della proinsulina in insulina e peptide C attraverso forme intermedie. Spiega inoltre perché i metodi di laboratorio devono distinguere tra precursori strettamente correlati e molecole elaborate, anziché trattarli come un unico parametro. [8]

La ricerca sperimentale originale fornisce un esempio più dettagliato. Davidson e Hutton hanno isolato da un tessuto di insulinoma di ratto un enzima capace di rimuovere i residui amminoacidici basici dai substrati derivati dalla proinsulina, portando alla formazione di insulina. Nel test utilizzato, l'enzima non causava un'ulteriore degradazione dell'insulina matura. Il risultato supporta il concetto di elaborazione selettiva, sebbene la fonte tissutale e la natura di laboratorio dell'esperimento limitino la possibilità di un'interpretazione più ampia del singolo studio. [9]

L'elaborazione dei precursori mostra un altro principio importante: le molecole correlate che partecipano a una via biologica non devono essere automaticamente considerate intercambiabili. Il precursore, la forma intermedia, il frammento generato dalla scissione e il prodotto maturo possono avere strutture e proprietà biologiche diverse.

Come si formano i peptidi?

I peptidi possono formarsi attraverso diversi processi biologici e di laboratorio.

In molti sistemi biologici, le molecole precursore contenenti sequenze peptidiche vengono generate attraverso traduzione ribosomiale, durante la quale l'informazione genetica determina infine la sequenza degli amminoacidi nella catena in formazione. Il precursore così formato può quindi subire scissione enzimatica e altre modificazioni post-traduzionali.

Altri peptidi si formano nel processo sintesi peptidica non ribosomale, in cui sistemi enzimatici specializzati uniscono componenti derivati da aminoacidi senza l'utilizzo del ribosoma nel modo tradizionale. Gli studi di Stachelhaus e collaboratori costituiscono un esempio sperimentale di analisi del meccanismo di formazione dei legami in un tale sistema. [4]

I peptidi possono anche essere ottenuti in laboratorio mediante sintesi chimica. Ciò consente agli scienziati di preparare sequenze specifiche per studi strutturali, biochimici, analitici e altri esperimenti.

Il metodo di produzione descrive il percorso di formazione della molecola. Di per sé, tuttavia, non determina se il peptide sia biologicamente attivo, clinicamente utile, naturalmente presente o adatto a una specifica applicazione.

Qual è il ruolo dei peptidi nell'organismo?

Non esiste un'unica funzione comune a tutti i peptidi.

Il ruolo biologico di uno specifico peptide dipende dalla sua sequenza, struttura, concentrazione, localizzazione, bersaglio molecolare, modalità di elaborazione e dall'ambiente biologico circostante.

Alcuni peptidi trasmettono segnali tra le cellule

Alcuni peptidi fungono da messaggeri biologici. La loro azione dipende dalle cellule che ricevono il segnale e dalla presenza di sistemi molecolari appropriati in grado di rispondervi.

Il segnale non è quindi esclusivamente una proprietà del peptide stesso: anche il contesto biologico circostante è importante.

In uno studio sull'uomo, Kreymann e collaboratori hanno analizzato il GLP-1 7-36 amide, un peptide derivato dal tratto gastrointestinale. I ricercatori lo hanno rilevato nel tessuto intestinale, hanno osservato i cambiamenti della sua concentrazione nel sangue dopo l'assunzione di nutrienti e hanno analizzato le risposte legate all'insulina durante esperimenti controllati con infusione. Queste osservazioni hanno contribuito a stabilire il ruolo di segnalazione fisiologica di questo specifico peptide. Tuttavia, non significano che i peptidi come intera categoria regolino la concentrazione di glucosio nel sangue. [1]

Questa distinzione è importante. Le prove a sostegno della funzione ormonale di un singolo peptide non possono essere generalizzate a tutte le molecole contenenti legami peptidici.

Alcuni peptidi partecipano alla difesa dell'organismo

I peptidi possono anche interagire con i microrganismi o con le membrane biologiche.

LL-37 è un esempio di peptide studiato nel contesto dei meccanismi di difesa umani. Negli esperimenti sono stati analizzati, tra l'altro, la sua auto-organizzazione e le sue interazioni con diversi ambienti di membrana.

Gli studi di Xhindoli e colleghi hanno collegato il comportamento strutturale del peptide alle differenze nell'interazione con le membrane e nella permeabilità delle membrane batteriche. Si tratta di una prova meccanicistica: aiuta a comprendere il comportamento della molecola nei sistemi sperimentali. Di per sé, tuttavia, non costituisce uno studio clinico che dimostri l'effetto di un prodotto contenente LL-37 negli esseri umani. [7]

I peptidi legati alla difesa dell'organismo mostrano bene perché il contesto molecolare sia importante. L'attività osservata contro un microrganismo o una membrana modello in condizioni di laboratorio non è automaticamente sinonimo di efficacia, sicurezza o utilità clinica nell'uomo.

Alcuni peptidi svolgono funzioni biochimiche intracellulari

Non ogni peptide agisce come un segnale trasmesso da una cellula all'altra.

Il glutatione è un tripeptide intracellulare che partecipa alle reazioni redox, ovvero ai processi biochimici legati al trasferimento di elettroni.

Cabral e colleghi hanno studiato la sintesi del glutatione nei conigli, utilizzando acqua marcata e spettrometria di massa. Il loro lavoro si è concentrato sulla misurazione del modo in cui questa molecola viene prodotta e rinnovata. Esso mostra un peptide coinvolto nel metabolismo intracellulare, e non un ormone che trasmette segnali tra gli organi. Si è trattato di uno studio metodologico sugli animali, e non di una prova relativa agli effetti dell'assunzione di un prodotto contenente glutatione. [10]

Il glutatione mostra anche perché la lunghezza di un peptide non ne determina l'importanza biologica. È composto da soli tre residui amminoacidici e tuttavia partecipa a fondamentali processi chimici che avvengono nelle cellule.

Alcuni peptidi sono prodotti di elaborazione o degradazione

La sola rilevazione del peptide in un campione biologico non spiega automaticamente il motivo della sua presenza.

Può svolgere una funzione di segnalazione, essere un prodotto intermedio del processo di elaborazione o derivare dalla degradazione di una molecola più grande.

Gli studi sulla proinsulina distinguono tra molecole precursore, prodotti intermedi e prodotti finali. D'altra parte, gli studi sugli alimenti hanno dimostrato la presenza di frammenti peptidici nel sangue dopo l'ingestione di idrolisati di gelatina. Si tratta di contesti biologici molto diversi, sebbene entrambi riguardino i peptidi. [8] [3]

Il frammento rilevato va quindi interpretato in relazione alla sua fonte, alla struttura, alla concentrazione, al tempo di comparsa e al quesito di ricerca.

Il rilevamento di una molecola è la prova della sua presenza. Non è automaticamente la prova della sua funzione biologica.

Questa distinzione è particolarmente importante quando si interpretano i test analitici che identificano i peptidi nel sangue, nei tessuti, nei campioni di origine alimentare e in altri materiali biologici complessi.

Cosa mostrano questi studi — e cosa non dimostrano?

Diversi tipi di ricerca rispondono a diverse domande scientifiche.

I metodi strutturali possono caratterizzare la struttura di una molecola. Gli esperimenti biochimici consentono di analizzare le reazioni e le interazioni molecolari. Gli studi sugli animali permettono di osservare i processi biologici nell'intero organismo. Gli studi fisiologici con la partecipazione di umani possono misurare determinate reazioni nei partecipanti.

I tipi di queste prove possono completarsi a vicenda, ma non sono intercambiabili.

La regola più importante è che la forza e il significato delle prove dipendono dalla domanda a cui stiamo cercando di rispondere.

Il risultato della spettrometria di massa che identifica il peptide risponde a una domanda diversa rispetto all'esperimento cellulare che mostra l'attività recettoriale. Entrambi, a loro volta, rispondono a domande diverse rispetto a uno studio controllato sull'uomo che misura l'effetto fisiologico o clinico.

Come si classificano i peptidi?

I peptidi possono essere classificati contemporaneamente in diversi modi. Non esiste un unico sistema di classificazione che comprenda tutte le loro caratteristiche essenziali.

Classificazione in base al numero di residui amminoacidici

I nomi basati sulla lunghezza specificano il numero di residui amminoacidici nel peptide.

Dipeptide contiene due residui, tripeptide tre, tetrapeptide quattro, e pentapeptide cinque.

Termini come oligopeptide i polipeptide descrivono gruppi più ampi in termini di dimensioni, ma i loro confini possono variare a seconda delle fonti.

Questi nomi non consentono di prevedere la funzione della molecola.

Il tripeptide può partecipare al metabolismo intracellulare, mentre un peptide più lungo può agire come molecola di segnalazione o assumere una struttura ciclica compatta. Il glutatione, il neuropeptide Y e la calatina B1 mostrano diverse combinazioni di lunghezza e contesto biologico. [10] [5] [2]

La lunghezza risponde quindi alla domanda:

„Quanti residui di amminoacidi contiene la molecola?”

Non risponde invece autonomamente alla domanda:

„Come funziona questa molecola?”

Classificazione in base alla struttura

Le descrizioni strutturali includono, tra gli altri, peptidi a catena aperta, peptidi ciclici e strutture contenenti ponti disolfuro.

Gli scienziati possono anche descrivere specifici modelli di ripiegamento, legami crociati o modifiche chimiche, se questi sono stati confermati da metodi analitici.

La struttura e la lunghezza rispondono a domande diverse. La kalata B1 può essere descritta sia come una molecola contenente 29 residui, sia come un peptide con uno scheletro ciclico. Nessuna di queste descrizioni sostituisce l'altra. Allo stesso modo, la sequenza del peptide in sé non trasmette tutte le informazioni rilevanti riguardanti la sua organizzazione tridimensionale. [2]

Classificazione secondo il ruolo biologico

Le categorie funzionali comprendono, tra l’altro, gli ormoni peptidici, i neuropeptidi, i peptidi coinvolti nelle difese dell’organismo e i peptidi che partecipano ai processi biochimici intracellulari.

Queste categorie possono sovrapporsi parzialmente e l'appartenenza ad esse deve risultare da prove riguardanti la specifica molecola.

Gli studi citati forniscono alcuni esempi: il GLP-1 svolge una funzione ormonale comprovata nella fisiologia umana, l’LL-37 è oggetto di studio nel contesto delle difese dell’organismo, mentre il glutatione partecipa ai processi redox intracellulari. Il termine „peptide” è una definizione chimica generica, mentre la denominazione funzionale descrive un ruolo biologico specifico. [1] [7] [10]

La classificazione funzionale dovrebbe quindi derivare dalle prove, e non essere dedotta esclusivamente sulla base della lunghezza della sequenza o del termine stesso „peptide”.

Classificazione per origine e metodo di produzione

I peptidi possono essere classificati anche in base alla loro origine o al metodo di produzione.

Espressioni quali „di origine umana” o „di origine vegetale” si riferiscono alla fonte biologica. „Sintetizzato chimicamente”, invece, descrive il metodo di produzione.

Non sono caratteristiche esclusive. In laboratorio è possibile sintetizzare un peptide con una sequenza che si trova naturalmente nell'organismo.

La sintesi del neuropeptide Y umano condotta da Mierke e colleghi illustra bene questa differenza. La sequenza proveniva dalla biologia umana, mentre il materiale sperimentale è stato ottenuto chimicamente. Ciò non significa che ogni preparato sintetico sia identico sotto ogni aspetto rilevante; per questo motivo i ricercatori hanno utilizzato metodi analitici per caratterizzare il materiale ottenuto. [5]

Un’altra distinzione riguarda il meccanismo biologico di formazione. Molte catene peptidiche si formano attraverso il processo di sintesi ribosomiale e possono poi essere ulteriormente elaborate. Altri peptidi vengono assemblati da sistemi enzimatici specializzati al di fuori del ribosoma. Stachelhaus e colleghi hanno studiato direttamente la formazione dei legami peptidici da parte degli elementi di tale sistema non ribosomiale. Questa distinzione descrive la biosintesi, non una gerarchia di valore biologico. [8] [4]

Un singolo peptide può quindi avere contemporaneamente diverse denominazioni corrette.

Ad esempio, la stessa molecola può essere descritta in base al numero di residui, alla struttura ciclica, all’origine biologica e alla funzione confermata sperimentalmente.

La classificazione risulta particolarmente utile quando l’autore specifica chiaramente quale caratteristica della molecola sta descrivendo.

Cosa significano i termini „bio peptide” e „bioactive peptide”?

Il termine „biopeptide” non è un termine scientifico sufficientemente preciso per identificare una specifica molecola, sequenza o attività confermata sulla sua base.

Se tale termine compare sull'etichetta, nella descrizione del prodotto o in una ricerca su Internet, bisogna innanzitutto stabilire a quale sostanza si riferisca effettivamente.

Il termine „peptide bioattivo”, ovvero peptide bioattivo, zwykle oznacza, że w określonych warunkach zaobserwowano jakąś aktywność biologiczną.

Najważniejsze jest wtedy ustalenie:

• jaka cząsteczka była badana;
• jaką miała sekwencję i strukturę;
• jaki układ eksperymentalny zastosowano;
• jakie stężenie lub ekspozycję badano;
• jaki efekt mierzono;
• czy obserwacja pochodziła z badania biochemicznego, komórkowego, zwierzęcego czy z udziałem ludzi.

Hamowanie odpowiedzi sygnałowej u rośliny, oddziaływanie z błoną bakterii oraz wpływ na odpowiedź hormonalną człowieka są różnymi rodzajami aktywności biologicznej. Nie można sprowadzić ich do jednej ogólnej właściwości określanej jako „działanie”. [6] [7] [1]

Dlaczego klasyfikacja nie określa statusu klinicznego?

Kategoria strukturalna lub funkcjonalna nie jest kategorią zatwierdzenia medycznego.

Określenie cząsteczki jako naturalnej, syntetycznej, cyklicznej, hormonalnej czy bioaktywnej nie oznacza, że posiada ona dowody wymagane do zastosowania medycznego.

Przegląd Lau i Dunna dotyczący rozwoju terapeutycznych peptydów pokazuje, jak poszczególne cząsteczki przechodzą przez różne etapy badań i rozwoju. Publikacja ta ma charakter historycznego przeglądu, a nie aktualnego rejestru zatwierdzonych produktów. W tym kontekście pokazuje jednak ważną zasadę: chemia peptydu i jego status w rozwoju klinicznym to dwa odrębne zagadnienia. [11]

Cząsteczka może więc być interesująca naukowo, biologicznie aktywna lub szeroko badana, nie będąc jednocześnie zatwierdzonym lekiem.

Gdzie występują peptydy?

W organizmie człowieka

Peptydy występują w różnych tkankach i płynach biologicznych człowieka.

Ich lokalizacja zależy od konkretnej cząsteczki i analizowanego procesu. Badania GLP-1 wykazały jego związek z przewodem pokarmowym oraz zmiany stężenia we krwi, natomiast badania proinsuliny dotyczą jej powstawania i przetwarzania w trzustce. Są to konkretne przykłady, a nie dowód, że każdy peptyd występuje we wszystkich częściach organizmu. [1] [8]

Warto również rozróżnić trzy pytania:

• Gdzie peptyd jest wytwarzany?
• Gdzie można go wykryć?
• Gdzie wywiera działanie biologiczne?

Miejsca te nie muszą być takie same.

Peptyd wytwarzany w jednej tkance może dostać się do krążenia i oddziaływać na inną tkankę. Z kolei inne peptydy uczestniczą przede wszystkim w procesach lokalnych lub wewnątrzkomórkowych.

Samo wykrycie peptydu we krwi nie określa więc jego stężenia ani aktywności biologicznej w innych tkankach.

W roślinach i układach mikrobiologicznych

Biologia peptydów wykracza daleko poza organizm człowieka.

Badania roślin obejmowały między innymi sygnalizację związaną z systeminą oraz strukturę kalaty B1. Z kolei badania nierybosomalnych układów enzymatycznych dotyczyły innego sposobu składania cząsteczek peptydowych. [6] [2] [4]

Przykłady te pokazują, jak szerokie znaczenie ma słowo „peptyd”.

Peptyd roślinny nie staje się automatycznie ludzkim hormonem, a eksperyment dotyczący enzymatycznego składania cząsteczki nie jest badaniem klinicznym. Źródło biologiczne i model eksperymentalny pozostają istotnymi elementami opisu.

Porównania międzygatunkowe mogą dostarczać wartościowych informacji naukowych, ale wyniki należy zawsze wiązać z organizmem i układem eksperymentalnym, w którym zostały uzyskane.

W fragmentach białek pochodzących z żywności

Białka obecne w diecie mogą podczas trawienia tworzyć mniejsze fragmenty peptydowe.

Należy jednak odróżniać nienaruszone białko, hydrolizat białkowy i pojedynczy oczyszczony peptyd — są to różne materiały.

Hydrolizat białkowy zawiera produkty powstałe w wyniku rozkładu większych białek na mniejsze składniki. W zależności od sposobu przygotowania mogą znajdować się w nim peptydy różnej długości oraz wolne aminokwasy.

Iwai i współpracownicy badali hydrolizaty żelatyny i zidentyfikowali kilka peptydów pochodzących z kolagenu we krwi ludzi po ich spożyciu. Wyniki pokazują, że w określonych warunkach badania możliwe było wykrycie konkretnych fragmentów. Nie dowodzą jednak, że wszystkie peptydy pochodzące z żywności przechodzą przez proces trawienia w niezmienionej postaci ani że samo ich wykrycie oznacza występowanie korzyści fizjologicznej. [3]

Precyzyjny opis powinien więc wskazywać materiał wyjściowy oraz — jeśli jest to znane — konkretne wykryte fragmenty.

Stwierdzenia „zawiera białko”, „zawiera peptydy” i „zawiera ten konkretny, zidentyfikowany peptyd” przekazują różny poziom informacji.

W materiałach wykorzystywanych w badaniach laboratoryjnych

Peptydy mogą być syntetyzowane, aby naukowcy mogli badać znaną sekwencję, porównywać jej warianty, analizować strukturę cząsteczki, zachowanie analityczne lub określone hipotezy biochemiczne.

W badaniu neuropeptydu Y połączono syntezę chemiczną z chromatografią, spektrometrią mas, analizą sekwencji oraz metodami strukturalnymi. Pokazuje to, że wytworzenie peptydu i potwierdzenie jego właściwości to powiązane, ale odrębne zadania. [5]

Synteza chemiczna dostarcza materiału, który ma reprezentować określoną strukturę cząsteczkową. Charakterystyka analityczna pomaga ustalić, czy otrzymany materiał rzeczywiście posiada oczekiwane cechy.

Ta sama zasada obowiązuje podczas interpretowania publikacji naukowej: znaczenie ma tożsamość badanego materiału.

Sama wspólna nazwa peptydu nie wystarcza, aby założyć, że każdy preparat ma identyczną sekwencję, czystość, postać chemiczną czy charakterystykę analityczną albo że był badany w równoważnych warunkach.

Dlaczego sekwencja, struktura i kontekst eksperymentalny mają znaczenie?

Badania nad peptydami stają się znacznie łatwiejsze do interpretacji, gdy oddzielimy od siebie trzy podstawowe pytania:

Jaką cząsteczkę badano?

Obejmuje to jej sekwencję, liczbę reszt, modyfikacje chemiczne oraz cechy strukturalne.

Gdzie i w jaki sposób ją badano?

Należy ustalić, czy eksperyment obejmował oczyszczone cząsteczki, hodowle komórkowe, izolowane tkanki, zwierzęta czy ludzi.

Jaki wynik rzeczywiście zmierzono?

Wykrycie cząsteczki, wiązanie z receptorem, interakcja z błoną, ekspresja genów, odpowiedź fizjologiczna i wynik kliniczny są różnymi punktami końcowymi.

Problemy interpretacyjne często pojawiają się wtedy, gdy dowody z jednego poziomu wykorzystuje się do uzasadnienia twierdzenia dotyczącego innego poziomu.

Ad esempio:

peptyd wykryto we krwi → dlatego przynosi korzyści kliniczne

nie jest automatycznie prawidłowym wnioskiem.

Similmente:

peptyd wpływa na komórki w hodowli → dlatego wywołuje taki sam efekt u człowieka

wymaga dodatkowych dowodów.

Oddzielenie tożsamości cząsteczki, modelu eksperymentalnego i rzeczywiście zmierzonego wyniku stanowi praktyczny sposób czytania badań nad peptydami bez wyciągania wniosków wykraczających poza dostępne dane.

Domande frequenti

1. Czy peptydy występują naturalnie w organizmie?

Tak, wiele peptydów naturalnie występuje w organizmie człowieka. W badaniach z udziałem ludzi wykryto GLP-1 w tkance jelitowej i obserwowano zmiany jego stężenia we krwi po przyjęciu składników odżywczych, natomiast badania proinsuliny dotyczą przetwarzania naturalnie powstających cząsteczek prekursorowych. Wyniki te potwierdzają istnienie endogennych peptydów, ale nie oznaczają, że każda substancja określana jako peptyd naturalnie występuje u ludzi. Niektóre sekwencje występują w innych organizmach, część powstaje z większych cząsteczek, a inne mogą być tworzone lub modyfikowane eksperymentalnie. Naturalne występowanie należy więc ustalać dla konkretnej cząsteczki, a nie wnioskować o nim wyłącznie na podstawie słowa „peptyd”. [1] [8]

2. Ile aminokwasów tworzy peptyd?

Peptyd zawiera co najmniej dwie połączone reszty aminokwasowe, ale nie istnieje powszechnie stosowana maksymalna liczba jednoznacznie oddzielająca peptydy od białek. W badaniach naukowych często podaje się dokładną długość: kalata B1 ma 29 reszt, a neuropeptyd Y — 36, mimo częściowo nakładającego się użycia terminów peptyd i polipeptyd. Przybliżone granice liczbowe mogą być przydatne w edukacji, ale nie powinny być traktowane jako bezwzględne prawa chemiczne. Długość pomaga identyfikować cząsteczkę, ale nie tworzy uniwersalnej granicy biologicznej ani nie przewiduje funkcji. Dlatego podanie rzeczywistej liczby reszt jest bardziej precyzyjne niż stosowanie sztywnego progu. [2] [5]

3. Czy peptydy są tym samym co aminokwasy?

Nie. Peptydy są połączonymi cząsteczkami zbudowanymi z reszt aminokwasowych, natomiast wolne aminokwasy stanowią oddzielne jednostki molekularne. Badania nad nierybosomalną syntezą peptydów analizowały konkretne mechanizmy reakcji potrzebne do utworzenia produktu zawierającego wiązanie peptydowe. Rozróżnienie to jest ważne, ponieważ samo zmieszanie aminokwasów nie prowadzi automatycznie do powstania określonej sekwencji. Po włączeniu aminokwasów do peptydu ich kolejność i połączenia chemiczne stają się częścią tożsamości cząsteczki. Peptyd należy więc identyfikować na podstawie jego połączonej struktury, a nie tylko obecności poszczególnych aminokwasów. [4]

4. Czym jest wiązanie peptydowe?

Wiązanie peptydowe jest kowalencyjnym połączeniem pomiędzy grupami pochodzącymi od aminokwasów i stanowi część szkieletu peptydu. Z chemicznego punktu widzenia zazwyczaj łączy atom węgla grupy karbonylowej jednego aminokwasu z atomem azotu pochodzącym od drugiego. Stachelhaus i współpracownicy analizowali rolę domeny enzymatycznej w tworzeniu takiego wiązania w systemie nierybosomalnym, między innymi poprzez modyfikację, która uniemożliwiła badaną reakcję. Wyniki te dotyczą konkretnego mechanizmu składania peptydu, a nie wszystkich sposobów jego powstawania. Ogólna zasada jest taka, że wiązania peptydowe łączą reszty w określony łańcuch, ale same nie określają funkcji biologicznej tego łańcucha. [4]

5. Czym jest polipeptyd?

Polipeptyd jest łańcuchem zawierającym wiele reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Termin częściowo pokrywa się z określeniami „peptyd” i „białko”, zamiast oznaczać całkowicie odrębną klasę chemiczną. Na przykład w publikacji dotyczącej struktury kalaty B1 określenia „polipeptyd” użyto wobec cząsteczki zawierającej 29 reszt. Pokazuje to, dlaczego sama nazwa nie jest precyzyjną miarą wielkości. Poszczególne dziedziny nauki i publikacje mogą nieco inaczej używać określeń peptyd i polipeptyd. Sekwencja, liczba reszt, struktura i kontekst biologiczny zapewniają więc dokładniejszy opis badanej cząsteczki. [2]

6. Czym różnią się peptydy od białek?

Peptydy i białka mają wspólną chemię opartą na aminokwasach, natomiast określenie „białko” zazwyczaj odnosi się do bardziej rozbudowanych biologicznych cząsteczek utworzonych z jednego lub większej liczby łańcuchów polipeptydowych. Terminologia częściowo się pokrywa, a większy prekursor może zostać przetworzony w mniejsze produkty, czego przykładem jest konwersja proinsuliny. Wielkość jest częścią tego rozróżnienia, ale nie należy traktować jej jako uniwersalnej granicy. Białka często tworzą złożone struktury wyższego rzędu, chociaż peptydy również mogą przyjmować określone konformacje trójwymiarowe. Najbardziej użyteczne wyjaśnienie powinno więc wskazywać konkretną cząsteczkę, liczbę jej reszt, strukturę oraz miejsce w procesie biologicznym, zamiast opierać się wyłącznie na progu liczbowym. [8]

7. Czy peptydy zawierające te same aminokwasy mogą działać inaczej?

Tak. Zachowanie cząsteczki zależy nie tylko od tego, jakie aminokwasy zawiera, ale również od ich kolejności, połączeń chemicznych, modyfikacji i trójwymiarowego ułożenia. Badania strukturalne neuropeptydu Y oraz eksperymenty z fragmentami systeminy pokazują, dlaczego sekwencja i organizacja cząsteczki wymagają osobnej analizy. Nawet peptydy zawierające identyczny skład aminokwasowy mogą być różnymi cząsteczkami, jeśli reszty występują w innej kolejności. Badania te nie pozwalają przewidzieć zachowania każdej możliwej sekwencji, dlatego dwóch peptydów nie należy uznawać za równoważne tylko dlatego, że ich skład aminokwasowy wygląda podobnie. [5] [6]

8. Czy dłuższy peptyd działa silniej?

Nie istnieje ogólna zasada mówiąca, że dłuższy peptyd wywołuje silniejszy efekt biologiczny. Znaczenie mają między innymi sekwencja, struktura, cel molekularny, stężenie, stabilność i warunki eksperymentalne. Badania fragmentów systeminy wykazały, że zmiana cząsteczki wpływała na jej aktywność, ale nie potwierdziły uniwersalnej zależności między długością a siłą działania biologicznego. Krótki peptyd może pełnić ważną i bardzo specyficzną funkcję biochemiczną, czego przykładem jest glutation, podczas gdy znacznie dłuższe peptydy mogą pełnić zupełnie inne role. Długość jest więc parametrem opisującym cząsteczkę. Porównanie efektów biologicznych wymaga bezpośrednich badań konkretnych peptydów przy zastosowaniu tego samego, jasno zdefiniowanego punktu końcowego. [6] [10]

9. Co oznacza „peptyd bioaktywny”?

Peptyd bioaktywny to peptyd, dla którego wykazano określony efekt biologiczny w konkretnym układzie eksperymentalnym. Efekt może obejmować odpowiedź komórkową, interakcję z receptorem, oddziaływanie z błoną, reakcję biochemiczną lub zmianę parametru fizjologicznego. W badaniach LL-37 analizowano na przykład konkretne właściwości strukturalne i oddziaływania z błonami. Wyniki takie nie potwierdzają automatycznie działania klinicznego ani nie muszą odnosić się do każdego materiału wykorzystującego tę samą nazwę. „Bioaktywny” nie powinno więc być rozumiane jako ogólne stwierdzenie, że peptyd przynosi korzyści zdrowotne. Termin nabiera znaczenia naukowego dopiero wtedy, gdy określono cząsteczkę, układ eksperymentalny, mierzoną aktywność i rodzaj dowodów. [7]

10. Czy wszystkie peptydy są hormonami?

Nie. Hormon jest kategorią funkcjonalną obejmującą niektóre peptydy, a nie wszystkie. GLP-1 jest przykładem peptydu badanego jako ludzki hormon jelitowy, natomiast glutation jest wewnątrzkomórkowym tripeptydem analizowanym w kontekście procesów redoks i jego syntezy. Jeszcze inną kategorię stanowią peptydy związane z obroną organizmu. Przykłady te pokazują bardzo różne role w obrębie tej samej szerokiej klasy chemicznej. Nazwanie cząsteczki peptydem informuje o jej strukturze opartej na aminokwasach. Określenie jej jako hormonu wymaga dodatkowych dowodów potwierdzających rolę sygnałową w określonym układzie biologicznym. [1] [10]

11. Czym jest prekursor peptydu?

Prekursor peptydu jest cząsteczką, z której w wyniku biologicznego przetwarzania może powstać produkt peptydowy. Dobrze poznanym przykładem jest proinsulina, w której przypadku rozróżnia się produkty pośrednie konwersji, insulinę i peptyd C. Badania analityczne podkreślają konieczność oddzielnego mierzenia tych powiązanych form. Przetwarzanie może obejmować selektywne rozszczepianie enzymatyczne i inne zmiany molekularne zachodzące przed powstaniem dojrzałego produktu. Prekursorowi nie należy więc automatycznie przypisywać wszystkich właściwości jego produktu końcowego — jego tożsamość, etap przetwarzania, stężenie, lokalizacja i zmierzona aktywność biologiczna wymagają oddzielnej oceny. [8] [9]

12. Czym różnią się peptydy liniowe od cyklicznych?

Peptydy liniowe mają otwarty szkielet, natomiast peptydy cykliczne zawierają kowalencyjnie zamknięty pierścień utworzony przez szkielet lub połączenia łańcuchów bocznych. Określenie „liniowy” odnosi się do sposobu połączenia atomów, a nie oznacza, że cząsteczka musi pozostawać fizycznie prosta. Kalata B1 jest udokumentowanym przykładem peptydu cyklicznego o zamkniętym szkielecie i dodatkowych połączeniach disiarczkowych. Jej analiza strukturalna pokazuje organizację tej konkretnej cząsteczki, ale nie dowodzi, że wszystkie peptydy cykliczne zachowują się podobnie. Rozróżnienie opisuje przede wszystkim architekturę molekularną. Wpływ takiej struktury na stabilność, interakcje, aktywność biologiczną lub inne właściwości wymaga danych dotyczących konkretnego peptydu. [2]

13. Czy modyfikacje chemiczne mogą zmieniać właściwości peptydu?

Tak. Zmiany reszt aminokwasowych, grup końcowych, innych modyfikacji chemicznych lub sposobu połączenia cząsteczki mogą wpływać na fizyczne i biologiczne właściwości peptydu. Literatura dotycząca rozwoju peptydów omawia wykorzystanie różnych struktur i strategii chemii medycznej, natomiast badania strukturalne pokazują znaczenie dokładnego scharakteryzowania materiału eksperymentalnego. Modyfikacje mogą potencjalnie wpływać między innymi na ładunek, konformację, interakcje z innymi cząsteczkami oraz podatność na przemiany chemiczne i enzymatyczne. Sama modyfikacja nie gwarantuje jednak pożądanego ani przewidywalnego efektu. Zmienioną cząsteczkę należy oceniać osobno, zamiast zakładać, że wszystkie wyniki dotyczące pierwotnego peptydu nadal pozostają aktualne. [11] [5]

14. Czy naturalnie występujący peptyd można również otrzymać syntetycznie?

Tak. Naukowcy mogą chemicznie zsyntetyzować sekwencję, która występuje również naturalnie. Mierke i współpracownicy zrobili to w przypadku ludzkiego neuropeptydu Y, a następnie wykorzystali kilka metod analitycznych do scharakteryzowania otrzymanego materiału. Pokazuje to, że naturalne występowanie i sposób produkcji opisują dwa różne aspekty peptydu. „Naturalny” może odnosić się do miejsca występowania sekwencji w biologii, natomiast „syntetyczny” opisuje sposób przygotowania konkretnej próbki. Nie oznacza to, że każdy materiał występujący pod tą samą nazwą jest równoważny — podczas porównywania materiałów badawczych nadal znaczenie mają sekwencja, modyfikacje, postać chemiczna, skład, czystość i charakterystyka analityczna. [5]

15. Czy peptydy występują poza organizmem człowieka?

Tak. Peptydy występują w wielu układach biologicznych, w tym w roślinach i mikroorganizmach. Badania obejmowały między innymi roślinną systeminę, cykliczną kalatę B1 wyizolowaną z Oldenlandia affinis oraz mechanizmy nierybosomalnego składania peptydów. Przykłady te pokazują różnorodność pochodzenia, struktur i kontekstów biologicznych. Nie oznaczają jednak, że peptyd pochodzący z innego organizmu pełni taką samą funkcję u człowieka. Informacje dotyczące źródła biologicznego należy więc oddzielać od twierdzeń dotyczących działania u ludzi. Badania międzygatunkowe mogą dostarczać istotnych informacji mechanistycznych, ale przenoszenie wyników między organizmami wymaga dodatkowych dowodów. [6] [2] [4]

16. Czy wszystkie peptydy obecne w żywności przedostają się do krwi w niezmienionej postaci?

Nie. Dowody wskazujące, że określone fragmenty pochodzące z żywności pojawiają się we krwi, nie oznaczają, że wszystkie peptydy spożywcze są wchłaniane w niezmienionej postaci. Białka pokarmowe mogą podczas trawienia ulegać znacznemu rozkładowi, tworząc mieszaniny peptydów i aminokwasów. Iwai i współpracownicy zidentyfikowali konkretne fragmenty pochodzące z kolagenu po spożyciu przez uczestników hydrolizatów żelatyny. Eksperyment dotyczył określonego materiału i zmierzonych fragmentów, a nie wszystkich produktów zawierających białko. Samo wykrycie tych fragmentów również nie potwierdzało korzyści zdrowotnej. Wnioski dotyczące wchłaniania peptydów z żywności powinny więc pozostawać związane z konkretnym materiałem wyjściowym, analizowanymi cząsteczkami, zastosowanymi metodami i warunkami eksperymentalnymi. [3]

17. Jakich dowodów potrzeba, aby ustalić działanie peptydu?

Rodzaj dowodów powinien odpowiadać twierdzeniu, które chcemy zweryfikować. Analiza strukturalna pozwala określić cechy cząsteczki, eksperymenty biochemiczne mogą badać mechanizmy, badania komórkowe mierzą określone reakcje komórek, eksperymenty na zwierzętach pozwalają obserwować procesy w całym organizmie, a badania z udziałem ludzi mogą oceniać wyniki fizjologiczne lub kliniczne. Badania kalaty B1, systeminy i GLP-1 pokazują różne rodzaje pytań naukowych. Żaden pojedynczy typ badania nie odpowiada na wszystkie z nich, a samo wykrycie cząsteczki nie jest tym samym co wykazanie efektu. Podobnie efekt obserwowany w komórkach lub u zwierząt nie oznacza automatycznie takiego samego wyniku u człowieka. Rzetelny opis powinien więc określać, jaką cząsteczkę badano, jaki model eksperymentalny zastosowano, co rzeczywiście zmierzono oraz co nadal pozostaje niepewne. [2] [6] [1]

18. Czy sekwencja aminokwasowa określa tożsamość peptydu?

Sekwencja aminokwasowa jest podstawową częścią tożsamości peptydu, ponieważ określa kolejność reszt w łańcuchu. Sama sekwencja może jednak nie opisywać wszystkich istotnych właściwości cząsteczki. Dodatkowych informacji mogą dostarczać modyfikacje końców, cyklizacja, mostki disiarczkowe, inne modyfikacje chemiczne i organizacja trójwymiarowa. Badania strukturalne kalaty B1 i neuropeptydu Y pokazują, dlaczego zarówno sekwencja, jak i bardziej zaawansowana charakterystyka molekularna mogą mieć znaczenie. Dlatego dwóch materiałów występujących pod tą samą ogólną nazwą peptydu nie należy automatycznie uznawać za analitycznie identyczne bez dokładniejszej charakterystyki. [2] [5]

19. Czy peptydy syntetyczne różnią się od naturalnie występujących?

Określenia „syntetyczny” i „naturalnie występujący” opisują przede wszystkim pochodzenie lub sposób wytworzenia, a nie automatycznie inną sekwencję aminokwasową. Sekwencję występującą w organizmie można również przygotować chemicznie, czego przykładem jest synteza ludzkiego neuropeptydu Y. Ocena, czy dwa preparaty są równoważne pod względem molekularnym, wymaga uwzględnienia ich sekwencji, modyfikacji chemicznych, struktury, składu i charakterystyki analitycznej. Słowa „syntetyczny” nie należy więc automatycznie interpretować jako oznaczającego biologicznie inny, gorszy, lepszy, bezpieczniejszy lub bardziej aktywny. Są to odrębne pytania wymagające osobnych dowodów. [5]

20. Czy wykrycie peptydu we krwi dowodzi jego działania biologicznego?

Nie. Wykrycie oznacza, że zastosowana metoda analityczna zidentyfikowała peptyd lub materiał z nim związany w badanej próbce i w określonych warunkach. Wykazanie aktywności biologicznej wymaga dodatkowych dowodów. Iwai i współpracownicy wykryli fragmenty peptydowe pochodzące z kolagenu we krwi ludzi po spożyciu hydrolizatu żelatyny, ale samo ich wykrycie nie potwierdzało korzyści zdrowotnej. Z kolei badania GLP-1 łączyły pomiary peptydu z eksperymentami fizjologicznymi dotyczącymi określonych odpowiedzi organizmu. Przykłady te pokazują różnicę pomiędzy potwierdzeniem obecności cząsteczki a wykazaniem jej funkcji biologicznej. [3] [1]

Ograniczenia w interpretacji ogólnych badań nad peptydami

Pierwszym ważnym ograniczeniem jest to, że peptydy stanowią ogromną i bardzo zróżnicowaną kategorię cząsteczek. Wyników dotyczących jednego peptydu nie należy automatycznie uogólniać na inny peptyd o odmiennej sekwencji, strukturze lub kontekście biologicznym.

Drugim ograniczeniem jest terminologia. Określenia takie jak peptyd, polipeptyd, oligopeptyd, białko czy peptyd bioaktywny mogą być nieco inaczej stosowane w różnych dziedzinach nauki. Rzeczywista sekwencja i informacje strukturalne są często bardziej precyzyjne niż sama nazwa kategorii.

Po trzecie, znaczenie ma kontekst eksperymentalny. Peptyd może zachowywać się inaczej w zależności od rozpuszczalnika, pH, temperatury, stężenia, obecności innych cząsteczek, środowiska komórkowego lub organizmu. Obserwacji strukturalnych uzyskanych w określonych warunkach nie należy więc automatycznie przedstawiać jako uniwersalnego zachowania cząsteczki.

Po czwarte, dowody biologiczne istnieją na wielu poziomach. Identyfikacja chemiczna, interakcja z receptorem, aktywność komórkowa, efekty u zwierząt, odpowiedzi fizjologiczne u ludzi i wyniki kliniczne stanowią różne rodzaje dowodów.

Po piąte, naturalne występowanie nie oznacza przydatności terapeutycznej, a synteza chemiczna nie określa statusu klinicznego. Pochodzenie, sposób produkcji, aktywność biologiczna i dowody medyczne są odrębnymi cechami.

Wreszcie nie należy mylić wykrycia cząsteczki z wykazaniem jej funkcji. Zidentyfikowanie peptydu we krwi, tkance, materiale pochodzącym z żywności lub innej próbce potwierdza jego obecność w warunkach zastosowanej analizy. Ustalenie, jaką funkcję biologiczną — jeśli w ogóle — pełni wykryta cząsteczka, wymaga dodatkowych dowodów.

Sintesi

Peptydy są cząsteczkami zbudowanymi z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi, ale ta prosta definicja obejmuje niezwykle szeroki zakres struktur i kontekstów biologicznych.

Mogą składać się z zaledwie kilku reszt lub tworzyć znacznie dłuższe łańcuchy. Mogą być liniowe, cykliczne, dodatkowo usieciowane, naturalnie wytwarzane, przetwarzane enzymatycznie, składane nierybosomalnie lub otrzymywane poprzez syntezę chemiczną. Niektóre pełnią funkcję sygnałów biologicznych, inne uczestniczą w obronie organizmu, część bierze udział w wewnątrzkomórkowych procesach biochemicznych, a jeszcze inne pojawiają się jako produkty pośrednie lub fragmenty podczas przetwarzania i rozpadu większych cząsteczek.

Z tego powodu określenie peptide należy traktować jako nazwę szerokiej kategorii molekularnej, a nie jako przewidywanie funkcji.

Aby właściwie zrozumieć konkretny peptyd, należy odpowiedzieć na kilka oddzielnych pytań:

• Jaka jest jego sekwencja aminokwasowa?
• Ile zawiera reszt?
• Jaka jest jego architektura molekularna?
• Czy zawiera dodatkowe modyfikacje chemiczne?
• Skąd pochodzi?
• W jaki sposób jest wytwarzany lub przetwarzany?
• W jakim modelu został przebadany?
• Jaką funkcję biologiczną rzeczywiście wykazano?
• Jaki rodzaj dowodów potwierdza ten wniosek?

Badania omówione w tym artykule pokazują, dlaczego takie rozróżnienia mają znaczenie. GLP-1 jest przykładem sygnalizacji peptydowej u człowieka; kalata B1 pokazuje cykliczną architekturę molekularną; neuropeptyd Y ilustruje syntezę chemiczną i charakterystykę strukturalną; LL-37 jest przykładem badań nad mechanizmami obronnymi; glutation reprezentuje wewnątrzkomórkową chemię peptydową; proinsulina pokazuje przetwarzanie prekursorów; natomiast fragmenty kolagenu pochodzące z żywności przypominają, dlaczego samo wykrycie peptydu nie oznacza automatycznie korzyści biologicznej. [1–10]

Najbardziej użytecznym sposobem rozumienia peptydów nie jest więc pytanie, co „peptydy” robią jako cała grupa. Lepiej najpierw zidentyfikować konkretną cząsteczkę, a następnie przeanalizować dowody dotyczące jej sekwencji, struktury, pochodzenia, roli biologicznej oraz kontekstu eksperymentalnego.

Disclaimer

Artykuł ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Wyjaśnia chemię peptydów, sposoby ich klasyfikacji, role biologiczne oraz przykłady pochodzące z opublikowanych badań. Nie stanowi porady medycznej, wskazówki diagnostycznej, zalecenia dotyczącego leczenia, informacji o dawkowaniu, porady dotyczącej wyboru produktu ani rekomendacji stosowania jakiegokolwiek peptydu lub produktu zawierającego peptydy. Aktywności biologicznej obserwowanej w badaniach biochemicznych, komórkowych, roślinnych, zwierzęcych lub innych modelach eksperymentalnych nie należy automatycznie interpretować jako dowodu bezpieczeństwa, skuteczności lub korzyści klinicznej u ludzi. Dowody dotyczące każdego konkretnego peptydu powinny być oceniane z uwzględnieniem badanej cząsteczki, modelu eksperymentalnego, mierzonego wyniku oraz jakości dostępnych badań.

Riferimenti

[1] Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glucagon-like peptide-1 7-36: A physiological incretin in man. 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). Elucidation of the primary and three-dimensional structure of the uterotonic polypeptide kalata B1. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002.

[3] Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). Identification of food-derived collagen peptides in human blood after oral ingestion of gelatin hydrolysates. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p.

[4] Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). Peptide bond formation in nonribosomal peptide biosynthesis. Catalytic role of the condensation domain. Journal of Biological Chemistry, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773.

[5] Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H., & Jung, G. (1992). Neuropeptide Y. Optimized solid-phase synthesis and conformational analysis in trifluoroethanol. 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). The plant wound hormone systemin binds with the N-terminal part to its receptor but needs the C-terminal part to activate it. 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). New aspects of the structure and mode of action of the human cathelicidin LL-37 revealed by the intrinsic probe p-cyanophenylalanine. Biochemical Journal, 465(3), 443–457. https://doi.org/10.1042/BJ20141016.

[8] Linde, S., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). Analysis of proinsulin and its conversion products by reversed-phase high-performance liquid chromatography. 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). The insulin-secretory-granule carboxypeptidase H. Purification and demonstration of involvement in proinsulin processing. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575.

[10] Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). Estimating glutathione synthesis with deuterated water: A model for peptide biosynthesis. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042.

[11] Lau, J. L., & Dunn, M. K. (2018). Therapeutic peptides: Historical perspectives, current development trends, and future directions. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 26(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.