Peptidai, baltymai ir amino rūgštys: svarbiausi skirtumai

Amino rūgštys yra pagrindiniai molekuliniai elementai, iš kurių susidaro peptidai ir baltymai. Peptidai – tai amino rūgščių likučių grandinės, sujungtos daugiausia peptidiniais ryšiais, o baltymai susideda iš vienos ar kelių polipeptidinių grandinių, kurių seka, struktūra, tarpusavio sąveika, biologinis apdorojimas ir funkcinis kontekstas lemia jų tapatybę. Visos šios grupės yra chemiškai susijusios, tačiau šių sąvokų negalima vartoti kaip sinonimų.

Skirtumą tarp laisvosios aminorūgšties ir peptido nustatyti yra palyginti paprasta: aminorūgščių sujungimas naudojant peptidinių junginių sukuria naują molekulę, turinčią tam tikrą atomų seką ir jungčių struktūrą. Ribą tarp skirtumas tarp peptido ir baltymo yra kur kas ne toks aiškus.

Grandinės ilgis yra naudingas orientacinis kriterijus. Mokymo medžiagoje ar kai kuriose klasifikacijos sistemose galima rasti, pavyzdžiui, sąlyginę ribą – apie 50 aminorūgščių likučių. Tačiau mokslinėje literatūroje nėra vienos visuotinai pripažintos ribos. Grandinė, susidedanti iš dešimties likučių, buvo apibūdinta kaip minibaltymas, struktūriškai tvarkingą molekulę, sudarytą iš 29 likučių, buvo apibūdinta kaip polipeptidas, o kai kurie baltymai gali būti labai netvarkingos būsenos, o ne įgauti vieną stabilią, kompaktišką struktūrą. [1] [2] [3]

Šie pavyzdžiai iliustruoja svarbų principą: sekvencijos ilgis suteikia svarbios informacijos, tačiau vien jo nepakanka, kad būtų galima vienareikšmiškai klasifikuoti kiekvieną aminorūgščių grandinę.

Kad būtų lengviau atskirti peptidai, polipeptidai ir baltymai, verta atsižvelgti į keletą savybių iš karto:

• aminorūgščių likučių skaičių;
• jų seką;
• ar molekulė yra linijinė, ciklinė, šakota ar daugiagrandinė;
• kovalentiniai ryšiai;
• eksperimentais patvirtintą struktūrą;
• posttransliacinės arba cheminės modifikacijos;
• biologinio molekulės apdorojimo būdas;
• terminiją, kuri mokslinėje literatūroje yra priimta konkrečiai molekulei apibūdinti.

Šiame straipsnyje paaiškiname, kaip amino rūgštys, peptidai, polipeptidai ir baltymai yra tarpusavyje susiję, kaip grandinės ilgis įtakoja vartojamą terminologiją, kaip peptidiniai ryšiai sudaro grandines ir kodėl žinios apie sekvencijų, molekulinės struktūros ir eksperimentais patvirtintų savybių yra informatyvesnė nei pati kategorijos pavadinimas.

Kuo skiriasi aminorūgštys, peptidai ir baltymai?

Amino rūgštys yra atskiri statybiniai elementai

Tipinis alfa-aminorūgštis sudarytas iš centrinio anglies atomo, sujungto su amino grupe, karboksilo grupe, vandenilio atomu ir kintamu šoniniu grandynu.

Būtent šoninė grandinė skiria vieną aminorūgštį nuo kitos.

Daugelyje biologinių aplinkų vyraujančiomis sąlygomis amino ir karboksilo grupės dažnai pasitaiko įkrautos. Taigi populiari, neutrali struktūrinė formulė, naudojama pagrindinėje chemijoje, yra naudingas būdas pavaizduoti aminorūgštį, tačiau ji nebūtinai atspindi jos dominuojančią joninę būseną visomis biologinėmis sąlygomis.

Atskirų aminorūgščių šoninės grandinės skiriasi, be kita ko, šiais aspektais:

• dydžiu;
• elektros krūviu;
• poliarumu;
• hidrofobiškumu;
• gebėjimu sudaryti vandenilinius ryšius;
• erdvinėmis savybėmis;
• cheminiu reaktyvumu.

Pavyzdžiui, glicino šoninė grandinė susideda iš vieno vandenilio atomo, todėl jis struktūriškai yra mažesnis už kitas standartines amino rūgštis. Tuo tarpu cisteinas turi šoninę grandinę su sieros atomu, kuris gali dalyvauti disulfidinių tiltelių formavime.

Kitos aminorūgštys gali turėti aromatines, rūgštines, bazines, polarias arba, visų pirma, nepolarias šonines grandines.

Šie skirtumai padeda suprasti, kodėl vienos aminorūgšties pakeitimas kita gali pakeisti peptido ar baltymo savybes. Molekulės skeletas gali ir toliau būti sujungtas tomis pačiomis peptidinėmis jungtimis, tačiau keičiasi cheminės savybės, kurias lemia konkrečių šoninių grandinių buvimas.

Amino rūgštis taip pat gali būti ir dalyvauti medžiagų apykaitoje nepriklausomai nuo peptido ar baltymo.

Laisvosios aminorūgštys yra atskiri molekulės.

Įsiliejusios į peptidinę ar baltymų grandinę, atskiros dalys tiksliau apibūdinamos kaip aminorūgščių likučiai.

Kasdieniame kalboje teiginys, kad baltymas yra „aminorūgščių grandinė”, yra suprantamas. Tačiau struktūrinės chemijos požiūriu tikslesnis yra terminas „aminorūgščių likučių grandinė”, nes įtraukus aminorūgštį į grandinę, pasikeičia jos cheminis kontekstas.

Peptidai susideda iš aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais

Tipiniame peptidiniame karkase vienos liekanos karboksilinės grupės karbonilo grupės anglies atomas yra susietas su azoto atomu, susijusiu su kita liekana.

Ši kovalentinė amidinė jungtis vadinama peptidiniu junginiu.

Sujungus du likučius, susidaro dipeptido.

Tris likučius sudaro tripeptidas.

Keturi sudaro tetrapeptidas, o tolesnis grandinės pailginimas lemia vis ilgesnių peptidų ir polipeptidų, pagrįstų tuo pačiu bendru cheminio karkaso tipu, susidarymą.

Susidariusi molekulė yra kažkas daugiau nei tik jos sudedamųjų dalių visuma.

Mišinys, kuriame yra atskirų glicino ir alanino molekulių, chemiškai skiriasi nuo dipeptido glicilalanino.

Sujungta molekulė turi:

• nustatytą seką;
• apibrėžti kovalentiniai ryšiai;
• nustatytos galutinės grupės;
• savo molekulinę masę;
• galimos konformacijos;
• cheminės savybės, besiskiriančios nuo atskirų aminorūgščių savybių.

Pakeitus tvarką, susidaro alanilglicinai.

Glicilalaninas ir alanilglicinas susideda iš tų pačių rūšių aminorūgščių, tačiau jų seka skiriasi.

Šis paprastas pavyzdys iliustruoja vieną iš pagrindinių peptidų chemijos dėsnių:

Amino rūgščių sudėtis nėra tas pats, kas amino rūgščių seka.

Peptidiniai ryšiai taip pat pasižymi būdingomis struktūrinėmis savybėmis. Jų elektroninė konfigūracija riboja sukimąsi aplink anglies–azoto ryšį pagrindinėje grandinėje, o kaimyniniai ryšiai lemia didžiąją dalį grandinės konformacinio lankstumo.

Eksperimentiniai ir skaičiavimo tyrimai rodo, kad peptidų grupė yra beveik plokščia, nors galimi nedideli nukrypimai nuo idealios plokštumos. [4]

Baltymai susideda iš vienos ar daugiau polipeptidinių grandinių

Baltymai paprastai apibrėžiami kaip biologinės makromolekulės, sudarytos iš vienos ar kelių polipeptidinių grandinių.

Šias grandines gali sudaryti:

• kompaktiškos globulinės struktūros;
• ištęstos struktūros;
• su membranomis susijusios struktūros;
• lankstūs regionai;
• viduje nesusisteminti regionai;
• kompleksai, sudaryti iš kelių grandinių;
• įvairių konstrukcinių elementų deriniai.

Kai kurie baltymai taip pat turi prijungtų angliavandenių, lipidų, metalų jonų, prostetinių grupių, kovalentinių modifikacijų ar kitų su jais susijusių sudedamųjų dalių.

Taigi, tam tikros molekulės pavadinimas „baltymas“ paprastai suteikia daugiau informacijos nei vien tik teiginys apie peptidinių ryšių buvimą.

Šis terminas įtraukia dalelę į platesnį struktūrinėje ir biologinėje aplinkoje.

Tačiau tai nereiškia, kad kiekviena molekulė, vadinama baltymu, privalo turėti:

• nustatytą minimalų ilgį;
• vieną nuolatinę standžią struktūrą;
• tik viena polipeptidinė grandinė;
• fermentų aktyvumą;
• viena konkreti biologinė funkcija.

Geras pavyzdys yra KISS1 baltymas.

Tyrėjai, be kita ko, pasinaudojo branduolinio magnetinio rezonanso ir mažo kampo rentgeno spindulių sklaidos metodais, kad apibūdintų KISS1 kaip viduje netvarkingą baltymą, kuris yra šiek tiek labiau ištemptas nei tipiškas statistinis polimerinis gniužulėlis. Taigi jo klasifikavimas kaip baltymo nepriklauso nuo vienos kompaktiškos ir stabilios struktūros buvimo. [3]

Amino rūgštys, peptidai ir baltymai – palyginimas

Lentelėje pateikiami įprasti skirtumai, tačiau joje nenustatoma viena oficiali riba, galiojanti visoms dalelėms.

Trumpų, tvarkingų molekulių ir viduje netvarkingų baltymų pavyzdžiai rodo, kur supaprastintos apibrėžtys reikalauja papildomo paaiškinimo. [1] [2] [3]

Koks polimeras susidaro iš aminorūgščių?

Kai daug aminorūgščių likučių sujungiami pasikartojančiu skeletu, kuriame yra peptidinių ryšių, susidaro polipeptidas.

Baltyme gali būti viena polipeptidinė grandinė arba kelios grandinės, sujungtos į didesnę struktūrą.

Taigi šios sąvokos pabrėžia šiek tiek kitokias savybes:

polipeptidas visų pirma susijęs su grandinės cheminiu sudėjimu;

baltymas paprastai apibūdina visą biologinę dalelę arba molekulinį kompleksą.

Šis skirtumas yra naudingas skaitant mokslinius straipsnius.

Viename darbe autoriai gali aprašyti polipeptido sintezę, dar nenustatę jo erdvinės struktūros ar biologinio aktyvumo. Kitame darbe jie gali analizuoti baltymą, sudarytą iš kelių polipeptidinių grandinių.

Nė vienu iš šių atvejų tai nereiškia, kad pasikeistų pagrindinė aminorūgščių cheminė sudėtis.

Tyrime, kuriame buvo lyginama bakterinė ekspresija su peptidų sinteze kietojoje fazėje, buvo analizuojami 20–40 likučių ilgio „polipeptidai ir minibaltymai”. Naudota terminologija rodo, kad šie terminai gali iš dalies sutapti, priklausomai nuo ilgio, struktūrinių savybių ir mokslinio konteksto. [5]

Grandinės ilgis ir klasifikacija

Ką reiškia dipeptidas, tripeptidas, oligopeptidas ir polipeptidas?

Dipeptidas sudėtyje yra du aminorūgščių likučiai.

Tripeptidas jame yra trys.

Atitinkamai tetrapeptidas ir pentapeptidas susideda iš keturių ir penkių likučių.

Šie pavadinimai leidžia tiksliai nustatyti likučių skaičių, jei jie susiję su visa analizuojama grandine.

Oligopeptidas paprastai reiškia palyginti trumpą grandinę.

Polipeptidas pabrėžia, kad vienoje grandinėje yra daug aminorūgščių likučių, ir dažnai, nors ne visada, šis terminas vartojamas kalbant apie ilgesnes sekas.

Skaičiaviminės ribos tarp tokių terminų kaip oligopeptidas, peptidas ir polipeptidas skiriasi priklausomai nuo mokslo srities ir publikacijos.

Todėl tikroji seka arba autorių nurodytas likučių skaičius yra patikimesnis nei prielaida, kad visi tyrėjai laikosi tos pačios konvencijos.

Tipinėje nesusiskirsčiusioje, linijinėje grandinėje, kurioje yra likusi dalis yra:

n − 1 peptidinių ryšių pagrindinėje grandinėje.

Taigi tripeptidas susideda iš trijų likučių, bet turi dvi peptidines jungtis.

Atviras grandinė, sudaryta iš dešimties likučių, turi devynis tokius ryšius.

Šis ryšys susijęs su vienu atviru grandinės elementu.

Ciklinis peptidas, uždaromas sujungus N- ir C-galus, turi papildomą ryšį, uždarantį jo skeletą, todėl, jei jame yra n likučių, jo skelete yra n peptidinių ryšių.

Ryšius, susidarančius tarp šoninių grandinių, reikia analizuoti atskirai.

Ar 50 aminorūgščių yra riba tarp peptido ir baltymo?

Ilgis maždaug 50 aminorūgščių liekanų ji kartais naudojama kaip praktiška mokymo priemonė, padedanti atskirti peptidus nuo baltymų.

Tačiau tai nėra visuotinai galiojantis chemijos dėsnis.

Perėjimas nuo 50 iki 51 likučių nesukelia jokios staigios cheminės reakcijos, kuri automatiškai paverstų peptidą baltymu.

Atskiros mokslo sritys šias sąvokas taiko šiek tiek skirtingai, o kai kurios molekulės išlaiko istoriškai nusistovėjusius pavadinimus, kurie neatitinka paprastos skaičiuminės ribos.

Geras pavyzdys yra CLN025.

CLN025 sudaro vos dešimt likučių, tačiau mokslininkai jį apibūdino kaip minibaltymas ir analizavo jo beta-hairpin struktūrą, naudodami spektroskopiją ir molekulinę dinamiką. Nedidelis ilgis nesutrukdė jam įgauti tvarkingą konformaciją tiriamomis sąlygomis. [1]

Tai nereiškia, kad kiekvieną iš dešimties likučių sudarytą peptidą reikėtų vadinti baltymu.

Tačiau tai parodo, kodėl pernelyg kategoriški teiginiai, tokie kaip:

„Kiekviename baltyme yra daugiau nei 50 aminorūgščių”

arba

„Kiekviena grandinė, kurioje yra mažiau nei 50 aminorūgščių, yra netvarkingas peptidas”

yra pernelyg supaprastinti.

Tikslesnis požiūris – laikyti liekanų skaičių viena iš kelių molekulę apibūdinančių savybių.

Trumpas peptidas taip pat gali būti vadinamas polipeptidu

Kitas geras pavyzdys – „Kalata B1“.

Pirminiame struktūriniame tyrime ši 29 likučių augalinė molekulė buvo apibūdinta kaip polipeptidas, buvo patvirtintas jos ciklinis karkasas ir ištirta trimatė struktūra. [2]

Taigi ji apima:

• palyginti trumpą seką;
• ciklinę skeleto struktūrą;
• papildomi kovalentiniai apribojimai;
• sistemingą erdvinę struktūrą.

Taigi terminas „polipeptidas“ nebūtinai reiškia labai didelę molekulę.

Priklausomai nuo konteksto, tai gali tiesiog pabrėžti, kad analizuojama molekulė yra aminorūgščių likučių grandinė.

Todėl, interpretuojant mokslinę literatūrą, verta patikrinti tikrąją seką, likučių skaičių, molekulinę struktūrą ir eksperimentinius rezultatus, o ne priskirti papildomos reikšmės vien tik pavartotam pavadinimui.

Liekanų skaičius ir molekulinė masė – tai du skirtingi matavimo vienetai

Likusių skaičius nustato, kiek aminorūgščių vienetų yra molekulėje.

Tuo tarpu molekulinė masė apibūdina visos dalelės masę molekuliniu lygmeniu.

Šios vertybės yra tarpusavyje susijusios, tačiau nėra lygiavertės.

Atskiri aminorūgščių likučiai turi skirtingą masę. Taigi dvi grandinės, kuriose yra vienodas likučių skaičius, gali turėti skirtingą molekulinę masę, jei skiriasi jų seka.

Cheminiai pakeitimai taip pat gali turėti įtakos masei.

Prijungus angliavandenilį, lipidą, fosfato grupę, galinę modifikaciją ar kitą sudedamąją dalį, galima padidinti molekulės masę nepadidinant amino rūgščių skaičiaus jos skeletėje.

Be to, baltymas gali susidėti iš kelių grandinių.

Taigi bendras likučių skaičius visame baltyme gali skirtis nuo kiekvienos atskiros grandinės ilgio.

Tikslus mokslinis aprašymas turėtų nurodyti, ar pateikta vertė susijusi su:

• vienos grandinės ilgio;
• bendras likučių skaičius komplekse;
• vienos grandinės molekulinė masė;
• viso molekulinio komplekso masės.

Nė vienas iš šių parametrų savaime nenurodo biologinio aktyvumo ar įrodymų, susijusių su deklaruojamu molekulės poveikiu, kokybės.

Reikia apskaičiuoti tikrąją molekulinę formą, kuriai taikoma analizė

Prekursoriaus ir jo perdirbimo produktų neturėtų būti automatiškai laikomi ta pačia molekuline seka.

Pavyzdžiui proinsulinas yra perdirbama per tarpinės formos į insuliną ir C-peptidą.

Analitinė apžvalga apie proinsulino skilimo produktus parodo, kodėl šių formų atskyrimas yra svarbus interpretuojant matavimo rezultatus. [6]

Be to, insulino išskiriančiose granulėse esančio fermento tyrimai parodė, kad atliekant šį bandymą iš proinsulino kilusių substratų selektyviai pašalinami šarminiai likučiai, o subrendęs insulinas toliau neskaidomas. [7]

Tai buvo eksperimentas, susijęs su biocheminiu apdorojimu, o ne įrodymas, kad visi peptidai skaidomi pagal tą pačią schemą.

Jei publikacijoje nurodytas peptido ilgis, masė, koncentracija ar aktyvumas, verta išsiaiškinti, ar tiriamasis dydis susijęs su:

• prekursoriaus;
• tarpinė forma;
• subrendusio peptido;
• skilimo proceso metu susidariusio fragmento;
• vienos grandinės iš daugia grandžių molekulės;
• viso molekulinio komplekso.

Nesant tokio atskyrimo, du moksliškai teisingi aprašymai gali iš pirmo žvilgsnio prieštarauti vienas kitam, nors iš tikrųjų jie susiję su skirtingomis tos pačios arba susijusios molekulės formomis.

Struktūra, raukšlėtumas ir biologinė funkcija

Pirminė struktūra: viskas prasideda nuo sekos

Pirminė struktūra reiškia aminorūgščių seką, o išsamesniame cheminiame aprašyme – taip pat svarbias kovalentines jungtis.

Liekalų tipas ir seka nulemia, kokios šoninės grandinės yra prieinamos ir kuriose skeleto vietose jos yra.

Taigi sekos negalima tapatinti su sudėtimi.

Dvi grandinės gali turėti tiksliai tokių pačių rūšių ir skaičių aminorūgščių, tačiau jos gali būti išdėstytos skirtinga tvarka.

Eilės tvarkos pakeitimas gali turėti įtakos, be kita ko:

• krovinio išdėstymas;
• hidrofobinių sričių išdėstymas;
• vietinis lankstumas;
• galimi vandenilinių ryšių modeliai;
• polinkį formuoti tam tikras antrines struktūras;
• atpažinimas kitų molekulių;
• biologinį aktyvumą.

Taigi pilna seka suteikia žymiai daugiau informacijos nei paprastas molekulėje esančių aminorūgščių sąrašas.

Sekos pokyčiai taip pat gali turėti įtakos ryšiui tarp molekulės prisijungimo ir biologinio atsako.

Tyrime, skirtame augalinio signalinio peptido tyrimui sistemos buvo įrodyta, kad skirtingi sekvencijos regionai skirtingai dalyvavo receptoriaus prisijungime ir jo aktyvacijoje. Visa molekulė ir jos trumpesni fragmentai nebuvo funkcionaliai lygiaverčiai. [8]

Antrinė, tretinė ir ketvirtinė struktūra

Antrinė struktūra aprašo pasikartojančius lokalius skeleto išdėstymus, pavyzdžiui, alfa-spirales ir beta-lankstus.

Jų susidarymui palankias sąlygas sudaro, be kita ko, tvarkingos vandenilinių ryšių struktūros karkase.

Tačiau jos nesusidaro pakeičiant peptidinius ryšius, atsakingus už pirminę struktūrą.

Tretinio lygio struktūra aprašo platesnę, trimatę vienos polipeptidinės grandinės struktūrą.

Ketvirtinė struktūra susijęs su kelių polipeptidinių grandinių išdėstymu didesniame molekuliniame komplekse.

Taigi iš vienos grandinės sudarytas baltymas nebūtinai turi turėti ketvirtinę struktūrą.

Be to, trumpas peptidas nebūtinai turi pasižymėti visais struktūrinės organizacijos lygmenimis, kad turėtų tam tikras biologines savybes.

Molekulinės struktūros formavimuisi gali turėti įtakos, be kita ko:

• vandenilio ryšiai;
• elektrostatiniai poveikiai;
• van der Waals jėgos;
• hidrofobinis poveikis;
• aromatiniai poveikiai;
• metalų jonų koordinacija tam tikrose molekulėse;
• kovalentinės skersinės jungtys, pavyzdžiui, disulfidiniai tiltai.

Disulfidiniai tiltai, jei jų yra, jungia sieros atomus, kilusius iš cisteino likučių.

Jie chemiškai skiriasi nuo peptidinių ryšių, sudarančių grandinės pagrindą.

Sintetinio tyrimo galvijų kasos tripsino inhibitorius (BPTI) gerai iliustruoja skirtumą tarp grandinės susidarymo ir jos tinkamai susiraukšlėjusios bei aktyvios formos įgijimo.

Mokslininkai chemiškai sintezavo linijinę seką, po to atliko oksidacijos ir sulankstymo procesą, taip gaudami medžiagą, kuri pagal aprašytus struktūrinius ir funkcinius tyrimus atitinka natūralų baltymą. [9]

Ar peptidai gali turėti stabilią trimatę struktūrą?

Taip.

Trumpas grandynas nebūtinai reiškia, kad molekulė neturi tvarkingos struktūros.

CLN025 tiriamose aplinkose sudarė beta-hairpin struktūrą, o ciklinis kalatas B1 pasižymėjo tvarkinga struktūra, nepaisant to, kad jį sudarė vos 29 likučiai. [1] [2]

Tačiau tai yra stebėjimai, susiję su konkrečiomis dalelėmis.

Tai nereiškia, kad kiekvienas trumpas peptidas sudaro vienodai stabilią struktūrą.

Tai, ar konkretus peptidas įgyja tvarkingą konformaciją, priklauso, be kita ko, nuo:

• sekvencijos;
• sąveikos tarp likučių;
• apribojimų, susijusių su cikliškumu;
• disulfidinių tiltelių;
• tirpiklio;
• temperatūros;
• koncentracijos;
• esant privalomiems partneriams;
• cheminių modifikacijų.

Ypač svarbi gali būti aplinka.

Sintetinio tyrimo metu neuropeptido Y, susidedančio iš 36 likučių, konformacija buvo tirta tirpiklių mišinyje, kurio pagrindinę dalį sudarė trifluoroetanolis. C-galo srityje buvo pastebėta spiralės forma, tuo tarpu N-galo dalis neturėjo panašaus reguliaraus struktūros pobūdžio. [10]

Tokioje aplinkoje atlikto stebėjimo rezultatai neturėtų būti pateikiami kaip įrodymas, kad peptidas visomis biologinėmis sąlygomis įgyja būtent tokią pačią struktūrą.

Todėl interpretuojant struktūrinius tyrimus reikia atkreipti dėmesį į eksperimentines sąlygas.

Teiginys:

„Tiriamomis sąlygomis peptidas sudarė spiralę”

yra moksliškai tikslesnis nei:

„Peptidas visada turi spiralės formos struktūrą”.

Ar visi baltymai turi vieną pastovią struktūrą?

Ne.

Daugelis baltymų turi stabiliai susiraukšlėjusius domenus, tačiau kiti turi plačius viduje nesusisteminti regionai, o kai kurios gali būti labai netvarkingos.

Tokios dalelės egzistuoja kaip dinamiški įvairių konformacijų junginiai, o ne visą laiką išlieka vienoje nelanksčioje trimatėje struktūroje.

KISS1 tyrimai yra tiesioginis tokios situacijos pavyzdys.

Rezultatai, gauti taikant keletą eksperimentinių metodų, patvirtino jo vidinį netvarkingumą. [3]

Tai rodo supaprastinto švietimo modelio ribotumą, kuriame kiekvienas baltymas vaizduojamas kaip kompaktiška ir nejudanti molekulė.

Tačiau tai nereiškia, kad viduje netvarkingas baltymas negali pasižymėti struktūra, sąveikų specifiškumu ar biologine reikšme.

Vidaus netvarką taip pat reikia atskirti nuo denatūracijos.

Tai gali būti natūrali tam tikros sekos savybė tam tikromis sąlygomis.

Denatūracija, savo ruožtu, reiškia esamos molekulės struktūrinės organizacijos sutrikimą.

Nė vienas iš šių reiškinių savaime nereiškia peptidinių ryšių hidrolizės ar molekulės skilimo į laisvas aminorūgštis.

Ši funkcija priklauso nuo konkrečios molekulės

Amino rūgštys, peptidai ir baltymai dalyvauja daugelyje tarpusavyje persipinančių biologinių procesų, tačiau priklausymas vienai iš šių kategorijų nereiškia, kad jie veikia kartu.

Signalinis peptidas, intracelulinis tripeptidas, fermentas ir struktūrinis baltymas gali būti sudaryti iš aminorūgščių likučių, tačiau tuo pačiu metu atlikti visiškai skirtingas funkcijas.

Pavyzdžiui, fiziologiniame tyrime su žmonėmis buvo analizuojama GLP-1(7–36) kaip inkretiną, o septyniems savanoriams buvo matuojami atsakai infuzijos metu. [11]

Tyrimas buvo susijęs su konkrečiu signaliniu molekuliu ir konkrečiu eksperimentiniu protokolu.

Tai neleidžia daryti išvados, kad kiti peptidai sukelia tokį patį poveikį insulino išsiskyrimui.

Kitas pavyzdys yra glutationas.

Tai yra tripeptidas, dalyvaujantis ląstelių redokso procesuose. Viename iš tyrimų buvo panaudotas izotopais pažymėtas vanduo, siekiant įvertinti glutationo sintezę triušiuose, ir buvo parodyta, kad net labai mažas peptidas gali būti tiriamas kaip metaboliniu būdu reguliuojama molekulė. [12]

Tai buvo tyrimas, susijęs su biosinteze, o ne su maisto papildų vartojimu žmonėms.

Taigi, mokslo požiūriu, teisingas klausimas skamba taip:

Ką veikia būtent ši molekulė ar seka, kokiomis sąlygomis ir remiantis kokiais įrodymais?

Terminai „peptidas” ir „baltymas” padeda apibūdinti molekulinę tapatybę.

Jie nenurodo universalios biologinės funkcijos.

Grandinės nutrūkimas gali pakeisti jos tapatybę ir aktyvumą

Hidrolizė sukelia peptidinių ryšių skilimą.

Vienkartinis skilimas gali sukelti trumpesnių peptidų grandinių susidarymą, o pakankamai intensyvi hidrolizė galiausiai gali išlaisvinti atskiras aminorūgštis.

Vienas ilgo grandinės perpjovimas paprastai nesukelia visų jos likučių išsiskyrimo iš karto.

Biologinis molekulių apdorojimas gali pasinaudoti selektyviu skilimu, be kita ko, siekiant:

• prekursorių aktyvavimas;
• signalų sekų pašalinimas;
• funkcinių regionų atskyrimas;
• subrendusių peptidų susidarymo;
• veiklos pabaiga;
• molekulių, turinčių skirtingas biologines funkcijas, susidarymo.

Sistemino tyrimas rodo, kodėl neturėtų būti daroma prielaida, kad fragmentas automatiškai išlaiko motininės molekulės aktyvumą.

N-galinis regionas dalyvavo receptoriaus prisijungime, o C-galinis regionas buvo reikalingas jo aktyvacijai. Tyrimi fragmentai nesielgė tiesiog kaip trumpesnės pilnos signalinės molekulės versijos. [8]

Virškinimas yra dar vienas procesas, kurio metu keičiasi molekulinė tapatybė.

Tyrime su žmonėmis, suvartojus želatinos hidrolizatus, kraujyje buvo aptikti tam tikri iš kolageno kilę peptidai. [13]

Tai patvirtina konkrečių fragmentų buvimą šio tyrimo sąlygomis.

Tačiau tai nereiškia, kad:

• kiekvienas iš maisto gaunamas peptidas įsisavinamas nepakitęs;
• kiekvienas peptido fragmentas patiria virškinimo procesą;
• visi baltymų hidrolizatai veikia vienodai;
• Jau vien peptido fragmento aptikimas patvirtina tam tikrą naudą sveikatai.

Kodėl riba tarp peptido ir baltymo nėra aiški?

Įvairūs terminai atsako į įvairius klausimus

Terminai „peptidas“, „polipeptidas“ ir „baltymas“ iš dalies sutampa, nes dažnai pabrėžia skirtingas molekulės savybes.

Peptidas dažniausiai tai reiškia, kad grandinė yra palyginti trumpa.

Polipeptidas pabrėžia aminorūgščių grandinės cheminį pobūdį.

Baltymai paprastai reiškia konkrečią biologinę molekulę, molekulinį kompleksą arba vienetą, turintį nustatytą struktūrinį ir funkcinį kontekstą.

Kadangi šios sąvokos atsako į šiek tiek skirtingus aprašomuosius klausimus, jų reikšmės gali iš dalies sutapti.

Tačiau tai nereiškia, kad visos skirtumai išnyksta.

Laisva aminorūgštis yra chemiškai kitokia molekulė nei sujungta grandinė.

Iš dviejų likučių sudarytas dipeptidas yra žymiai mažesnis ir struktūriškai paprastesnis už didelį baltymų kompleksą, sudarytą iš daugybės grandinių.

Nesąmonė dažniausiai kyla tada, kai bandoma nustatyti vieną universalią skaičiavimo ribą skiriančią visus peptidus nuo visų baltymų.

Moksliniai pavyzdžiai, iliustruojantys paprastų taisyklių ribotumą

Šie pavyzdžiai paimti iš struktūrinių, sintetinių ir biocheminių tyrimų, o ne iš leidinio, kuriame nustatoma viena oficiali klasifikacinė riba.

Jų reikšmė pirmiausia yra ta, kad jos parodo pernelyg supaprastintų apibrėžimų ribotumą. [1] [2] [3] [7] [9]

Klasifikacijai lemiama nėra tai, ar medžiaga yra natūralios ar sintetinės kilmės

Peptidas nėra apibrėžiamas tuo, kad buvo pagamintas laboratorijoje.

Panašiai, baltymas nėra apibrėžiamas tuo, kad jis buvo išskirtas iš gyvo organizmo.

Ląstelės natūraliai sintezuoja peptidus ir baltymus, o mokslininkai gali gauti daug aminorūgščių grandinių šiais būdais:

• cheminę sintezę;
• rekombinuotą ekspresiją;
• be ląstelių sintezę;
• kitos kontroliuojamos gamybos sistemos.

Tyrimas, kuriame buvo lyginama bakterinė ekspresija su sinteze kietojoje fazėje sekvencijoms, turinčioms 20–40 likučių, parodė, kad gamybos metodo pasirinkimas priklauso, be kita ko, nuo konkrečios sekvencijos ir tyrimų reikalavimų. [5]

Molekulė nepereina į kitą cheminę kategoriją vien dėl to, kad buvo pakeistas jos gamybos būdas.

Be to, sintetinio BPTI tyrimai rodo, kad cheminės sintezės būdu galima gauti molekulę, klasifikuojamą kaip baltymą. [9]

Pats terminas sintetinis tai nepatvirtina visiško molekulinio lygiavertiškumo, tačiau sintetinė kilmė taip pat neatmeta galimybės jį klasifikuoti kaip baltymą.

Kaip tiksliai apibūdinti molekulę?

Naudingame moksliniame aprašyme turėtų būti nurodytas molekulės pavadinimas, o tam tikrais atvejais taip pat:

• aminorūgščių seką;
• likučių skaičių;
• molekulinę masę;
• informaciją, ar struktūra yra linijinė, ar ciklinė;
• grandinžių skaičių;
• svarbūs kovalentiniai skersiniai ryšiai;
• cheminiai arba potransliaciniai pakeitimai;
• eksperimentais patvirtintos struktūrinės savybės;
• patvirtintą biologinę funkciją.

Pavyzdžiui, terminas:

„dešimties likučių peptidas, tiriamas kaip ”beta-hairpin“ struktūros minibaltymas“

suteikia žymiai daugiau informacijos nei ginčas dėl to, ar molekulė turi priklausyti išimtinai peptidų ar baltymų kategorijai.

Panašiai ir terminas:

„viduje netvarkingas baltymas”

tai yra moksliškai teisingas apibūdinimas, o ne prieštaravimas. [1] [3]

Šis skirtumas yra ypač svarbus aiškinant teiginius apie biologinį poveikį.

Įrodymų, susijusių su vienu peptidu, negalima automatiškai taikyti kitam vien dėl to, kad abi molekulės yra trumpi aminorūgščių likučių grandinės.

Klasifikacija leidžia mums suprasti, su kokios rūšies molekule turime reikalų. Tačiau norint nustatyti, ką konkrečiai daro ta molekule, reikia atlikti tyrimus, susijusius būtent su ta seka ir ta molekuline forma.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Ar visi peptidai yra baltymai?

Ne. Peptidai ir baltymai turi bendrą cheminę pagrindą – aminorūgščių grandines, tačiau ne kiekvienas peptidas priskiriamas baltymų grupei. Trumpi grandynai paprastai vadinami peptidais, o terminas „baltymas” apima ir biologinį, struktūrinį bei istorinį kontekstą. CLN025 iliustruoja, kodėl sunku nustatyti griežtą ribą: mokslininkai šią dešimties likučių seką apibūdino kaip mini-baltymą, turintį tvarkingą beta-šukos struktūrą. Tačiau tai nereiškia, kad kiekvienas trumpas peptidas yra baltymas. Tai tik rodo, kad šios sąvokos iš dalies sutampa ir joks atskiras likučių skaičius neišsprendžia visų klasifikavimo atvejų. [1]

2. Ar peptidai yra tas pats, kas aminorūgštys?

Ne. Aminorūgštys yra atskiri molekuliniai vienetai, o peptidai susideda iš aminorūgščių likučių, sujungtų peptidiniais ryšiais. Aminorūgščių sujungimas lemia molekulės, turinčios savitą seką, grandinės galus, kovalentinius ryšius ir chemines savybes, susidarymą. Taigi tai nėra vien tik pirminių aminorūgščių mišinys. Sistemino tyrimai rodo konkrečios sekos svarbą: skirtingos sujungto peptido dalys skirtingai dalyvavo receptoriaus prisijungime ir aktyvacijoje. Rezultatai susiję su konkrečia augalų sistema, tačiau gerai iliustruoja bendrą principą, kad peptido tapatybė priklauso nuo jo sujungtos molekulinės struktūros. [8]

3. Koks polimeras susidaro iš aminorūgščių?

Grandinė, susidariusi sujungus aminorūgščių likučius peptidiniais ryšiais, vadinama polipeptidas. Viena ar daugiau polipeptidinių grandinių gali sudaryti baltymą, nors pats terminas „polipeptidas” nenurodo konkrečios erdvinės struktūros ar biologinės funkcijos. Literatūroje šis terminas taip pat buvo vartojamas apibūdinti palyginti trumpoms sekvencijoms, sudarytoms iš 20–40 likučių. Taigi tiksliausias bendras atsakymas yra „polipeptidas”, o terminas „baltymas“ vartojamas tada, kai jis atitinka platesnę tam tikros molekulės ar komplekso biologinę tapatybę. [5]

4. Kuo aminorūgštis skiriasi nuo likusios aminorūgšties dalies?

Aminorūgštis yra atskira molekulė, sudaranti struktūrinį elementą, o aminorūgšties likutis – tai jai atitinkantis elementas, įtrauktas į peptidinę arba baltymų grandinę. Skirtumas kyla dėl šio elemento dalyvavimo skeleto jungtyse ir jo konkrečios padėties sekoje. Atliekant peptidų struktūrinius tyrimus dažnai kalbama apie atskirų likučių padėtis, nes jos daro įtaką vietinei geometrijai ir molekulinėms sąveikoms. Kasdieniame kalboje sąvoka „aminorūgštys baltyme” yra suprantama, tačiau terminas „aminorūgšties likutis” yra chemiškai tikslesnis, kai kalbama apie gatavą grandinę. [4]

5. Ar polipeptidas visada yra baltymas?

Ne. Polipeptidas pirmiausia apibūdina aminorūgščių grandinę ir nebūtinai reiškia, kad molekulė klasifikuojama kaip baltymas. Šis terminas vartojamas tyrinėjant palyginti trumpas molekules, pavyzdžiui, 29 likučių kalatą B1, taip pat darbuose, susijusiuose su 20–40 likučių sekomis. Šio termino vartojimas priklauso nuo mokslo srities, todėl pats žodis „polipeptidas” nenurodo pastovaus ilgio, patvirtintos konformacijos ar biologinės funkcijos. Geriausia jį laikyti grandinės cheminės prigimties apibūdinimu, o kitas savybes nustatyti remiantis konkrečios molekulės tyrimais. [2] [5]

6. Kiek amino rūgščių turi būti baltyme?

Nėra vieno minimalaus likučių skaičiaus, kuris tiktų visais atvejais. Ilgiu grindžiamos taisyklės yra naudingos mokymo ir klasifikavimo tikslais, tačiau yra pripažintų išimčių. Pavyzdžiui, CLN025 sudaro dešimt likučių, tačiau jis vis tiek buvo tiriamas kaip susistemintas minibaltymas su beta-plaukų segtuko struktūra. Tai nereiškia, kad praktinis trumpų peptidų ir didesnių baltymų atskyrimas yra bevertis. Tai tik rodo, kad geriausia nurodyti tikrąjį likučių skaičių, o ne pateikti vieną ribą kaip visuotinę pavadinimų suteikimo taisyklę. [1]

7. Ar 50 aminorūgščių riba yra griežta mokslinė taisyklė?

Ne. Ribos, siekiančios apie 50 likučių, yra praktinė konvencija, taikoma tam tikruose kontekstuose, o ne visuotinis chemijos dėsnis. Peptidinių ryšių chemija staiga nepasikeičia, kai skaičius padidėja nuo 50 iki 51 likučio. Tyrimai, kuriuose trumpos grandinės apibūdinamos kaip „minibaltymai“ arba „polipeptidai“, rodo, kad terminologija taip pat gali priklausyti nuo struktūros, biologinio konteksto ir mokslinių tyrimų tradicijų. Įvairios sritys gali taikyti skirtingus operacinius apibrėžimus, todėl skaičiaviminė riba turėtų būti pateikiama kaip konvencija, o ne kaip absoliuti taisyklė. [1] [5]

8. Ar trumpas peptidas gali suformuoti stabilią struktūrą?

Taip. Kai kurie trumpi peptidai tinkamomis sąlygomis gali įgauti tvarkingą struktūrą. CLN025 buvo tiriamas kaip dešimties likučių beta-šukos struktūra, o ciklinis kalatas B1 pasižymėjo tvarkinga struktūra, nepaisant to, kad jį sudarė tik 29 likučiai. Šie rezultatai rodo konkrečių sekų galimybes, o ne visų trumpų peptidų. Susidarymas priklauso, be kita ko, nuo sekos, molekulių apribojimų, tirpiklio, temperatūros, koncentracijos ir modifikacijų. Todėl struktūrinį stabilumą reikia vertinti atsižvelgiant į konkrečią molekulę ir eksperimentinę aplinką. [1] [2]

9. Ar visi baltymai turi pastovią trimatę formą?

Ne. Kai kurie baltymai arba jų sritys yra viduje netvarkingos ir egzistuoja kaip dinamiški kompleksai, turintys įvairias konformacijas, o ne kaip viena stabili, kompaktiška struktūra. KISS1 tyrimai patvirtino būtent tokią būseną. Tai nereiškia, kad visi baltymai yra netvarkingi, nei kad netvarkingumas yra lygiavertis pažeidimui. Baltymų struktūra apima spektrą nuo stabilių susiraukšlėjusių domenų iki lanksčių sričių ir dinamiškų konformacinių kompleksų. Tinkamas apibūdinimas priklauso nuo konkrečios molekulės ir eksperimentinių sąlygų. [3]

10. Ar du vienodo ilgio peptidai gali veikti skirtingai?

Taip. Tas pats likučių skaičius nereiškia, kad seka, struktūra, cheminė sudėtis ar biologinis aktyvumas yra tokie patys. Šoninių grandinių tipas ir aminorūgščių seka daro įtaką molekuliniams sąveikavimams. Systemino tyrimai parodė, kad skirtingi sekos fragmentai skirtingai dalyvavo receptoriaus jungimosi ir aktyvacijos procesuose. Tai nėra visų galimų to paties ilgio peptidų palyginimas, tačiau tai parodo, kodėl vien tik likučių skaičius neleidžia numatyti funkcijos. Lyginant du peptidus, reikia analizuoti jų seką, struktūrą ir tiesioginius eksperimentinius duomenis. [8]

11. Ar sunkesnė molekulė visada turi daugiau aminorūgščių?

Ne. Molekulinė masė priklauso nuo aminorūgščių likučių skaičiaus ir rūšies, taip pat nuo papildomų cheminių grupių buvimo. Du peptidai, turintys vienodą likučių skaičių, gali turėti skirtingą masę, nes atskiri aminorūgštys skiriasi savo mase. Cheminės modifikacijos gali papildomai padidinti masę, nepadidindamos likučių skaičiaus pagrindinėje grandinėje. Taigi likučių skaičius ir molekulinė masė apibūdina skirtingas savybes, ir nė viena iš jų atskirai nenustato universalios ribos tarp peptido ir baltymo.

12. Ar kiekvienas baltymas susideda tik iš vienos grandinės?

Ne. Baltymuose gali būti viena arba kelios tarpusavyje susijusios polipeptidinės grandinės. Taigi, vienos grandinės ilgis ir viso baltymo sudėtis yra atskiri duomenys. Geras biologinio apdorojimo pavyzdys yra insulinas: jo subrendusi forma susideda iš dviejų grandinių, sujungtų disulfidiniais tiltais, susidariusių apdorojus proinsuliną ir pašalinus C-peptidą. Tiriant konversijos produktus, šios formos skiriamos, o ne laikomos, kad pirmtakas ir subrendęs hormonas yra identiškos dalelės. Todėl nurodant likučių skaičių, reikia patikslinti, ar jis susijęs su viena grandine, visomis grandinėmis, pirmtaku ar subrendusia forma. [6] [7]

13. Ar peptidai ir baltymai atlieka tas pačias funkcijas?

Jos gali būti susijusios su panašiomis biologijos sritimis, tačiau atskiros molekulės atlieka skirtingas funkcijas. GLP-1 tyrimuose buvo analizuojamas konkretus peptidas, siekiant nustatyti jo inkretininį aktyvumą žmonėse, o glutationo tyrimai buvo susiję su tripeptido, dalyvaujančio ląstelių redokso procesuose, sinteze. Tai nereiškia, kad visi peptidai pasižymi bet kuriuo iš šių poveikių, kaip ir ne visi baltymai turi vieną bendrą funkciją. Moksliškai pagrįstas palyginimas turėtų apimti konkrečias molekules, jų sekas ir eksperimentais patvirtintas savybes. [11] [12]

14. Ar peptido fragmentas išlaiko pirminės molekulės funkciją?

Ne visada. Skaidymas gali pašalinti už jungimąsi atsakingą sritį, aktyvacijai reikalingą sritį, atskleisti naują fragmentą arba sukelti visiškai kitokią biologinę funkciją turinčio produkto susidarymą. Tyrime su sisteminu fragmentai tiesiog neatkūrė visų su receptoriaus prisijungimu ir aktyvacija susijusių savybių, stebėtų visos molekulės atveju. Rezultatas priklauso nuo konkrečios sekos ir jo negalima automatiškai taikyti visiems skilimo produktams. Fragmentas turėtų būti laikomas atskira molekuline forma, kuriai reikalingi savi duomenys apie struktūrą ir aktyvumą. [8]

15. Ar denatūracija paverčia baltymus į aminorūgštis?

Ne. Denatūracija sutrikdo aukštesnius baltymo struktūrinės organizacijos lygmenis, tačiau pagal apibrėžimą nereikalauja jo peptidinio karkaso suskaidymo. Trumpesnių peptidų ar laisvų aminorūgščių susidarymui reikalinga peptidinių ryšių hidrolizė, t. y. kitas cheminis procesas. Pats struktūrinis netvarkingumas taip pat nebūtinai reiškia skilimą, ko pavyzdys yra nepažeistas, viduje netvarkingas KISS1 baltymas. Labai agresyviomis sąlygomis denatūracija ir cheminis skilimas gali vykti tuo pačiu metu, tačiau tai vis tiek yra atskiri procesai: raukšlėtumo praradimas nėra tas pats, kas kovalentinės grandinės nutraukimas. [3]

16. Ar sintetinė molekulė vis tiek gali būti baltymas?

Taip. Cheminė sintezė neatmeta galimybės, kad molekulė būtų klasifikuojama kaip baltymas. Mokslininkai chemiškai sintezavo galvijų kasos tripsino inhibitorių, o po atitinkamo oksidavimo ir sulankstymo gavo medžiagą, atitinkančią natūralų baltymą aprašytuose analitiniuose ir funkciniuose palyginimuose, įskaitant slopinamąjį aktyvumą. Rezultatas priklausė nuo teisingos sekos sudėties, susilankstymo ir savybių ir nereiškia, kad kiekvienas sintetinis polipeptidas automatiškai įgauna tinkamą struktūrą. Klasifikaciją lemia molekulinė tapatybė ir kontekstas, o gamybos būdas yra atskiras bruožas. [9]

17. Ar maistiniai baltymai, baltymų hidrolizatai ir laisvosios aminorūgštys yra tas pats?

Ne. Maistiniai baltymai yra didesnės sujungtos molekulės, o baltymų hidrolizatai susideda iš skilimo produktų mišinių, tuo tarpu laisvosios aminorūgštys yra pavienės molekulinės dalelės. Taigi jų sudėtis ir molekulinės formos skiriasi. Tyrime su žmonėmis, suvartojus želatinos hidrolizatus, kraujyje buvo aptikti tam tikri iš kolageno kilę peptidai, o tai rodo, kad virškinimo ir įsisavinimo procese gali atsirasti identifikuojami peptidų fragmentai. Tačiau tyrimas nepatvirtino, kad visi peptidai visuotinai absorbuojami nepakitusia forma, taip pat nepatvirtino, kad visi baltyminiai produktai turi lygiavertį poveikį. [13]

18. Kuo peptidas skiriasi nuo polipeptido?

Abu terminai apibūdina aminorūgščių likučių grandines, sujungtas peptidiniais ryšiais. Terminas „peptidas” dažnai vartojamas kalbant apie palyginti trumpas grandines, o „polipeptidas” pabrėžia sudėtingą aminorūgščių grandinę ir kartais vartojamas kalbant apie ilgesnes sekas. Tačiau nėra vieno universalaus skaičiaus, kurį viršijus vieną terminą būtina pakeisti kitu. Tyrimai, kuriuose 29 likučių kalata B1 apibūdinama kaip polipeptidas, bei darbai, susiję su 20–40 likučių polipeptidais, rodo, kad ši terminologija yra neaiški. Todėl tikrasis likučių skaičius ir molekulinė struktūra yra informatyvesni nei griežtos ribos nustatymas. [2] [5]

19. Ar tie patys aminorūgštys gali sudaryti skirtingus peptidus?

Taip. Tas pats aminorūgščių rinkinys gali sudaryti skirtingus peptidus, jei pasikeičia jų seka. Pavyzdžiui, glicilalaninas ir alanilglicinas sudėtyje turi gliciną ir alaniną, tačiau pakeitus jų seką susidaro kitokia molekulinė seka. Ilgesniuose peptiduose sekos pasikeitimas gali paveikti krūvio pasiskirstymą, hidrofobines sritis, jungimosi paviršius ir struktūrines tendencijas. Todėl peptido tapatybė priklauso ne tik nuo to, kokių aminorūgščių jis sudėtyje turi, bet ir nuo jų sekos bei jungimosi būdo.

20. Kodėl seka yra svarbesnė už patį terminą „peptidas”?

Terminas „peptidas” apibūdina plačią cheminę kategoriją, o ne vieną biologinio aktyvumo rūšį. Du peptidai gali visiškai skirtis savo seka, ilgiu, struktūra, lokalizacija, apdorojimo būdu ir molekuliniais tikslais. Sistemino tyrimai eksperimentiniu būdu rodo, kad net skirtingi vienos molekulės regionai gali atlikti skirtingus vaidmenis receptoriaus prisijungime ir aktyvacijoje. [8] Dėl šios priežasties vieno peptido tyrimų rezultatų negalima perkelti kitam vien dėl to, kad abi dalelės priklauso tai pačiai kategorijai. Norint nustatyti biologinę funkciją, reikalingi duomenys apie konkrečią seką ir konkrečią dalelę.

Peptidų ir baltymų klasifikavimo apribojimai

Vartojant terminus „aminorūgštis“, „peptidas“, „polipeptidas“ ir „baltymas“, reikia nepamiršti kelių apribojimų.

Pirma, nėra vienos visiems atvejams tinkamos skaitmeninės ribos tarp peptido ir baltymo. Tokia riba, kaip antai 50 likučių, gali būti naudinga taisyklė, tačiau mokslinėje literatūroje randama akivaizdžių išimčių. [1] [2] [5]

Antra, struktūra taip pat nesudaro tiesios ribos. Kai kurie trumpi peptidai įgyja tvarkingą struktūrą, o kai kurie žinomi baltymai išlieka didžiąja dalimi viduje netvarkingi. [1] [2] [3]

Trečia, molekulinė masė ir likučių skaičius yra susiję, tačiau atskiri parametrai. Modifikacijos, įvairių tipų likučiai ir kelių grandinių buvimas gali keisti masę, tačiau to negalima tiesiogiai susieti su vienos grandinės ilgiu.

Ketvirta, reikia atskirti pradinę ir brandžią formas. Biologinis apdorojimas gali pakeisti grandinės ilgį, jungčių pobūdį ir molekulinę tapatybę; to pavyzdys yra proinsulino apdorojimas. [6] [7]

Penkta, Gamybos metodas nenustato klasifikacijos. Natūraliai susidarančios ir chemiškai sintezuotos molekulės gali turėti tą pačią pagrindinę molekulinę tapatybę, jei patvirtinta jų seka, struktūra ir kitos svarbios savybės. [5] [9]

Šešta, priklausymas kategorijai neleidžia numatyti biologinio poveikio. Peptidai neturi vieno bendro fiziologinio poveikio vien dėl to, kad yra peptidai, kaip ir visi baltymai neatlieka vienos funkcijos. [8] [11] [12]

Galiausiai struktūriniai stebėjimai turi būti interpretuojami atsižvelgiant į sąlygas, kuriomis jie buvo gauti. Peptidas, kuris viename tirpiklyje ar eksperimentinėje aplinkoje įgyja tam tikrą konformaciją, kitomis sąlygomis gali elgtis kitaip. [10]

Šie apribojimai nereiškia, kad terminologija yra nenaudinga. Jie, priešingai, parodo, kodėl ją geriausia taikyti kartu su išsamesniu molekulių savybių aprašymu.

Santrauka

Amino rūgštys, peptidai, polipeptidai ir baltymai priklauso tai pačiai plačiai cheminei hierarchijai, tačiau apibūdina skirtingus molekulinės organizacijos lygmenis.

Amino rūgštys yra atskiri statybiniai elementai.

Kai aminorūgščių likučiai kovalentiškai sujungiami peptidinėmis jungtimis, susidaro peptidai ir polipeptidinės grandinės.

Baltymai susideda iš vienos ar kelių tokių grandinių, nagrinėjamų platesniame struktūriniame ir biologiniame kontekste.

Perėjimas nuo aminorūgšties prie peptido yra aiškiai matomas cheminiu požiūriu, nes susidarius peptidiniam ryšiui susidaro nauja, sujungta molekulė.

Riba tarp peptido ir baltymo yra kur kas ne tokia aiški.

Grandinės ilgis suteikia naudingos aprašomosios informacijos, tačiau nėra vienos universalios likučių skaičiaus ribos, kuri leistų teisingai klasifikuoti kiekvieną molekulę. Dešimties likučių mini-baltymo CLN025, 29 likučių ciklinio kalato B1 ir viduje netvarkingo baltymo KISS1 tyrimai rodo, kodėl paprastoms taisyklėms reikalingas papildomas kontekstas. [1] [2] [3]

Struktūra taip pat nenustato universalios ribos. Trumpi peptidai gali įgauti tvarkingas konformacijas, o kai kurie baltymai gali pasižymėti dideliu netvarkingumu.

Be to, molekulinė masė, natūralios ar sintetinės kilmės pobūdis bei biologinė funkcija savaime nėra pakankami kriterijai, leidžiantys nustatyti, ar kiekvieną aminorūgščių grandinę reikėtų vadinti peptidu ar baltymu.

Todėl mokslinėje komunikacijoje informatyviausia yra tiksliai aprašyti konkrečios molekulės:

jos sekos, likučių skaičiaus, struktūros, modifikacijų, eksperimentiniu būdu nustatytos struktūros, perdirbimo laipsnio ir patvirtintų biologinių savybių.

Svarbiausią skirtumą galima apibendrinti taip:

aminorūgštys yra statybiniai elementai; peptidiniai ryšiai sujungia šiuos elementus į peptidus ir polipeptidines grandines; o baltymai yra biologinės molekulės, sudarytos iš vienos ar kelių tokių grandinių. Tačiau riba tarp peptido ir baltymo nustatoma remiantis moksline konvencija ir molekuliniu kontekstu, o ne vienu universaliu aminorūgščių skaičiumi.

Atsakomybės apribojimas

Šis straipsnis yra išimtinai švietimo ir mokslinio-informacinio pobūdžio. Jame aiškinama terminologija, molekulinė struktūra, peptidų ir baltymų klasifikacija, biologinis molekulių apdorojimas bei pateikiami pavyzdžiai iš paskelbtų tyrimų. Tai nėra medicininė ar mitybos konsultacija, gydymo nurodymai, produkto rekomendacija ar patarimas dėl peptidų, baltymų, aminorūgščių produktų, maisto papildų ar susijusių medžiagų vartojimo. Struktūrinių, biocheminių, gyvūnų ir žmonių tyrimų rezultatus reikia vertinti atsižvelgiant į konkrečių tyrimų metodus, sąlygas ir apribojimus.

Nuorodos

1. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F. ir Lovas, S. (2010). Beta-šakutės formą sudarančio minibaltymo CLN025 spektroskopinės savybės įvairiuose tirpikliuose. „Biopolymers“, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
2. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Gimdos susitraukimą skatinančio polipeptido „Kalata B1“ pirminės ir trimatės struktūros išaiškinimas. Biochemija, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
3. Ibanez de Opakua, A., Merino, N., Villate, M., Cordeiro, T. N., Ormaza, G., Sanchez-Carbayo, M., Diercks, T., Bernado, P., & Blanco, F. J. (2017). Metastazių slopintojas KISS1 yra iš prigimties netvarkingas baltymas, šiek tiek ilgesnis už atsitiktinę spiralę. PLOS ONE, 12(2), straipsnis e0172507. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
4. Improta, R., Vitagliano, L., ir Esposito, L. (2011). Peptidinių ryšių deformacijos, atsirandančios dėl plokštumybės: naujos įžvalgos, gautos remiantis kvantinės mechanikos skaičiavimais ir peptidų bei baltymų kristalinėmis struktūromis. PLOS ONE, 6(9), straipsnis e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
5. Straner, P., Taricska, N., Szabo, M., Toth, G. K., ir Perczel, A. (2016). 20–40 aminorūgščių ilgio polipeptidų ir minibaltymų ekspresija bakterijose ir (arba) kietosios fazės peptidų sintezė: B klasės GPCR ligandų atvejo tyrimas. „Current Protein & Peptide Science“, 17(2), 147–155. https://doi.org/10.2174/1389203716666151102105215
6. Linde, S., Welinder, B. S., ir Nielsen, J. H. (1993). Proinsulino ir jo konversijos produktų analizė taikant atvirkštinės fazės didelio našumo skysčių chromatografiją. „Journal of Chromatography“, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r
7. Davidson, H. W., ir Hutton, J. C. (1987). Insulino sekrecijos granulių karboksipeptidazė H. Jos gryninimas ir dalyvavimo proinsulino apdorojime įrodymas. „Biochemical Journal“, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
8. Meindl, T., Boller, T., ir Felix, G. (1998). Augalų žaizdų hormonas „systemin“ savo N-terminaliąja dalimi jungiasi prie receptoriaus, tačiau jo aktyvacijai reikalinga C-terminali dalis. „The Plant Cell“, 10(9), 1561–1570. https://doi.org/10.1105/tpc.10.9.1561
9. Ferrer, M., Woodward, C. ir Barany, G. (1992). Galvijų kasos tripsino inhibitorių (BPTI) ir dviejų jo analogų sintezė kietosios fazės metodu. Cheminis metodas, skirtas disulfidinių tiltelių vaidmeniui baltymų susilankstymo ir stabilumo procesuose įvertinti. „International Journal of Peptide and Protein Research“, 40(3–4), 194–207. „PubMed“ įrašas
10. Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H. ir Jung, G. (1992). Neuropeptidas Y. Optimizuota kietosios fazės sintezė ir konformacinė analizė trifluoroetanolyje. „European Journal of Biochemistry“, 206(1), 39–48. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1992.tb16899.x
11. Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., ir Bloom, S. R. (1987). Gliukagono tipo peptidas-1 7-36: fiziologinis inkretinas žmogaus organizme. „The Lancet“, 2(8571), 1300–1304. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(87)91194-9
12. Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). Glutationo sintezės įvertinimas naudojant deuteruotą vandenį: peptidų biosintezės modelis. „Analytical Biochemistry“, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042
13. Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). Maisto kilmės kolageno peptidų nustatymas žmogaus kraujyje po želatinos hidrolizatų vartojimo per burną. „Journal of Agricultural and Food Chemistry“, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p