Peptidi, proteine e amminoacidi: le differenze principali

Gli amminoacidi sono le unità molecolari fondamentali da cui derivano peptidi e proteine. I peptidi sono catene di residui amminoacidici uniti principalmente da legami peptidici, mentre le proteine sono costituite da una o più catene polipeptidiche, la cui sequenza, struttura, interazioni reciproche, elaborazione biologica e contesto funzionale influenzano la loro identità. Tutti questi gruppi sono chimicamente correlati, ma i termini non possono essere usati in modo intercambiabile.

La differenza tra un amminoacido libero e un peptide è relativamente facile da determinare: il legame degli amminoacidi tramite legami peptidici porta alla formazione di una nuova molecola con una determinata sequenza e un determinato modo di legame degli atomi. Il confine tra tra peptide e proteine è molto meno univoca.

La lunghezza della catena è un utile criterio orientativo. Nei materiali didattici o in alcuni sistemi di classificazione si può incontrare, ad esempio, un limite convenzionale di circa 50 residui amminoacidici. Tuttavia, la letteratura scientifica non applica un unico limite universale. Una catena composta da dieci residui è stata descritta come miniproteina, una molecola strutturalmente ordinata composta da 29 residui è stata definita polipeptide, e alcune proteine possono trovarsi in uno stato in gran parte disordinato anziché assumere una struttura stabile e compatta. [1] [2] [3]

Questi esempi mostrano un principio importante: la lunghezza della sequenza fornisce informazioni importanti, ma da sola non basta per classificare in modo inequivocabile ogni catena amminoacidica.

Per distinguere meglio peptidi, polipeptidi e proteine, vale la pena considerare diverse caratteristiche contemporaneamente:

• il numero di residui amminoacidici;
• la loro sequenza;
• se la molecola è lineare, ciclica, ramificata o multicateina;
• modalità di legame covalente;
• struttura confermata sperimentalmente;
• modificazioni post-traduzionali o chimiche;
• metodo di elaborazione biologica della molecola;
• la terminologia adottata per una specifica molecola nella letteratura scientifica.

In questo articolo spieghiamo come amminoacidi, peptidi, polipeptidi e proteine siano correlati tra loro, come la lunghezza della catena influenzi la terminologia utilizzata, in che modo i legami peptidici formino le catene e perché la conoscenza sequenza, architettura molecolare e proprietà confermate sperimentalmente è più informativa del nome stesso della categoria.

Qual è la differenza tra aminoacidi, peptidi e proteine?

Gli amminoacidi sono singole unità costitutive

Tipico amminoacido alfa contiene un atomo di carbonio centrale legato a un gruppo amminico, a un gruppo carbossilico, a un atomo di idrogeno e a una catena laterale variabile.

È proprio la catena laterale a distinguere un amminoacido dall'altro.

Nelle condizioni presenti in molti ambienti biologici, i gruppiamminici e carbossilici si trovano spesso in forme cariche. La popolare formula strutturale neutra utilizzata nella chimica di base è quindi un modo utile per rappresentare un amminoacido, ma non rappresenta necessariamente il suo stato ionico dominante in tutte le condizioni biologiche.

Le catene laterali dei singoli amminoacidi differiscono, tra le altre cose, per:

• dimensione;
• con carica elettrica;
• polarità;
• idrofobicità;
• la capacità di formare legami ad idrogeno;
• proprietà spaziali;
• reattività chimica.

Ad esempio, la glicina ha come catena laterale un singolo atomo di idrogeno, motivo per cui è strutturalmente più piccola rispetto agli altri amminoacidi standard. La cisteina, invece, contiene una catena laterale con un atomo di zolfo, che può partecipare alla formazione di ponti disolfuro.

Altri amminoacidi possono contenere catene laterali aromatiche, acide, basiche, polari o prevalentemente apolari.

Queste differenze aiutano a capire perché la sostituzione di un amminoacido con un altro possa alterare le proprietà di un peptide o di una proteina. Lo scheletro della molecola può rimanere collegato dallo stesso tipo di legami peptidici, ma cambiano le proprietà chimiche derivanti dalla presenza di catene laterali specifiche.

Un amminoacido può anche presentarsi e partecipare al metabolismo indipendentemente dal peptide o dalla proteina.

Gli amminoacidi liberi sono molecole distinte.

Dopo l'incorporazione in una catena peptidica o proteica, le singole unità sono più precisamente definite come residui amminoacidici.

Nel linguaggio quotidiano, l'affermazione secondo cui una proteina è una „catena di amminoacidi” è comprensibile. Dal punto di vista della chimica strutturale, tuttavia, la definizione di „catena di residui amminoacidici” è più precisa, poiché l'incorporazione di un amminoacido nella catena ne modifica il contesto chimico.

I peptidi contengono aminoacidi legati da legami peptidici

In un tipico scheletro peptidico, l'atomo di carbonio del gruppo carbonilico proveniente dal gruppo carbossilico di un residuo è legato all'atomo di azoto legato al residuo successivo.

Questo legame covalente amidico è chiamato legame peptidico.

La combinazione di due residui porta alla formazione di dipeptide.

Tre resti formano tripeptide.

Quattro formano tetrapeptide, e l'ulteriore allungamento della catena porta alla formazione di peptidi e polipeptidi sempre più lunghi basati sullo stesso tipo generale di scheletro chimico.

La molecola in via di formazione è qualcosa di più della semplice somma dei suoi componenti.

Una miscela contenente molecole separate di glicina e alanina differisce chimicamente da un dipeptide glicilalanina.

La molecola combinata ha:

• una sequenza specifica;
• legami covalenti definiti;
• specifici gruppi terminali;
• proprio peso molecolare;
• possibili conformazioni;
• proprietà chimiche diverse da quelle dei singoli aminoacidi.

L'inversione dell'ordine porta alla creazione alanilglicina.

La glicilalanina e l'alanilglicina contengono gli stessi tipi di aminoacidi, ma hanno una sequenza diversa.

Questo semplice esempio mostra uno dei principi fondamentali della chimica dei peptidi:

La composizione amminoacidica non è la stessa cosa che la sequenza amminoacidica.

I legami peptidici presentano anche caratteristiche proprietà strutturali. La loro disposizione elettronica limita la rotazione attorno al legame carbonio-azoto nello scheletro, mentre i legami adiacenti sono responsabili di gran parte della flessibilità conformazionale della catena.

Gli studi sperimentali e computazionali dimostrano che il gruppo peptidico è approssimativamente piatto, sebbene siano possibili lievi deviazioni dalla planarità ideale. [4]

Le proteine contengono una o più catene polipeptidiche

La proteina è generalmente intesa come una macromolecola biologica composta da di una o più catene polipeptidiche.

Questi catena possono formare:

• strutture globulari nere;
• strutture allungate;
• strutture associate alle membrane;
• regioni elastiche;
• regioni internamente disordinate;
• complessi costituiti da più catene;
• combinazioni di diversi elementi strutturali.

Alcune proteine contengono anche carboidrati legati, lipidi, ioni metallici, gruppi prostetici, modifiche covalenti o altri componenti associati.

Definire una data molecola proteina trasmette quindi solitamente più informazioni della semplice affermazione della presenza di legami peptidici.

Questo termine colloca la molecola in un contesto più ampio contesto strutturale e biologico.

Ciò non significa tuttavia che ogni molecola definita come proteina debba avere:

• una determinata lunghezza minima;
• una struttura permanentemente rigida;
• solo una catena polipeptidica;
• attività enzimatica;
• un determinato tipo di funzione biologica.

Un buon esempio è la proteina KISS1.

I ricercatori hanno utilizzato, tra le altre cose, la risonanza magnetica nucleare e la diffusione di raggi X a basso angolo per caratterizzare KISS1 come una proteina intrinsecamente disordinata e leggermente più estesa rispetto a un tipico gomitolo statistico di polimero. La sua classificazione come proteina non dipende quindi dalla presenza di una struttura unica, compatta e stabile. [3]

Amminoacidi, peptidi e proteine – un confronto

La tabella mostra le differenze convenzionali e non stabilisce un unico confine formale valido per tutte le molecole.

Esempi di brevi molecole ordinate e proteine intrinsecamente disordinate mostrano dove le definizioni semplificate richiedono ulteriori chiarimenti. [1] [2] [3]

Quale polimero si forma dagli amminoacidi?

Quando molti residui di amminoacidi vengono uniti da uno scheletro ripetitivo contenente legami peptidici, si forma polipeptide.

Una proteina può contenere una singola catena polipeptidica o più catene unite in una struttura più grande.

Questi concetti sottolineano quindi caratteristiche leggermente diverse:

polipeptide si riferisce principalmente alla struttura chimica della catena;

proteina solitamente descrive una molecola biologica completa o un complesso molecolare.

Questa distinzione è utile durante la lettura di pubblicazioni scientifiche.

In un lavoro gli autori possono descrivere la sintesi di un polipeptide prima di determinarne la struttura spaziale o l'attività biologica. In un altro possono analizzare una proteina composta da diverse catene polipeptidiche.

In nessuno di questi casi ciò implica una modifica della chimica fondamentale degli amminoacidi.

In uno studio che confrontava l'espressione batterica con la sintesi peptidica in fase solida, sono stati analizzati 20-40 residui „polipeptidi e miniproteine”. La terminologia utilizzata mostra che questi termini possono sovrapporsi parzialmente a seconda della lunghezza, delle proprietà strutturali e del contesto scientifico. [5]

Lunghezza della catena e classificazione

Cosa significano dipeptide, tripeptide, oligopeptide e polipeptide?

Dipeptide contiene due residui amminoacidici.

Tripeptide contiene tre.

Analogamente, il tetrapeptide e il pentapeptide contengono rispettivamente quattro e cinque residui.

Questi nomi consentono di determinare con precisione il numero di residui, se si riferiscono all'intera catena analizzata.

Oligopeptide di solito indica una catena relativamente corta.

Polipeptide sottolinea la presenza di molti residui amminoacidici in una singola catena e viene spesso, anche se non sempre, usato in riferimento a sequenze più lunghe.

I confini numerici tra termini come oligopeptide, peptide e polipeptide variano a seconda della disciplina e della pubblicazione.

Pertanto, la sequenza reale o il numero di residui fornito dagli autori è più affidabile rispetto all'ipotizzare che tutti i ricercatori applichino la stessa convenzione.

In una tipica catena lineare non ramificata contenente n reszt è presente:

n − 1 legami peptidici nello scheletro.

Il tripeptide contiene quindi tre residui, ma due legami peptidici.

Una catena aperta composta da dieci residui presenta nove legami di questo tipo.

Questa relazione riguarda una singola catena aperta.

Un peptide ciclico chiuso tramite la connessione tra l'N- e il C-terminale ha un legame aggiuntivo che chiude lo scheletro, pertanto, con n residui, contiene n legami peptidici nello scheletro.

I legami presenti tra le catene laterali devono essere analizzati separatamente.

Costituiscono 50 aminoacidi il limite tra un peptide e una proteina?

Lunghezza circa 50 residui amminoacidici viene utilizzata come pratica convenzione educativa che permette di distinguere i peptidi dalle proteine.

Non si tratta però di una legge chimica universale.

Il passaggio da 50 a 51 residui non comporta alcuna trasformazione chimica improvvisa che trasformi automaticamente il peptide in una proteina.

I singoli campi della scienza applicano questi concetti in modo leggermente diverso, e alcune molecole mantengono nomi storicamente accettati che non corrispondono a un semplice limite numerico.

Un buon esempio è CLN025.

CLN025 contiene solo dieci residui, eppure i ricercatori lo hanno definito miniproteina e ne hanno analizzato la struttura a “beta-hairpin” mediante spettroscopia e dinamica molecolare. La sua lunghezza ridotta non gli ha impedito di assumere una conformazione ordinata nelle condizioni di studio. [1]

Ciò non significa che ogni peptide composto da dieci residui debba essere definito proteina.

Dimostra invece perché affermazioni troppo categoriche, come:

„Ogni proteina contiene più di 50 amminoacidi”

o

„Ogni catena più corta di 50 aminoacidi è un peptide disordinato”

sono una semplificazione eccessiva.

Un approccio più accurato consiste nel trattare il numero di residui come una delle diverse caratteristiche che descrivono la molecola.

Un breve peptide può anche essere definito polipeptide

Un altro buon esempio è la calata B1.

Nel primo studio strutturale, questa molecola vegetale di 29 residui è stata descritta come polipeptide, è stato confermato il suo scheletro ciclico ed è stata studiata la sua struttura tridimensionale. [2]

Essa riunisce quindi:

• una sequenza relativamente breve;
• architettura scheletrica ciclica;
• ulteriori restrizioni covalenti;
• struttura spaziale ordinata.

Il termine "polipeptide" non deve quindi necessariamente indicare una molecola di dimensioni molto grandi.

A seconda del contesto, può semplicemente sottolineare che la molecola analizzata è una catena di residui amminoacidici.

Pertanto, durante l'interpretazione della letteratura scientifica, vale la pena verificare la sequenza effettiva, il numero di residui, l'architettura molecolare e i risultati sperimentali, invece di attribuire un significato aggiuntivo esclusivamente al nome utilizzato.

Il numero di residui e la massa molecolare sono due grandezze diverse

Il numero di resti determina, quante unità aminoacidiche sono presenti in una molecola.

La massa molecolare invece descrive la massa di tutta la molecola a livello molecolare.

Queste valute sono interconnesse ma non sono equivalenti.

Le singole rimanenze aminoacidiche hanno masse diverse. Due catene contenenti la stessa quantità di residui possono quindi avere masse molecolari diverse se presentano una sequenza diversa.

Le modifiche chimiche possono anche influenzare la massa.

L'aggiunta di un carbossilato, un lipidolo, un gruppo fosfonico, una modifica finale o un altro componente può aumentare la massa molecolare della molecola senza aumentare il numero di amminoacidi nel suo scambiatore.

Il proteina può inoltre essere costituita da diversi filamenti.

La quantità totale di resti nel proteina può quindi variare a seconda della lunghezza di ogni singolo anello.

La descrizione scientifica precisa dovrebbe indicare se il valore riportato riguarda:

• la lunghezza di un singolo anello;
• del numero totale di residui nel complesso;
• massa delle mole di un singolo anello;
• la massa dell'intero complesso molecolare.

Nessuno di questi parametri in sé determina l'attività biologica o la qualità delle prove relative all'attività dichiarata della molecola.

Si deve considerare la forma molecolare reale di cui si tratta l'analisi

Il precursore e i suoi prodotti di trasformazione non devono essere automaticamente considerati la stessa sequenza molecolare.

Ad esempio proinsulina È trasformata attraverso forme intermedie in insulina e peptide C.

Un'analisi analitica dei prodotti di conversione della proinsulina mostra perché la distinzione tra queste forme è importante durante l'interpretazione dei risultati dei test. [6]

Gli studi sull’enzima presente nelle cellule produttrici di insulina hanno inoltre dimostrato che questo elimina selettivamente le rimanenti sostanze acide dei substrati derivanti dalla proinsulina, senza ulteriore degradazione dell’insulina matura nel test utilizzato [7].

Si trattava di un esperimento relativo al trattamento biochimico, e non di una prova che tutti i peptidi seguissero lo stesso schema di scissione.

Se la pubblicazione riporta la lunghezza, la massa, il concentrazione o l’attività del peptide, è quindi importante stabilire se il valore analizzato riguarda:

• precursore;
• forme intermedie;
• peptido maturo;
• un frammento formato dalla scissione;
• un singolo anello di molecola a catena multipla;
• un complesso molecolare completo.

Senza tale distinzione, due descrizioni scientificamente corrette possono apparentemente contraddire tra loro, sebbene in realtà si riferiscano a diverse forme di una stessa o di una molecola correlata.

Struttura, flessione e funzione biologica

Struttura primordiale: tutto inizia con una sequenza

La struttura primaria indica una sequenza di amminoacidi e, nel contesto di una descrizione chimica più completa, anche le interazioni covalenti importanti.

Il tipo e l'ordine delle restrizioni determinano quali catene laterali sono disponibili e dove si trovano nel corpo scheletrico.

La sequenza non può quindi essere identificata con il contenuto.

Due catene possono contenere esattamente gli stessi tipi e quantità di amminoacidi, pur essendo disposte in una diversa sequenza.

Una modifica dell'ordine può incidere, tra l'altro, su:

• la disposizione del carico;
• la distribuzione delle regioni idrofobiche;
• la flessibilità locale;
• possibili sistemi di legame idrofile;
• la tendenza a creare strutture secondarie;
• la riconoscezione da parte di altre molecole;
• attività biologica.

La sequenza completa contiene quindi molte più informazioni rispetto alla semplice lista degli amminoacidi presenti nella molecola.

Le variazioni della sequenza possono anche influenzare la relazione tra l'associazione della molecola e la risposta biologica.

In uno studio su un peptide sintonizzante vegetale systeminy Si è dimostrato che le diverse regioni della sequenza partecipavano in modo diverso alla legatura del recettore e alla sua attivazione. La molecola completa e i suoi frammenti più brevi non erano funzionalmente equivalenti. [8]

Struttura secondaria, terziaria e quaternaria

Struttura secondaria descrive le strutture scheletriche locali ricorrenti, come le alfa-helis e le beta-cartelle.

Alla loro formazione contribuiscono, tra l'altro, gli ordini strutturali delle leghe idriche nel scheletro.

Non si formano tuttavia sostituendo i legami peptidici responsabili della struttura primaria.

Struttura terziaria descrive l'organizzazione più ampia e tridimensionale di un singolo anello polipeptidico.

Struttura quaternaria Si riferisce al modo in cui vengono organizzati diversi filamenti polipeptidici in un più grande complesso molecolare.

Un proteina costituita da un solo anello non deve quindi avere una struttura quaternaria.

Analogamente, un peptido breve non deve presentare tutti i livelli di organizzazione strutturale per possedere determinate proprietà biologiche.

Tra gli elementi che possono contribuire all'organizzazione della struttura molecolare figurano:

• legami idrofile;
• effetti elettrostatici;
• l’influenza di van der Waals;
• effetto idrofobico;
• azioni aromatiche;
• la coordinazione dei ioni dei metalli in alcune molecole;
• Legami intermolecolari laterali, come i ponti disiarcici.

Le disiarche molecolari, se presenti, uniscono gli atomi di zolfo provenienti dalle restanti cisteine.

Sono chimicamente diversi dagli legami peptidici che formano lo scheletro del filamento.

Analisi sintetiche inibitore della tripsina del pancreas (BPTI) Mostrano bene la differenza tra la costruzione di un filamento e il suo ottenimento in una forma correttamente ondulata e attiva.

Gli scienziati chimici hanno sintetizzato chimicamente una sequenza lineare e hanno poi eseguito un processo di ossidazione e folding, ottenendo un materiale che corrisponde al proteina naturale nelle analisi strutturali e funzionali descritte. [9]

Possono i peptidi avere una struttura tridimensionale stabile?

Sì.

Un lungo catenone non deve automaticamente significare una molecola priva di una struttura ordinata.

CLN025 creava una struttura beta-hairpin negli ambienti studiati, mentre la ciclica calata B1 presentava un'architettura organizzata nonostante la presenza di appena 29 resti [1] [2].

Si tratta tuttavia di osservazioni relative a particelle specifiche.

Non significa che ogni peptido breve formi una struttura altrettanto stabile.

Se un particolare peptide assume una conformazione strutturale definita dipende, tra l'altro, da:

• sequenza;
• le interazioni tra le rimanenti parti;
• limiti derivanti dalla ciclicità;
• moli di disiarczki;
• del solvente;
• temperature;
• concentrazioni;
• la presenza dei partner vincolanti;
• Modifiche chimiche.

L'ambiente può essere particolarmente importante.

In un studio sintetico neuropeptido Y, Il composto, che conteneva 36 residui, è stato analizzato in una miscela di solventi composta principalmente da trifluoroetanolo. È stato osservato un reticolo elicoidale vicino al C-terminale, mentre la parte N-terminale non presentava una struttura comparativamente regolare. [10]

Le osservazioni effettuate in tali condizioni non devono essere presentate come prova che il peptide assume esattamente la stessa struttura in tutti gli ambienti biologici.

Pertanto, durante l’interpretazione dei risultati dei test strutturali, è necessario prestare attenzione alle condizioni sperimentali.

Dichiarazione:

„Il peptide ha formato una elisu nelle condizioni studiate”

è scientificamente più preciso di:

„Il peptide ha sempre una struttura elicoidale”.

I tutti i tipi di proteine hanno una struttura stabile?

No.

Molte proteine contengono domini strutturati in modo stabile, mentre altre presentano strutture molto ampie. regioni internamente disorganizzate, e alcune possono essere in gran parte disorganizzate.

Queste molecole si presentano come gruppi dinamici di diverse conformazioni, invece di rimanere costantemente in una struttura tridimensionale rigida.

Le ricerche del KISS1 rappresentano un esempio diretto di questa situazione.

I risultati ottenuti con diverse metodologie sperimentali confermavano il suo carattere internamente disordinato. [3]

Questo dimostra la limitazione del modello educativo semplificato, in cui ogni proteina è rappresentata come una particella compressa e immobile.

Questo non significa tuttavia che un proteina non strutturata internamente non possa mostrare organizzazione, specificità delle interazioni o significato biologico.

L'impurità interna deve anche essere distinta da denaturazione.

Essa può costituire una proprietà naturale della sequenza in determinati termini.

La denaturazione invece significa un disturbo dell'organizzazione strutturale esistente della molecola.

Nessuno di questi fenomeni in sé implica l’idrolisi dei legami peptidici né il degrado della molecola in amminoacidi liberi.

La funzione dipende dalla particella specifica

Le aminoacidi, i peptidi e le proteine partecipano a molti processi biologici concomitanti, ma l’appartenenza a una di queste categorie non implica un’azione comune.

Il peptide segnale, il tripeptido intracellulare, l'enzima e il proteina strutturale possono essere costituiti da resti di amminoacidi e allo stesso tempo svolgere funzioni completamente diverse.

Ad esempio, in uno studio fisiologico condotto su persone, sono state analizzate GLP-1(7–36) come iniezione endovenosa e sono stati misurati i risultati durante l’infusione in sette volontari [11].

Lo studio riguardava una determinata molecola segnale e un protocollo sperimentale specifico.

Non consente di concludere che altri peptidi causino gli stessi effetti sulla secrezione di insulina.

Un altro esempio è glutatione.

Si tratta di un tripeptido coinvolto nei processi redox della biologia cellulare. In uno degli studi è stato utilizzato dell’acqua marcata in isotopo per stimare la sintesi del glutatione nei conigli, dimostrando che anche un peptide molto piccolo può essere studiato come molecola regolata metabolicamente. [12]

Si trattava di uno studio sulla biosintesi, non di uno studio sulla supplementazione negli esseri umani.

Dal punto di vista scientifico, la domanda giusta è quindi:

Cosa fa questa particella o questa sequenza specifica, in quali condizioni e sulla base di quali prove?

Le definizioni „peptido” e „proteina” aiutano a descrivere l’identità molecolare.

Non definiscono una funzione biologica universale.

Lo strappo del nastro può cambiare la sua identità e la sua attività

L'idrolisi porta alla disgregazione degli legami peptidici.

Un singolo scissione può portare alla formazione di catene peptoidi più corte, mentre una idrolisi più estesa può infine liberare singoli aminoacidi.

Un taglio lungo un lungo filamento solitamente non causa la liberazione immediata di tutte le sue rimanenze.

Il trattamento biologico delle molecole può sfruttare la separazione selettiva, tra l'altro, per:

• l'attivazione dei precursori;
• la cancellazione delle sequenze di segnali;
• la separazione dei territori funzionali;
• la formazione di peptidi maturi;
• la fine dell'attività;
• la formazione di molecole con funzioni biologiche diverse.

La ricerca sulla sistemina mostra perché non si deve presumere che un frammento conservi automaticamente l'attività della particella madre.

Il segmento N-terminale partecipava all’attivazione del recettore, mentre il segmento C-terminale era necessario per la sua attivazione. Le fragmenze studiate non si comportavano semplicemente come le versioni più corte della molecola di segnalazione completa. [8]

Il digerimento è un altro processo in cui cambia l'identità molecolare.

In uno studio condotto su persone, sono stati rilevati nel sangue dei peptidi specifici derivanti dal collagene dopo l’assunzione di idrolati di gelatina. [13]

Questo conferma la presenza di particolari frammenti nei termini di questo studio.

Tuttavia, non significa che:

• ogni peptido derivato dalla dieta viene assorbito nella sua forma inalterata;
• ogni frammento peptidico subisce un processo di digestione;
• tutti gli idrolati proteici presentano le stesse caratteristiche;
• Solo la rilevazione del frammento peptidico conferma un beneficio salutare determinato.

Perché il confine tra un peptide e una proteina non è univoco?

I diversi termini rispondono a domande diverse

I termini peptido, polipeptide e proteina sono parzialmente intercambiabili poiché spesso sottolineano altre proprietà della molecola.

Peptide Di solito suggerisce un anello relativamente corto.

Polipeptide ricorda la natura chimica del catena di aminoacidi.

Proteina di solito si riferisce a una determinata molecola biologica, a un complesso molecolare o a un'unità con un contesto strutturale e funzionale definito.

Poiché questi concetti rispondono a domande descrittive leggermente diverse, i loro significati possono in parte sovrapporsi.

Questo non significa però che tutte le differenze scompaiono.

L'amminoacido libero rimane chimicamente una molecola diversa rispetto al catenaccio legato.

Un dipptide composto da due resti è molto più piccolo e strutturalmente più semplice rispetto a un grande complesso proteico composto da molti filamenti.

L’incertezza si manifesta soprattutto quando si cerca di stabilire qualcosa. una soglia numerica universale che separa tutti i peptidi da tutte le proteine.

Esistono esempi scientifici che mostrano i limiti delle semplici regole

Questi esempi provengono da studi strutturali, sintetici e biochimici, e non da pubblicazioni che stabiliscono un unico limite di classificazione ufficiale.

La loro importanza risiede soprattutto nel mostrare i limiti delle definizioni troppo semplificate. [1] [2] [3] [7] [9]

L'origine naturale o sintetica non determina la classificazione.

Il peptido non è definito dal fatto che sia stato prodotto in laboratorio.

Analogamente, il proteina non è definita dal fatto che sia stata isolata da un organismo vivo.

Le cellule sintetizzano naturalmente peptidi e proteine, mentre gli scienziati possono ottenere molte catene di aminoacidi attraverso:

• sintesi chimica;
• l'espressione ricombinata;
• sinteza senza cellule;
• Altri sistemi di produzione controllati.

Un'analisi che confronta l'espressione batterica con la sintesi a fase stazionaria per le sequenze contenenti 20–40 residui ha dimostrato che la scelta della metodologia di produzione dipende, tra l'altro, dalla specifica sequenza e dai requisiti della ricerca. [5]

Una molecola non passa in un'altra categoria chimica solo perché il modo di produrla è stato modificato.

Analogamente, gli studi sul BPTI sintetico mostrano che la sintesi chimica può portare alla produzione di una molecola classificata come proteina. [9]

Solo una definizione sintetico non conferma la completa omologia molecolare, ma anche l'origine sintetica non esclude la classificazione come proteina.

Come descrivere esattamente una molecola?

Un'esposizione scientifica utile dovrebbe indicare il nome della molecola e, se del caso, anche:

• la sequenza di aminoacidi;
• il numero di restanti;
• la massa molecolare;
• informazione se la struttura è lineare o ciclica;
• il numero di catene;
• connessioni laterali covalenti importanti;
• modifiche chimiche o posttraslazionali;
• Le proprietà strutturali sono confermate sperimentally;
• una funzione biologica confermata.

Ad esempio, la definizione:

„peptido decrescente studiato come un miniballo con struttura beta-hairpin”

trasmette molto più informazioni rispetto alla disputa sul fatto che una molecola debba appartenere esclusivamente alla categoria dei peptidi o delle proteine.

Analogamente, il termine:

„proteina interna disordinata”

è una descrizione scientificamente corretta e non una contraddizione [1] [3]

Questa distinzione è particolarmente importante durante l'interpretazione delle affermazioni relative all'attività biologica.

I dati relativi a un singolo peptide non possono essere automaticamente trasferiti ad un altro solo perché entrambe le molecole sono dei brevi filamenti di amminoacidi.

La classificazione ci dice di quale tipo di molecola stiamo parlando. Per stabilire esattamente cosa fa una determinata molecola, sono invece necessari studi relativi proprio a questa sequenza e a questa forma molecolare.

Domande frequenti

1. Sono tutti i peptidi proteine?

No. I peptidi e le proteine hanno una base chimica comune nella forma dei filamenti di amminoacidi, ma non tutti i peptidi sono classificati come proteine. I brevi filamenti sono solitamente definiti come peptidi, mentre il termine „proteina” include anche il contesto biologico, strutturale e storico. CLN025 mostra perché la linea di demarcazione è difficile da stabilire: gli studiosi hanno descritto questa sequenza di dieci residui come un mini-proteina strutturata come una beta-hairpin. Ciò non significa tuttavia che ogni breve peptido sia una proteina. Ciò mostra solo che i concetti sono parzialmente sovrapposti e che nessun singolo numero di residui risolve tutti i casi di classificazione. [1]

2. Sono gli peptidi gli stessi degli amminoacidi?

No. Le amminoacidi sono singole unità molecolari, mentre i peptidi contengono resti di amminoacidi legati da legami peptidici. Il legame delle amminoacidi porta alla formazione di una molecola con una propria sequenza, estremità catenari, legami covalenti e proprietà chimiche. Non si tratta quindi solo di una miscela di amminoacidi primari. I studi sul sistema sinico mostrano l'importanza di una determinata sequenza: diverse parti di un peptide legato partecipano in modo diverso al legame e all'attivazione del recettore. I risultati riguardano un particolare sistema vegetale, ma illustrano bene la regola generale secondo cui l'identità dell'amminoacido dipende dalla sua struttura molecolare legata. [8]

3. Quale polimero si forma dalle amminoacidi?

Un anello formato dalla combinazione di residui aminoacidici legati da legami peptidici è definito come polipeptide. Un o più filamenti polipeptidici possono formare una proteina, anche se la definizione stessa di polipeptide non indica una struttura spaziale specifica né una funzione biologica. In letteratura questo termine è stato anche utilizzato per indicare sequenze relativamente brevi che contengono 20–40 residui. La risposta più precisa generale è quindi „polipeptide”, mentre il termine „proteina” viene utilizzato quando corrisponde a un’identità biologica più ampia della particella o del complesso in questione. [5]

4. Come si differenzia l'amminoacido dal resto degli amminoacidi?

Un amminoacido è una singola molecola che costituisce l’unità strutturale, mentre il resto dell’amminoacido è l’unità corrispondente quando viene inserito nel reticolo peptidico o nel proteico. La differenza deriva dalla sua partecipazione ai legami strutturali e dalla sua posizione specifica nella sequenza. Negli studi strutturali dei peptidi, spesso si parla delle posizioni delle singole restrizioni poiché queste influenzano la geometria locale e gli effetti molecolari. Nel linguaggio comune, il termine „amminoacidi nel proteina” è comprensibile, ma il termine „resto amminoacido” è più accurato dal punto di vista chimico rispetto al reticolo finale. [4]

5. L'polipeptide è sempre una proteina?

No. Il polipeptide descrive principalmente un anello aminoacidico e non deve necessariamente significare che la molecola è classificata come proteina. Questo termine compare in studi su molecole relativamente brevi, come la calotta B1 a 29 residui, nonché in lavori riguardanti sequenze contenenti 20–40 residui. L’uso di questo termine dipende dalla disciplina, pertanto la sola parola „polipeptide” non definisce una lunghezza costante, un affioramento confermato né una funzione biologica. È meglio trattarli come una descrizione della natura chimica del anello, mentre le altre caratteristiche vengono determinate sulla base degli studi sulla particolare molecola. [2] [5]

6. Quanti aminoacidi deve contenere una proteina?

Non esiste un numero minimo di residui che funzioni in tutti i casi. Le convenzioni basate sulla lunghezza sono utili nell’educazione e nella classificazione, ma esistono eccezioni riconosciute. CLN025, ad esempio, contiene dieci residui, eppure è stato studiato come un miniballo ordinato a struttura beta-hairpin. Ciò non significa che la distinzione pratica tra peptidi brevi e proteine più grandi sia inutile. Significa solo che è meglio indicare la vera quantità di residui piuttosto che presentare un singolo limite come principio generale di nomenclatura. [1]

7. La soglia dei 50 aminoacidi è una regola scientifica rigorosa?

No. Il limite di circa 50 residui è una convenzione praticata in alcuni contesti e non un diritto chimico universale. La chimica dei legami peptidici non cambia improvvisamente quando si passa da 50 a 51 residui. Le ricerche che descrivono le brevi catene come minibollini o polipeptidi mostrano che la terminologia può dipendere anche dalla struttura, dal contesto biologico e dalla tradizione di ricerca. Diversi campi possono utilizzare definizioni operative diverse, pertanto il limite numerico dovrebbe essere presentato come una convenzione e non una regola assoluta. [1] [5]

8. Può un peptido breve formare una struttura stabile?

Sì. Alcuni peptidi brevi possono assumere strutture ordinarie in condizioni appropriate. CLN025 è stato studiato come una struttura beta-hairpin di dieci resti, mentre la calata ciclica B1 mostrava una struttura ordinata nonostante la presenza solo di 29 resti. Questi risultati mostrano le possibilità delle specifiche sequenze, non di tutti i peptidi brevi. Il folding dipende, tra l'altro, dalla sequenza, dai limiti molecolari, dal solvente, dalla temperatura, dal concentrazione e dalle modificazioni. La stabilità strutturale deve quindi essere valutata in relazione alla particella specifica e all'ambiente sperimentale. [1] [2]

9. Tutti i tipi di proteine hanno una forma tridimensionale costante?

No. Alcuni tipi di proteine o regioni di tali proteine sono strutturalmente disordinate e si presentano come gruppi dinamici di diverse conformazioni invece di una struttura stabile e compatta. I risultati dei test KISS1 hanno confermato proprio questo stato. Ciò non significa che tutte le proteine siano disordinate né che l’ordinarie disorganizzazione sia equivalente a un danno. La struttura delle proteine varia da domini stabili e strutturati a regioni flessibili e gruppi conformazionali dinamici. L’esatta descrizione dipende dalla particella specifica e dalle condizioni sperimentali. [3]

10. Può succedere che due peptidi con la stessa lunghezza agiscano in modo diverso?

Sì. Un numero uguale di resti non significa necessariamente la stessa sequenza, struttura, chimica o attività biologica. Il tipo di catene laterali e l’ordine delle aminoacidi influenzano gli effetti molecolari. Le ricerche sul sistema di zinco hanno dimostrato che diversi frammenti della sequenza partecipano in modo diverso al legame e all’attivazione del recettore. Non si tratta di un confronto di tutti i possibili peptidi della stessa lunghezza, ma mostra perché il solo numero uguale di resti non permette di prevedere le funzioni. Quando si confrontano due peptidi, è necessario analizzare la loro sequenza, struttura e dati sperimentali diretti. [8]

11. La molecola più pesante contiene sempre più amminoacidi?

No. La massa molecolare dipende dalla quantità e dal tipo delle restrizioni aminoacidi e dalla presenza di gruppi chimici aggiuntivi. Due peptidi contenenti la stessa quantità di restrizioni possono avere una massa diversa poiché i singoli aminoacidi differiscono per massa. Le modificazioni chimiche possono inoltre aumentare la massa senza aumentare la quantità di restrizioni nel scafo proteico. La quantità di restrizioni e la massa molecolare descrivono quindi diverse proprietà e nessuna di esse da sola determina un limite universale tra un peptido e un proteina.

12. Ogni proteina è composta solo da un singolo filamento?

No. Le proteine possono contenere uno o più filamenti polipeptidici collegati tra loro. La lunghezza di un singolo filamento e la composizione del proteina completa sono quindi informazioni separate. Un buon esempio di trasformazione biologica è l’insulina: la sua forma matura contiene due filamenti collegati tra loro tramite disaccaridi, formati durante la trasformazione della proinsulina e l’eliminazione del peptide C. Le analisi dei prodotti di conversione distinguono queste forme, invece di considerare la precursore e l’ormone maturo come molecole identiche. Quindi, indicando il numero di residui, è necessario specificare se si riferisce a un singolo filamento, a tutti i filamenti, al precursore o alla forma matura. [6] [7]

13. I peptidi e le proteine svolgono le stesse funzioni?

Possono partecipare a aree simili della biologia, ma le singole molecole svolgono funzioni diverse. Nel lavoro con GLP-1 è stato analizzato un particolare peptide in relazione all’attività incretina negli esseri umani, mentre i test sul glutatione hanno riguardato la sintesi del tripeptido coinvolto nella biologia redox delle cellule. Ciò non significa che tutti i peptidi mostrino uno di questi effetti, così come tutti i geni non hanno una funzione comune. Un confronto scientificamente giustificato dovrebbe riguardare specifiche molecole, la loro sequenza e le proprietà confermate sperimentally. [11] [12]

14. Il frammento del peptido mantiene la funzione di molecola madre?

Non necessariamente. La frammentazione può rimuovere il sito responsabile della legatura, il sito necessario per l’attivazione, rivelare un nuovo segmento o portare alla formazione di un prodotto con una funzione biologica completamente diversa. Nel nostro studio, le frammentazioni non replicavano semplicemente il completo legame delle proprietà legate alla legatura e all’attivazione del recettore osservate per l’intera molecola. Il risultato dipende dalla specifica sequenza e non può essere automaticamente trasferito su tutti i prodotti della frammentazione. Il segmento deve essere considerato una forma molecolare distinta che richiede dati specifici sulla struttura e sull’attività. [8]

15. La denaturazione trasforma il proteina in amminoacidi?

No. La denaturazione altera i livelli più elevati di organizzazione strutturale del proteina, ma per definizione non richiede la rottura del suo scheletro peptidico. La formazione di peptidi più brevi o amminoacidi liberi richiede l'idrolisi dei legami peptidici, ovvero un altro processo chimico. Anche l'improbabilmente strutturale non deve necessariamente significare la degradazione, come dimostra il proteina KISS1, non alterato e non strutturalmente disordinato all'interno. In condizioni molto aggressive, la denaturazione e la degradazione chimica possono avvenire simultaneamente, ma sono comunque processi separati: la perdita di conformazione non è la stessa cosa che la rottura del legame covalente. [3]

16. La molecola sintetica può ancora essere un proteina?

Sì. La sintesi chimica non esclude la classificazione della molecola come proteina. I ricercatori hanno sintetizzato chimicamente un inibitore della tripsina pancreatico bovino e, dopo un adeguato ossidazione e folding, hanno ottenuto un materiale che corrisponde al proteina naturale nei confronti dei confronti analitici e funzionali descritti, anche in termini di attività di inibizione. Il risultato dipendeva dalla corretta struttura della sequenza, del folding e dalla caratteristica, e non significa che ogni polipeptide sintetico assuma automaticamente la struttura corretta. La classificazione è determinata dall’identità molecolare e dal contesto, mentre il modo di produzione è una caratteristica separata. [9]

17. I prodotti proteici, gli idrolati proteici e gli amminoacidi liberi sono la stessa cosa?

No. Gli amminoacidi proteici sono molecole più grandi e unite, gli idroliti proteici contengono una miscela di prodotti di scissione; mentre gli amminoacidi liberi sono unità molecolari individuali. La loro composizione e le loro forme molecolari sono quindi diverse. In uno studio condotto su esseri umani, sono stati rilevati nel sangue peptidi specifici derivanti dal collagene dopo l'assunzione di idroliti di gelatina, mostrando che durante il processo di digestione e assorbimento possono essere presenti frammenti peptidici identificabili. Tuttavia, lo studio non ha confermato l'assorbimento universale di tutti i peptidi nella loro forma non modificata né l'effetto equivalente di tutti i prodotti proteici. [13]

18. Qual è la differenza tra un peptide e un polipeptide?

Entrambi i termini descrivono le catene di residui amminoacidici legati tramite legami peptidici. Il termine „peptido” è spesso utilizzato per riferirsi a catene relativamente brevi, mentre il termine „polipeptide” sottolinea la struttura del catene amminoacidiche più lunghe e viene utilizzato per riferirsi a sequenze più lunghe. Tuttavia, non esiste un punto numerico universale al cui superamento un termine deve essere sostituito con un altro. Le ricerche che descrivono la catena di 29 residui della proteina B1 come un polipeptide e le ricerche relative ai polipeptidi di 20–40 residui mostrano la sovrapposizione di queste terminologie. Pertanto, il numero reale di residui e l’architettura molecolare sono più informativi di un’ipotesi di confine rigido. [2] [5]

19. Le stesse aminoacidi possono formare diversi peptidi?

Sì. Questo stesso insieme di tipi di amminoacidi può portare alla formazione di diversi peptidi se la loro sequenza cambia. Ad esempio, la glicilalanina e l’alanoglicina contengono glicina e alanina, ma invertendo la loro sequenza si ottiene una diversa sequenza molecolare. Nei peptidi più lunghi, la modifica della sequenza può influenzare la distribuzione del carico molecolare, le regioni idrofobiche, le superfici di legame e le tendenze strutturali. Pertanto, l’identità del peptide dipende non solo dagli amminoacidi che contiene, ma anche dalla loro sequenza e dal modo in cui sono legati tra loro.

20. Perché la sequenza è più importante del solo termine „peptido”?

Il termine „peptide” descrive una vasta categoria chimica e non un solo tipo di attività biologica. Due peptidi possono differire completamente per la sequenza, la lunghezza, la struttura, la localizzazione, il modo di elaborazione e gli obiettivi molecolari. Le ricerche sul sistema sinapico dimostrano sperimentally che anche diverse regioni di una stessa molecola possono svolgere ruoli diversi nel legarsi e attivare il recettore. [8] Per questo motivo i risultati relativi a un singolo peptide non possono essere trasferiti ad un altro solo perché entrambe le molecole appartengono alla stessa categoria. Per stabilire la funzione biologica sono necessarie informazioni sulla sequenza specifica e sulla molecola specifica.

Restrizioni sulla classificazione dei peptidi e delle proteine

Durante l’uso dei termini aminoacido, peptido, polipeptide e proteina, è necessario tenere conto di alcune limitazioni.

Innanzitutto, non esiste un limite numerico universale tra un peptide e un proteina. Un limite come il 50% delle restrizioni può essere una convenzione utile, ma la letteratura scientifica contiene espliciti casi di eccezione. [1] [2] [5]

In secondo luogo, La struttura non crea inoltre una semplice linea di confine. Alcuni peptidi brevi assumono strutture ordinarie, mentre alcuni proteine riconosciute rimangono in gran parte internamente non ordinarie. [1] [2] [3]

In terzo luogo, La massa atomica e il numero degli atomi sono parametri correlati ma distinti.. Le modificazioni, i diversi tipi di rest e la presenza di diversi filamenti possono alterare la massa senza un semplice rapporto con la lunghezza del singolo filamento.

Quarto punto:, Occorre distinguere le forme precursorie e quelle mature. Il trattamento biologico può modificare la lunghezza del catetere, il modo di collegamento e l'identità molecolare, come nel caso del trattamento della proinsulina [6] [7].

Quinto, Il metodo di produzione non determina la classificazione. Le mole prodotte naturalmente e quelle sinteticamente possono avere la stessa identità molecolare di base se la loro sequenza, struttura e altre proprietà rilevanti sono state confermate. [5] [9]

Sesto, L'appartenenza a una categoria non permette di prevedere un comportamento biologico. I peptidi non hanno un unico effetto fisiologico comune, semplicemente perché sono peptidi, così come tutti i tipi di proteine non svolgono una sola funzione. [8] [11] [12]

Infine, le osservazioni strutturali devono essere interpretate nei termini in cui sono state ottenute. Un peptide che assume una determinata conformazione in un singolo solvente o ambiente sperimentale può comportarsi in modo diverso in altri termini. [10]

Questi limiti non significano che la terminologia sia inutile. Tuttavia, dimostrano perché è meglio utilizzarla insieme a una descrizione più dettagliata delle proprietà molecolari.

Sintesi

Le amminoacidi, i peptidi, i polipeptidi e le proteine appartengono alla stessa vasta gerarchia chimica, ma descrivono diversi livelli di organizzazione molecolare.

Amminoacidi sono unità strutturali individuali.

Quando le altre amminoacidi vengono covalentemente unite tramite legami peptidici, si formano peptidi e catene polipeptidiche.

Proteine Si compone di uno o più di questi filamenti considerati in un contesto strutturale e biologico più ampio.

Il passaggio dall'aminoacido al peptide è chimicamente evidente poiché la formazione del legame peptidico porta alla formazione di una nuova molecola unita.

La linea di demarcazione tra un peptide e un proteina è molto meno chiara.

La lunghezza del reticolo fornisce informazioni descrittive utili, ma non esiste un limite numerico universale che classificasse correttamente ogni particella. Gli studi sul miniball CLN025 a dieci residui, sulla ciclica calotta B1 a 29 residui e sul proteina KISS1 non strutturata internamente mostrano perché semplici regole richiedono un contesto aggiuntivo. [1] [2] [3]

La struttura non definisce inoltre una linea di demarcazione universale. I peptidi brevi possono assumere conformazioni ordinarie, mentre alcuni proteine possono presentare un elevato grado di disordinazione.

Analogamente, la massa molecolare, l’origine naturale o sintetica e la funzione biologica non sono sufficienti da soli per determinare se un qualsiasi anello aminoacidico debba essere definito peptide o proteina.

Pertanto, nella comunicazione scientifica ciò che è più informativo è la descrizione accurata. una particella concreta:

la sua sequenza, i numeri residui, l'architettura, le modifiche, la struttura osservata in modo sperimentale, lo stato di trasformazione e le proprietà biologiche confermate.

La differenza più importante può essere riassunta come segue:

Le amminoacidi sono le unità di base; le leghe peptidiche le uniscono in peptidi e le catene polipeptidiche in polipeptidi; le proteine invece sono le molecole biologiche composte da uno o più di questi filamenti. La distinzione tra peptidi e proteine deriva tuttavia dalle convenzioni scientifiche e dal contesto molecolare, e non da un numero universale di amminoacidi.

Disclaimer

L'articolo ha esclusivamente carattere educativo e informativo. Esplica la terminologia, la struttura molecolare, la classificazione dei peptidi e delle proteine, il trattamento biologico delle molecole e esempi tratti da studi pubblicati. Non costituisce una consulenza medica, nutrizionale, indicazioni per il trattamento, raccomandazioni su prodotti o consigli sull'uso dei peptidi, dei prodotti proteici, degli aminoacidi, dei supplementi o delle sostanze correlate. I risultati dei test strutturali, biochimici, sugli animali e sui soggetti umani devono essere interpretati nel contesto dei metodi, delle condizioni e delle limitazioni dei singoli studi.

Riferimenti

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