Peptidai: kas jie yra, kaip veikia ir kaip klasifikuojami

Peptidai – tai molekulės, sudarytos iš aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais. Kai kurie iš jų dalyvauja ląstelių tarpusavio komunikacijoje, kiti prisideda prie organizmo apsaugos nuo mikroorganizmų, o dar kiti susidaro perdirbant ar skaidant didesnius baltymus. Žodis „peptidas” apibūdina plačią molekulių kategoriją – jis nereiškia vienos konkrečios medžiagos, turinčios vieną apibrėžtą funkciją.

Moksliniai tyrimai puikiai iliustruoja šią milžinišką įvairovę. Mokslininkai, be kita ko, analizavo natūraliai žmogaus žarnyne susidarantį hormoną, iš augalo išskirtą ciklinį peptidą bei nedidelius peptidų fragmentus, aptinkamus kraujyje po baltymų hidrolizato suvartojimo. Taigi, norint tinkamai suprasti tokias molekules, nepakanka žinoti, kad jos yra „peptidai”. Taip pat svarbi yra jų aminorūgščių seka, molekulinė struktūra, kilmė, cheminės modifikacijos, biologinis kontekstas ir eksperimentiniai metodai, naudoti jų tyrimams. [1] [2] [3]

Ši įvairovė taip pat paaiškina, kodėl bendro pobūdžio teiginiai, pavyzdžiui, „peptidai daro X”, gali būti klaidinantys. Dvi molekulės gali būti priskirtos peptidams, tačiau tuo pačiu metu labai skirtis savo ilgiu, forma, stabilumu, biologine paskirtimi, buvimo vieta ląstelėje ir funkcija. Vieno peptido tyrimų rezultatų negalima automatiškai taikyti kitam vien dėl to, kad abu jie priklauso tai pačiai molekulių kategorijai.

Šiame straipsnyje paaiškiname peptidų chemijos pagrindus, jų vaidmenį biologinėse sistemose ir įvairius jų klasifikavimo būdus. Taip pat atskiriame tai, kas buvo tiesiogiai išmatuota atskiruose tyrimuose, nuo platesnių išvadų, kurių patvirtinimui reikėtų papildomų įrodymų.

Kas yra peptidai?

Peptidai – tai tarpusavyje sujungtos aminorūgštys

Amino rūgštys yra pagrindiniai elementai, iš kurių susidaro peptidai ir baltymai. Kai jos sujungiamos peptidiniais ryšiais, jos sudaro vieną molekulę, o ne atskirų sudedamųjų dalių mišinį. Kiekvienas į tokį molekulę įtrauktas aminorūgšties elementas vadinamas aminorūgščių likučiu.

Tai galima palyginti su raidėmis, sudarančiomis žodį. Atskiros raidės yra sudedamosios dalys, tačiau tik tam tikra jų seka sudaro konkretų žodį. Panašiai, peptidas apibūdinamas pagal jo aminorūgščių likučių seką bei ryšius ir modifikacijas, sudarančias jo pilną struktūrą. Vien žinojimas, kokios aminorūgštys yra, nepakanka molekulės tapatybei nustatyti.

Pavyzdžiui, du peptidai gali turėti tą patį aminorūgščių rinkinį, tačiau jos gali būti išdėstytos kita tvarka. Tokiu atveju jie sudarys skirtingas molekulių sekas ir gali turėti skirtingas fizines, chemines ar biologines savybes.

Peptidinės jungties susidarymas yra eksperimentiniu būdu tiriamas cheminis procesas. Stachelhausas ir jo kolegos analizavo, kaip fermentų, dalyvaujančių nerybosominėje peptidų sintezėje, komponentai suformavo produktą, susidedantį iš dviejų likučių. Pakeitus siūlomą katalizinę vietą, kondensacijos reakcija tiriamajame eksperimentiniame sistemoje tapo neįmanoma. Tyrimas rodo, kad peptido susidarymui reikalingas konkretus cheminis mechanizmas – aminorūgštys nesudaro apibrėžto peptido vien dėl to, kad yra viena šalia kitos. [4]

Terminas peptidas Taigi šis terminas reiškia sudėtinę cheminę struktūrą. Jo neturėtų būti vartojama kaip aminorūgščių, baltymų papildų ar bet kokių aminorūgščių turinčių medžiagų mišinių sinonimas.

Peptidas, polipeptidas ir baltymas – susijusios sąvokos

Terminas „peptidas” paprastai vartojamas kalbant apie palyginti trumpą aminorūgščių grandinę. Terminas „polipeptidas” pabrėžia grandinę, sudarytą iš daugelio aminorūgščių likučių, o „baltymas” paprastai reiškia biologinę molekulę, sudarytą iš vienos ar kelių polipeptidinių grandinių.

Šios sąvokos iš dalies sutampa, ir nėra vieno visuotinai pripažinto aminorūgščių likučių skaičiaus, kuris nustatytų absoliučią ribą tarp jų.

Tai rodo pati mokslinė literatūra. Saether ir bendradarbiai apibūdino kalatą B1 kaip 29-likučių „polipeptidą”, o Mierke ir bendradarbiai tyrė 36-likučių žmogaus neuropeptidą Y. Molekulės cheminė sudėtis visiškai nesikeičia vien dėl to, kad vienas autorius ją apibūdina kaip peptidą, o kitas – kaip polipeptidą. [2] [5]

Kai kuriose mokymo medžiagose naudojami apytiksliai skaičiai, skiriantys peptidus ir baltymus. Tokie supaprastinimai gali būti naudingi mokantis, tačiau jų nereikėtų laikyti absoliučiu chemijos dėsniu. Terminologiją taip pat lemia molekulės susilankstymo būdas, jos biologinis apdorojimas, funkcija ir istorinė nomenklatūra.

Todėl tiksliame aprašyme tikroji aminorūgščių sekvencija ir skaičius dažnai suteikia daugiau informacijos nei pati kategorijos pavadinimas. Skirtumo tarp peptido ir baltymo taip pat nereikėtų vertinti kaip sudėtingumo, biologinės reikšmės, veikimo stiprumo ar tyrimų kokybės hierarchijos.

Trumpas peptidas gali pasižymėti labai specifiniu biologiniu aktyvumu, tuo tarpu žymiai didesnis baltymas gali atlikti visiškai kitokią struktūrinę arba fermentinę funkciją. Molekulės ilgis yra tik viena iš jos savybių.

Pats terminas „peptidas” nepaaiškina, kaip veikia molekulė

Ne visi peptidai yra hormonai, antimikrobinės medžiagos, signalinės molekulės ar terapinės medžiagos, taip pat ne visi jie pasižymi biologiniu aktyvumu vienodu būdu. Tai yra papildomos savybės, kurias reikia įrodyti konkrečių molekulių atveju.

Net ir vienoje mokslinių tyrimų srityje labai panašios sekos gali elgtis skirtingai.

Pavyzdžiui, eksperimentuose, kuriuose buvo lyginama visa sistemino – augalinio signalinio peptido – molekulė su jos trumpesniais fragmentais, nustatyta, kad fragmentai neatkurdavo reakcijos, stebėtos visam peptidui. Vienas iš fragmentų tiriamose sistemose veikė netgi priešingai nei pilnas peptidas. Tai tiesiogiai primena, kad rezultatų, susijusių su pilna molekule, negalima automatiškai perkelti į jos fragmentą vien dėl to, kad jis turi panašų pavadinimą. [6]

Tas pats principas galioja ir platesniu mastu. Vieno aminorūgšties likučio pakeitimas, sekos sutrumpinimas, galinės grupės modifikavimas, molekulės ciklizacija ar kitas cheminis pakeitimas gali pakeisti peptido savybes.

Todėl mokslo požiūriu naudingiausias klausimas retai kada skamba tiesiog taip:

„Ką veikia peptidai?”

Daug tikslesnis yra šis klausimas:

„Ką šis konkretus peptidas, turintis tam tikrą seką ir struktūrą, daro tam tikromis eksperimentinėmis sąlygomis?”

Šis skirtumas yra esminis teisingai interpretuojant tyrimus apie peptidus.

Iš ko susideda peptidai?

Amino rūgščių likučiai ir peptido grandinė

Peptidai susideda iš susijungusių aminorūgščių likučių sudarančio karkaso. Tipiškoje peptidinėje jungtyje vienos aminorūgšties karboksilo grupės karbonylo grupės anglies atomas yra susietas su kitos aminorūgšties amino grupės azoto atomu.

Kiekviena aminorūgšties liekana taip pat turi šoninę grandinę, kuri cheminėje formulėje dažnai žymima kaip R grupė, kuris padeda nustatyti molekulės savybes.

Šoninės grandinės nėra tik keičiami priedai. Skirtumai, susiję su elektros krūviu, poliškumu, dydžiu, hidrofobiškumu, aromatiniu pobūdžiu ir cheminiu reaktyvumu, daro įtaką peptido elgsenai tirpale bei jo sąveikai su kitomis dalelėmis.

Taigi peptido struktūrą sudaro tiek pasikartojantis pagrindas, tiek prie jo prisijungusios chemiškai skirtingos grupės.

Kai kurios šoninės grandinės gali sukurti papildomus sąveikavimus toje pačioje molekulėje arba su ją supančiomis molekulėmis. Šios sąveikos gali turėti įtakos molekulės konformacijai, tirpumui, molekuliniam atpažinimui, sąveikai su membranomis ir kitoms savybėms, kurias galima išmatuoti eksperimentiniu būdu.

Atliekant tyrimus su LL-37 – žmogaus peptidu, susijusiu su organizmo apsauga – buvo analizuojamas ryšys tarp jo sekos, susilankstymo, savaiminės organizacijos ir sąveikos su membranomis. Palyginus su giminingu rezuso peptidu, nustatyta, kad tiriamomis sąlygomis jų elgsena skiriasi. Rezultatai pabrėžia molekulės struktūros detalių svarbą, o ne prielaidą, kad panašūs peptidai turi veikti vienodai. [7]

Peptido kryptis: N-galas ir C-galas

Tipinis linijinis peptidas turi du chemiškai skirtingus galus.

N-galas reiškia grandinės aminogalinę, o C-galas — jo karboksilinis galas.

Peptidų sekos paprastai užrašomos nuo N-galo link C-galo. Ši kryptis yra svarbi, nes pakeitus likučių tvarką susidaro kita molekulinė seka.

Pavyzdžiui, hipotetinis peptidas Ala-Gly-Ser nėra chemiškai tapatus Ser-Gly-Ala, nors abu sudėtyje turi alaniną, gliciną ir seriną.

Ši konvencija leidžia mokslininkams nuosekliai užrašyti sekas ir yra ypač svarbi lyginant peptidus, jų fragmentus, pirmtakų sekas bei sintetinius variantus.

Molekulės galinės grupės taip pat gali būti chemiškai modifikuotos. Jei tokios modifikacijos yra, jos turėtų būti nurodytos peptido aprašyme, nes jo galų cheminė sudėtis gali turėti įtakos molekulės savybėms.

Sekvencija ir trimatė struktūra

Sekvencija nurodo aminorūgščių likučių seką peptide. Tuo tarpu trimatė struktūra apibūdina, kaip ši sujungta molekulė išsidėsto erdvėje. Ši informacija yra susijusi, tačiau nereiškia to paties.

Sekvencija nurodo, kurios dalys yra sujungtos tarpusavyje ir kokia tvarka. Struktūrinė analizė taip pat gali atskleisti susilankstymus, susisukimus, spiralės, kilpas, žiedus, disulfidinius tiltelius ir kitas erdvinės struktūros savybes.

Mierke ir jo kolegos atliko žmogaus neuropeptido Y cheminę sintezę, o vėliau analizavo jo konformaciją, naudodami keletą metodų, įskaitant branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopiją. Struktūriniai tyrimai buvo atliekami tam tikrame tirpiklių mišinyje. Taigi rezultatai apibūdina peptidą būtent šiomis konkrečiomis sąlygomis ir neturėtų būti pateikiami kaip įrodymas, kad molekulė bet kurioje biologinėje aplinkoje įgauna tiksliai tokią pačią struktūrą. [5]

Peptido konformacija gali priklausyti, be kita ko, nuo tirpiklio sudėties, temperatūros, pH, joninės aplinkos, koncentracijos, kitų molekulių buvimo ir membraninės aplinkos.

Taigi, norint pateikti išsamų mokslinį aprašymą, gali prireikti nurodyti seką, cheminius pakeitimus, eksperimentinę aplinką ir taikytą matavimo metodą.

Pats aminorūgščių sekos aprašymas neapima visos informacijos, gaunamos atliekant struktūrinius tyrimus.

Linijiniai grandynai, žiedai ir papildomos jungtys

Ne visi peptidai turi atvirą struktūrą. Kai kurie sudaro uždarą žiedą, o kiti turi papildomų jungčių tarp aminorūgščių šoninių grandinių.

Terminas „linijinis” reiškia atvirą jungčių struktūrą, o ne tai, kad molekulė erdvėje turi išlikti fiziškai tiesi. Linijinis peptidas gali išlinkti, susiraityti ir įgauti tvarkingas konformacijas.

Cikliniai peptidai turi kovalentiškai uždarą struktūrą. Žiedo susidarymo būdas skirtingose molekulėse gali būti skirtingas.

Peptidai taip pat gali turėti disulfidiniai tiltai, t. y. kovalentiniai ryšiai, paprastai susidarantys tarp cisteino likučių. Tokie ryšiai gali riboti galimas erdvinės konfigūracijas ir prisidėti prie struktūros formavimo.

„Kalata B1“ yra puikus tokios architektūros pavyzdys. Mokslininkai ją išskyrė iš augalo Oldenlandia affinis, nustatė 29 jos aminorūgščių likučius, o atlikdami tyrimus, kuriuose buvo naudojamas fermentinis skilimas, patvirtino jos skeletinio pagrindo cikliškumą. Be to, jie analizavo jos trimatę struktūrą ir disulfidinius ryšius. [2]

Šie rezultatai apibūdina šio konkretaus peptido struktūrą. Jie neįrodo, kad cikliniai peptidai apskritai yra aktyvesni, stabilesni, biologiškai svarbesni ar naudingesni už linijinius peptidus.

Peptidai gali susidaryti iš didesnių pirmtakų

Biologiškai aktyvus peptidas ne visada susidaro iš karto savo galutine forma. Ląstelė gali iš pradžių susidaryti didesnį prekursorinę dalelę, kuri vėliau toliau apdorojama, įskaitant skilimą ir tam tikrų fragmentų pašalinimą.

Tai reiškia, kad susidarant galutiniam peptidui gali atsirasti keletas tarpusavyje susijusių molekulių formų.

Proinsulinas puikiai iliustruoja šį principą. Analitinių metodų apžvalgoje aprašomas proinsulino virsmas į insuliną ir C-peptidą per tarpinės formos. Joje taip pat paaiškinama, kodėl laboratoriniai metodai turi atskirti artimai susijusius pirmtakus ir perdirbtas molekules, o ne traktuoti juos kaip vieną parametrą. [8]

Ankstesni eksperimentiniai tyrimai pateikia išsamesnį pavyzdį. Davidsonas ir Huttonas iš žiurkės insulinomos audinio išskyrė fermentą, gebantį pašalinti šarminius aminorūgščių likučius iš proinsulino kilmės substratų, taip sudarant insuliną. Atliktame bandyme fermentas nesukėlė tolesnio subrendusios insulino skilimo. Rezultatas patvirtina selektyvaus apdorojimo koncepciją, nors audinio šaltinis ir eksperimento laboratorinis pobūdis riboja galimybę plačiau interpretuoti vieną tyrimą. [9]

Prekursorių apdorojimas atskleidžia dar vieną svarbų principą: giminingų molekulių, dalyvaujančių tame pačiame biologiniame procese, neturėtų būti automatiškai laikomos tarpusavyje pakeičiamomis. Prekursorius, tarpinė forma, skilimo produktas ir galutinis produktas gali turėti skirtingą struktūrą ir biologines savybes.

Kaip susidaro peptidai?

Peptidai gali susidaryti keleto skirtingų biologinių ir laboratorinių procesų metu.

Daugelyje biologinių sistemų pirmtakų molekulės, kurių sudėtyje yra peptidų sekos, susidaro per ribosominę transliaciją, kurios metu genetinė informacija galiausiai nulemia aminorūgščių seką besiformuojančioje grandinėje. Susiformavęs pirmtakas vėliau gali būti fermentiškai skaidomas ir patirti kitus potransliacinius modifikavimus.

Kiti peptidai susidaro proceso metu ne-ribosominė peptidų sintezė, kuriame specializuoti fermentiniai kompleksai jungia iš aminorūgščių kilusias sudedamąsias dalis nenaudodami ribosomo tradiciniu būdu. Stachelhauso ir jo bendradarbių tyrimai yra eksperimentinis pavyzdys, iliustruojantis ryšių susidarymo mechanizmo analizę tokioje sistemoje. [4]

Peptidus taip pat galima gauti laboratorijoje, naudojant cheminę sintezę. Tai leidžia mokslininkams paruošti konkrečias sekas struktūriniams, biocheminiams, analitiniams ir kitiems eksperimentams.

Gamybos būdas apibūdina molekulės susidarymo procesą. Tačiau pats savaime jis nenurodo, ar peptidas yra biologiškai aktyvus, kliniškai naudingas, natūraliai randamas ar tinkamas konkrečiam naudojimui.

Kokį vaidmenį organizme atlieka peptidai?

Nėra vienos funkcijos, kuri būtų bendra visiems peptidams.

Konkretaus peptido biologinis vaidmuo priklauso nuo jo sekos, struktūros, koncentracijos, lokalizacijos, molekulinės paskirties, apdorojimo būdo ir aplinkinės biologinės aplinkos.

Kai kurie peptidai perduoda signalus tarp ląstelių

Kai kurie peptidai atlieka biologinių mediatorių funkciją. Jų veikimas priklauso nuo signalą priimančių ląstelių ir nuo to, ar yra atitinkamų molekulių sistemų, galinčių į jį reaguoti.

Taigi signalas nėra vien tik paties peptido savybė — svarbus yra ir jį supantis biologinis kontekstas.

Tyrime su žmonėmis Kreymannas ir jo kolegos analizavo GLP-1 7-36 amidą – peptidą, susidariusį virškinimo trakte. Tyrėjai jį aptiko žarnyno audiniuose, stebėjo jo koncentracijos pokyčius kraujyje po maistinių medžiagų suvartojimo ir analizavo su insulinu susijusias reakcijas atliekant kontroliuojamus infuzijos eksperimentus. Šie stebėjimai padėjo nustatyti šio konkretaus peptido fiziologinį signalinį vaidmenį. Tačiau jie nereiškia, kad peptidai kaip visa grupė reguliuoja gliukozės koncentraciją kraujyje. [1]

Šis skirtumas yra svarbus. Įrodymai, patvirtinantys vieno peptido hormoninę funkciją, negali būti taikomi visoms molekulėms, kurių sudėtyje yra peptidinių ryšių.

Kai kurie peptidai dalyvauja organizmo gynyboje

Peptidai taip pat gali sąveikauti su mikroorganizmais arba biologinėmis membranomis.

LL-37 yra pavyzdys peptido, tiriamo žmogaus gynybinių mechanizmų kontekste. Eksperimentuose, be kita ko, buvo tiriamas jo savaiminis susiorganizavimas ir sąveika su įvairiomis membraninėmis aplinkomis.

Xhindoli ir jo bendradarbių tyrimai susiejo peptido struktūrinį elgesį su skirtingais sąveikos su membranomis ypatumais bei bakterinių membranų pralaidumu. Tai yra mechanistinis įrodymas – jis padeda suprasti molekulės elgesį eksperimentinėse sistemose. Tačiau savaime tai nėra klinikinis tyrimas, įrodantis LL-37 turinčio produkto poveikį žmonėms. [7]

Su organizmo gynybos mechanizmais susiję peptidai puikiai iliustruoja, kodėl molekulinis kontekstas yra svarbus. Laboratorinėmis sąlygomis stebimas aktyvumas mikroorganizmų ar modelinės membranos atžvilgiu nebūtinai reiškia veiksmingumą, saugumą ar klinikinį naudingumą žmogui.

Kai kurie peptidai atlieka intracelulines biochemines funkcijas

Ne kiekvienas peptidas veikia kaip signalas, perduodamas iš vienos ląstelės į kitą.

Glutationas yra intracelulinis tripeptidas, dalyvaujantis redokso reakcijose, t. y. biocheminiuose procesuose, susijusiuose su elektronų perdavimu.

Cabral ir jo kolegos tyrė glutationo sintezę triušių organizmuose, naudodami žymėtą vandenį ir masių spektrometriją. Jų darbas buvo sutelktas į šios molekulės susidarymo ir atsinaujinimo procesų matavimą. Tyrimas rodo, kad tai yra peptidas, dalyvaujantis ląstelės vidaus medžiagų apykaitoje, o ne hormonas, perduodantis signalus tarp organų. Tai buvo metodologinis tyrimas su gyvūnais, o ne įrodymas, susijęs su glutationo turinčio produkto vartojimo poveikiu. [10]

Glutationas taip pat parodo, kodėl peptido ilgis nelemia jo biologinės reikšmės. Jis susideda tik iš trijų aminorūgščių likučių, tačiau vis tiek dalyvauja pagrindiniuose ląstelėse vykstančiuose cheminiuose procesuose.

Kai kurie peptidai yra perdirbimo arba skilimo produktai

Vien tik peptido aptikimas biologiniame mėginyje savaime nepaaiškina, kodėl jis ten yra.

Jis gali atlikti signalinę funkciją, būti tarpinis perdirbimo proceso produktas arba susidaryti didesnės molekulės skilimo rezultate.

Proinsulino tyrimai leidžia atskirti pirmtakines molekules, tarpinius produktus ir galutinius produktus. Tuo tarpu maisto tyrimai parodė, kad po želatinos hidrolizatų suvartojimo kraujyje randama peptidinių fragmentų. Tai labai skirtingi biologiniai kontekstai, nors abu susiję su peptidais. [8] [3]

Todėl aptiktą fragmentą reikia interpretuoti atsižvelgiant į jo šaltinį, struktūrą, koncentraciją, pasirodymo laiką ir tyrimo klausimą.

Dalelės aptikimas yra jos buvimo įrodymas. Tai nebūtinai reiškia, kad ji atlieka kokią nors biologinę funkciją.

Šis skirtumas yra ypač svarbus interpretuojant analitinius tyrimus, kuriais nustatomi peptidai kraujyje, audiniuose, maisto mėginiuose ir kitose sudėtingose biologinėse medžiagose.

Ką rodo šie tyrimai – ir ko jie neįrodo?

Įvairių rūšių tyrimai padeda atsakyti į įvairius mokslinius klausimus.

Struktūriniai metodai leidžia apibūdinti molekulės sandarą. Biocheminiai eksperimentai leidžia analizuoti reakcijas ir molekulinę sąveiką. Tyrimai su gyvūnais leidžia stebėti biologinius procesus visame organizme. Fiziologiniai tyrimai su žmonėmis leidžia matuoti tam tikras dalyvių reakcijas.

Šių įrodymų rūšys gali viena kitą papildyti, tačiau jos nėra tarpusavyje pakeičiamos.

Svarbiausias principas yra toks, kad įrodymų svarbą ir įtikinamumą lemia klausimas, į kurį bandome atsakyti.

Masės spektrometrijos rezultatas, leidžiantis identifikuoti peptidą, atsako į kitą klausimą nei ląstelinis eksperimentas, parodantis receptorių aktyvumą. Abu šie metodai, savo ruožtu, atsako į kitus klausimus nei kontroliuojamas tyrimas su žmonėmis, kurio metu matuojamas fiziologinis ar klinikinis poveikis.

Kaip klasifikuojami peptidai?

Peptidus galima klasifikuoti keliais būdais vienu metu. Nėra vienos klasifikacijos sistemos, apimančios visas jų esmines savybes.

Klasifikacija pagal aminorūgščių likučių skaičių

Pagal ilgį pavadinti pavadinimai nurodo aminorūgščių likučių skaičių peptide.

Dipeptidas sudaro du likučius, tripeptidas trys, tetrapeptidas keturi, o pentapeptidas penki.

Tokie terminai kaip oligopeptidas i polipeptidas apibūdina didesnes grupes pagal dydį, tačiau jų ribos skirtinguose šaltiniuose gali skirtis.

Iš šių pavadinimų neįmanoma numatyti molekulės funkcijos.

Tripeptidas gali dalyvauti ląstelės vidaus medžiagų apykaitoje, o ilgesnis peptidas gali veikti kaip signalinė molekulė arba įgauti uždarą ciklinę struktūrą. Glutationas, neuropeptidas Y ir kalatas B1 rodo įvairius ilgio ir biologinio konteksto ryšius. [10] [5] [2]

Taigi ilgis atsako į klausimą:

„Kiek aminorūgščių likučių yra molekulėje?”

Tačiau jis pats neatsako į klausimą:

„Kaip veikia ši molekulė?”

Klasifikacija pagal struktūrą

Struktūriniai aprašymai apima, be kita ko, atvirą grandinę turinčius peptidus, ciklinius peptidus ir struktūras, kuriose yra disulfido tiltai.

Mokslininkai taip pat gali aprašyti tam tikrus susiraukšlėjimo modelius, skersinius ryšius ar cheminius pokyčius, jei jie buvo patvirtinti analitiniais metodais.

Struktūra ir ilgis atsako į skirtingus klausimus. Kalatą B1 galima apibūdinti tiek kaip molekulę, susidedančią iš 29 likučių, tiek kaip peptidą su cikline grandine. Nė vienas iš šių apibūdinimų nepakeičia kito. Taip pat ir pati peptido seka neperduoda visos svarbios informacijos apie jo trimatę struktūrą. [2]

Klasifikacija pagal biologinę funkciją

Funkcinės kategorijos apima, be kita ko, peptidinius hormonus, neuropeptidus, su organizmo apsauga susijusius peptidus ir peptidus, dalyvaujančius ląstelių vidaus biocheminiuose procesuose.

Šios kategorijos gali iš dalies sutapti, o priskyrimas joms turėtų būti grindžiamas konkrečios molekulės duomenimis.

Minėti tyrimai pateikia keletą pavyzdžių: GLP-1 atlieka patvirtintą hormoninę funkciją žmogaus fiziologijoje, LL-37 tiriamas organizmo gynybos kontekste, o glutationas dalyvauja ląstelių vidaus redokso procesuose. „Peptidas” yra plačios apimties cheminis apibūdinimas, o funkcinis pavadinimas apibūdina konkrečią biologinę funkciją. [1] [7] [10]

Taigi funkcinė klasifikacija turėtų būti pagrįsta įrodymais, o ne nustatoma vien tik remiantis sekos ilgiu ar pačiu terminu „peptidas”.

Klasifikacija pagal kilmę ir gamybos būdą

Peptidus taip pat galima apibūdinti pagal jų kilmę arba gamybos būdą.

Tokie terminai kaip „žmogaus kilmės” ar „augalinės kilmės” nurodo biologinį šaltinį. Tuo tarpu „chemiškai sintezuotas” apibūdina gamybos būdą.

Šios savybės viena kitos neatmeta. Laboratorijoje galima sintezuoti peptidą, kurio sekvencija natūraliai randama organizme.

Mierke ir jo bendradarbių atlikta žmogaus neuropeptido Y sintezė gerai iliustruoja šį skirtumą. Sekvencija buvo paimta iš žmogaus biologijos, o eksperimentinė medžiaga buvo gauta cheminiu būdu. Tai nereiškia, kad kiekvienas sintetinis preparatas yra identiškas visais svarbiais atžvilgiais – todėl mokslininkai taikė analitinius metodus, siekdami apibūdinti gautą medžiagą. [5]

Kitas skirtumas susijęs su biologiniu susidarymo būdu. Daugelis peptidinių grandinių susidaro ribosominės sintezės proceso metu, o vėliau gali būti toliau apdorojamos. Kiti peptidai susidaro specializuotų fermentinių sistemų veikimu už ribosomos ribų. Stachelhausas ir jo bendradarbiai tiesiogiai tyrė peptidinių ryšių susidarymą, kurį lemia tokios ne ribosominės sistemos elementai. Šis skirstymas apibūdina biosintezę, o ne biologinės vertės hierarchiją. [8] [4]

Taigi vienas peptidas gali turėti kelis teisingus pavadinimus.

Pavyzdžiui, tą pačią molekulę galima apibūdinti pagal likučių skaičių, ciklinę struktūrą, biologinę kilmę ir eksperimentais patvirtintą funkciją.

Klasifikacija yra naudingiausia tada, kai autorius aiškiai nurodo, kokią molekulės savybę aprašo.

Ką reiškia terminai „biopeptidas” ir „biologiškai aktyvus peptidas”?

Terminas „biopeptidas” nėra pakankamai tikslus mokslinis terminas, kad jo pagrindu būtų galima identifikuoti konkrečią molekulę, seką ar patvirtintą aktyvumą.

Jei toks terminas nurodytas etiketėje, produkto aprašyme ar internetiniame užklausime, pirmiausia reikia nustatyti, kokią medžiagą jis iš tikrųjų apibūdina.

Terminas „bioaktyvusis peptidas”, t. y. biologiškai aktyvus peptidas, paprastai reiškia, kad tam tikromis sąlygomis buvo pastebėta tam tikra biologinė veikla.

Tuomet svarbiausia yra nustatyti:

• kokia molekulė buvo tirta;
• kokia buvo jos seka ir struktūra;
• kokia buvo taikoma eksperimentinė schema;
• kokia koncentracija ar ekspozicija buvo tirta;
• koks poveikis buvo matuojamas;
• ar stebėjimas buvo atliktas biocheminio, ląstelinio, gyvūnų ar su žmonėmis susijusio tyrimo metu.

Signalo reakcijos slopinimas augaluose, sąveika su bakterijų membrana ir poveikis žmogaus hormoninei reakcijai yra skirtingi biologinės veiklos tipai. Jų negalima susiaurinti iki vienos bendros savybės, vadinamos „veiksmu”. [6] [7] [1]

Kodėl klasifikacija nenurodo klinikinės būklės?

Struktūrinė arba funkcinė kategorija nėra medicininio patvirtinimo kategorija.

Tai, kad molekulė apibūdinama kaip natūrali, sintetinė, ciklinė, hormoninė ar biologiškai aktyvi, nereiškia, kad yra įrodymų, reikalingų jos medicininiam naudojimui.

Lau ir Dunno apžvalga apie terapinių peptidų kūrimą parodo, kaip atskiri molekulės praeina įvairius tyrimų ir plėtros etapus. Šis leidinys yra istorinė apžvalga, o ne aktualus patvirtintų produktų sąrašas. Tačiau šiame kontekste jis atskleidžia svarbų principą: peptido cheminė sudėtis ir jo būklė klinikinių tyrimų etape yra du atskiri dalykai. [11]

Taigi molekulė gali būti moksliškai įdomi, biologiškai aktyvi arba plačiai tirta, tačiau tuo pačiu metu nebūti patvirtintu vaistu.

Kur randami peptidai?

Žmogaus organizme

Peptidai randami įvairiuose žmogaus audiniuose ir biologiniuose skysčiuose.

Jų lokalizacija priklauso nuo konkrečios molekulės ir tiriamo proceso. GLP-1 tyrimai parodė jo sąsają su virškinimo traktu ir koncentracijos pokyčius kraujyje, o proinsulino tyrimai susiję su jo susidarymu ir apdorojimu kasoje. Tai yra konkretūs pavyzdžiai, o ne įrodymas, kad kiekvienas peptidas randamas visose organizmo dalyse. [1] [8]

Taip pat verta išskirti tris klausimus:

• Kur gaminamas peptidas?
• Kur jį galima aptikti?
• Kur jis daro biologinį poveikį?

Šios vietos nebūtinai turi būti vienodos.

Viename audinyje susidarantis peptidas gali patekti į kraujotaką ir paveikti kitą audinį. Tuo tarpu kiti peptidai daugiausia dalyvauja vietiniuose arba ląstelių vidaus procesuose.

Taigi vien tik peptido aptikimas kraujyje neleidžia nustatyti jo koncentracijos ar biologinio aktyvumo kituose audiniuose.

Augaluose ir mikrobiologinėse sistemose

Peptidų biologija apima kur kas daugiau nei tik žmogaus organizmą.

Augalų tyrimai apėmė, be kita ko, su sisteminu susijusią signalizaciją ir kalatos B1 struktūrą. Tuo tarpu neribosominių fermentinių sistemų tyrimai buvo susiję su kitu peptidinių molekulių sintezės būdu. [6] [2] [4]

Šie pavyzdžiai rodo, kokia plati yra žodžio „peptidas” reikšmė.

Augalinis peptidas automatiškai netampa žmogaus hormonu, o eksperimentas, susijęs su molekulės fermentiniu surinkimu, nėra klinikinis tyrimas. Biologinis šaltinis ir eksperimentinis modelis išlieka svarbiais aprašymo elementais.

Tarpusavio rūšių palyginimai gali suteikti vertingos mokslinės informacijos, tačiau rezultatus visada reikia siekti su organizmu ir eksperimentine sistema, kurioje jie buvo gauti.

Maisto produktuose esančiose baltymų dalelėse

Mityboje esantys baltymai virškinimo metu gali suskaidytis į mažesnius peptidų fragmentus.

Tačiau reikia atskirti neskaidytus baltymus, baltymų hidrolizatą ir atskirą išgrynintą peptidą – tai skirtingos medžiagos.

Baltojų baltymų hidrolizatas jame yra produktų, susidariusių suskaidant didesnius baltymus į mažesnes sudedamąsias dalis. Priklausomai nuo paruošimo būdo, jame gali būti įvairaus ilgio peptidai ir laisvosios amino rūgštys.

Iwai ir bendradarbiai tyrė želatinos hidrolizatus ir nustatė keletą iš kolageno kilusių peptidų žmonių kraujyje po jų suvartojimo. Rezultatai rodo, kad tam tikromis tyrimo sąlygomis pavyko aptikti konkrečius fragmentus. Tačiau jie neįrodo, kad visi iš maisto gaunami peptidai virškinimo procese išlieka nepakitę, nei kad pats jų aptikimas reiškia fiziologinės naudos buvimą. [3]

Todėl tiksliame aprašyme turėtų būti nurodyta išeitinė medžiaga ir – jei tai žinoma – konkretūs aptikti fragmentai.

Teiginiai „sudėtyje yra baltymų”, „sudėtyje yra peptidų” ir „sudėtyje yra šis konkretus, identifikuotas peptidas” perteikia skirtingą informacijos kiekį.

Medžiagose, naudojamose laboratoriniuose tyrimuose

Peptidai gali būti sintezuojami, kad mokslininkai galėtų tirti žinomą seką, lyginti jos variantus, analizuoti molekulės struktūrą, analitines savybes arba patikrinti tam tikras biochemines hipotezes.

Tyrime, skirtame neuropeptidui Y, buvo suderinta cheminė sintezė su chromatografija, masės spektrometrija, sekos analize ir struktūriniais metodais. Tai rodo, kad Peptido sintezė ir jo savybių patvirtinimas yra susijusios, tačiau atskiros užduotys. [5]

Cheminė sintezė leidžia gauti medžiagą, kuri turėtų turėti tam tikrą molekulinę struktūrą. Analitiniai tyrimai padeda nustatyti, ar gauta medžiaga iš tiesų turi laukiamas savybes.

Tas pats principas galioja ir interpretuojant mokslinį straipsnį: svarbu yra tiriamojo medžiagos tapatybė.

Vien bendras peptido pavadinimas nėra pakankamas pagrindas manyti, kad kiekvienas preparatas turi identišką seką, grynumą, cheminę formą ar analitines savybes arba kad jis buvo tiriamas lygiavertėmis sąlygomis.

Kodėl seka, struktūra ir eksperimentinis kontekstas yra svarbūs?

Tyrimai apie peptidus tampa žymiai lengviau interpretuojami, jei išskiriame tris pagrindinius klausimus:

Kokia molekulė buvo tirta?

Tai apima jos seką, likučių skaičių, cheminius pakeitimus ir struktūrines savybes.

Kur ir kaip ji buvo tirta?

Reikia nustatyti, ar eksperimente buvo naudojamos išgrynintos dalelės, ląstelių kultūros, izoliuoti audiniai, gyvūnai ar žmonės.

Koks rezultatas iš tikrųjų buvo išmatuotas?

Molekulės aptikimas, sąveika su receptoriumi, sąveika su membrana, genų ekspresija, fiziologinė reakcija ir klinikinis rezultatas yra skirtingi galutiniai rodikliai.

Aiškinimo problemos dažnai kyla tada, kai vieno lygmens įrodymai naudojami siekiant pagrįsti teiginį, susijusį su kitu lygmeniu.

Pavyzdžiui:

peptidas aptiktas kraujyje → todėl teikia klinikinę naudą

tai nebūtinai yra teisinga išvada.

Taip pat:

peptidas veikia kultivuojamas ląsteles → todėl sukelia tokį patį poveikį žmogui

reikia papildomų įrodymų.

Molekulės tapatybės, eksperimentinio modelio ir faktiškai išmatuoto rezultato atskyrimas yra praktiškas būdas analizuoti tyrimus apie peptidus, nedarant išvadų, kurios peržengtų turimų duomenų ribas.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Ar peptidai natūraliai randami organizme?

Taip, daugelis peptidų natūraliai randami žmogaus organizme. Tyrimuose su žmonėmis GLP-1 buvo aptiktas žarnyno audiniuose, o po maistinių medžiagų suvartojimo buvo stebimi jo koncentracijos kraujyje pokyčiai; tuo tarpu proinsulino tyrimai susiję su natūraliai susidarančių pirmtakų molekulių apdorojimu. Šie rezultatai patvirtina endogeninių peptidų egzistavimą, tačiau nereiškia, kad kiekviena medžiaga, vadinama peptidu, natūraliai randama žmogaus organizme. Kai kurios sekos randamos kituose organizmuose, dalis susidaro iš didesnių molekulių, o kitos gali būti sukurtos arba modifikuotos eksperimentiniu būdu. Todėl natūralus paplitimas turi būti nustatomas konkrečiai kiekvienai dalelei, o ne daromos išvados vien remiantis žodžiu „peptidas”. [1] [8]

2. Iš kiek aminorūgščių susideda peptidas?

Peptidas susideda iš mažiausiai dviejų sujungtų aminorūgščių likučių, tačiau nėra visuotinai pripažinto maksimalaus skaičiaus, kuris aiškiai atskirtų peptidus nuo baltymų. Mokslinėse studijose dažnai nurodoma tiksli ilgis: kalatas B1 turi 29 likučius, o neuropeptidas Y – 36, nepaisant to, kad terminai „peptidas“ ir „polipeptidas“ iš dalies sutampa. Apytikslės skaičiais išreikštos ribos gali būti naudingos švietimo tikslais, tačiau jų neturėtų būti laikoma absoliučiomis cheminėmis taisyklėmis. Ilgis padeda identifikuoti molekulę, tačiau nesudaro universalios biologinės ribos ir nenurodo funkcijos. Todėl tikrojo likučių skaičiaus nurodymas yra tikslesnis nei griežtos ribos taikymas. [2] [5]

3. Ar peptidai yra tas pats, kas aminorūgštys?

Ne. Peptidai yra sujungtos molekulės, sudarytos iš aminorūgščių likučių, o laisvosios aminorūgštys yra atskiri molekuliniai vienetai. Tyrimai, susiję su neribosominė peptidų sinteze, analizavo konkrečius reakcijų mechanizmus, reikalingus produktui, turinčiam peptidinį ryšį, susidaryti. Šis skirtumas yra svarbus, nes vien tik aminorūgščių sumaišymas savaime nesukelia konkrečios sekos susidarymo. Įtraukus aminorūgštis į peptidą, jų seka ir cheminiai ryšiai tampa molekulės tapatybės dalimi. Todėl peptidas turi būti identifikuojamas pagal jo jungtinę struktūrą, o ne tik pagal atskirų aminorūgščių buvimą. [4]

4. Kas yra peptidinė jungtis?

Peptidinė jungtis yra kovalentinė jungtis tarp amino rūgščių grupių ir sudaro dalį peptido skeletą. Cheminiu požiūriu ji paprastai jungia vienos amino rūgšties karbonilo grupės anglies atomą su kitos amino rūgšties azoto atomu. Stachelhausas ir jo bendradarbiai analizavo fermentinės srities vaidmenį formuojant tokį ryšį nerybosominėje sistemoje, be kita ko, atlikdami modifikaciją, kuri užkirto kelią tiriamajai reakcijai. Šie rezultatai susiję su konkrečiu peptido susidarymo mechanizmu, o ne su visais jo susidarymo būdais. Bendras principas yra toks, kad peptidiniai ryšiai sujungia likučius į tam tikrą grandinę, tačiau patys nenustato tos grandinės biologinės funkcijos. [4]

5. Kas yra polipeptidas?

Polipeptidas yra grandinė, susidedanti iš daugybės aminorūgščių likučių, sujungtų peptidiniais ryšiais. Šis terminas iš dalies sutampa su sąvokomis „peptidas” ir „baltymas”, o ne reiškia visiškai atskirą cheminę klasę. Pavyzdžiui, publikacijoje apie kalato B1 struktūrą terminas „polipeptidas” buvo vartojamas apibūdinant molekulę, susidedančią iš 29 likučių. Tai rodo, kodėl pats pavadinimas nėra tikslus dydžio matas. Atskiri mokslo sritys ir publikacijos gali šiek tiek skirtingai vartoti terminus „peptidas“ ir „polipeptidas“. Todėl seką, likučių skaičių, struktūrą ir biologinį kontekstą reikia nurodyti, kad būtų galima tiksliau apibūdinti tiriamą molekulę. [2]

6. Kuo peptidai skiriasi nuo baltymų?

Peptidai ir baltymai turi bendrą cheminę struktūrą, pagrįstą aminorūgštimis, tačiau terminas „baltymas” paprastai reiškia sudėtingesnes biologines molekules, sudarytas iš vienos ar kelių polipeptidinių grandinių. Terminologija iš dalies sutampa, o didesnis pirmtakas gali būti perdirbtas į mažesnius produktus, pavyzdžiui, proinsulino konversija. Dydis yra vienas iš šio skirtumo aspektų, tačiau jo neturėtų būti laikoma visuotine riba. Baltymai dažnai sudaro sudėtingas aukštesnės eilės struktūras, nors peptidai taip pat gali įgauti tam tikras trimatės konformacijas. Todėl naudingiausias paaiškinimas turėtų nurodyti konkrečią molekulę, jos likučių skaičių, struktūrą ir vaidmenį biologiniame procese, o ne remtis vien tik skaičiais. [8]

7. Ar peptidai, kurių sudėtyje yra tie patys aminorūgštys, gali veikti skirtingai?

Taip. Molekulės elgsena priklauso ne tik nuo to, kokių aminorūgščių ji sudaro, bet ir nuo jų sekos, cheminių ryšių, modifikacijų bei trimatės konfigūracijos. Neuropeptido Y struktūriniai tyrimai ir eksperimentai su sistemino fragmentais rodo, kodėl molekulės seka ir struktūra reikalauja atskiro tyrimo. Net peptidai, kurių aminorūgščių sudėtis yra identiška, gali būti skirtingos molekulės, jei likučiai išsidėsto kita tvarka. Šie tyrimai neleidžia numatyti kiekvienos galimos sekos elgesio, todėl dviejų peptidų neturėtų būti laikomi lygiaverčiais vien dėl to, kad jų aminorūgščių sudėtis atrodo panaši. [5] [6]

8. Ar ilgesnis peptidas veikia stipriau?

Nėra bendros taisyklės, kad ilgesnis peptidas sukelia stipresnį biologinį poveikį. Svarbūs veiksniai yra, be kita ko, sekvencija, struktūra, molekulinis tikslas, koncentracija, stabilumas ir eksperimentinės sąlygos. Sistemino fragmentų tyrimai parodė, kad molekulės pokyčiai darė įtaką jos aktyvumui, tačiau nepatvirtino visuotinio ryšio tarp ilgio ir biologinio poveikio stiprumo. Trumpas peptidas gali atlikti svarbią ir labai specifinę biocheminę funkciją, pavyzdžiui, glutationas, o žymiai ilgesni peptidai gali atlikti visiškai kitokias funkcijas. Taigi ilgis yra molekulę apibūdinantis parametras. Norint palyginti biologinius poveikius, reikia tiesiogiai tirti konkrečius peptidus, taikant tą patį, aiškiai apibrėžtą galutinį rodiklį. [6] [10]

9. Ką reiškia „biologiškai aktyvus peptidas”?

Bioaktyvusis peptidas – tai peptidas, kurio tam tikras biologinis poveikis buvo įrodytas konkrečioje eksperimentinėje sistemoje. Šis poveikis gali apimti ląstelinį atsaką, sąveiką su receptoriumi, sąveiką su membrana, biocheminę reakciją arba fiziologinio parametro pokytį. Pavyzdžiui, LL-37 tyrimuose buvo analizuojamos konkrečios struktūrinės savybės ir sąveika su membranomis. Tokie rezultatai automatiškai nepatvirtina klinikinio poveikio ir nebūtinai taikomi kiekvienai medžiagai, turinčiai tą patį pavadinimą. Todėl „biologiškai aktyvus” neturėtų būti suprantamas kaip bendras teiginys, kad peptidas teikia naudos sveikatai. Terminas įgyja mokslinę reikšmę tik tada, kai yra nustatyta molekulė, eksperimentinė sistema, matuojamas aktyvumas ir įrodymų pobūdis. [7]

10. Ar visi peptidai yra hormonai?

Ne. Hormonas yra funkcinė kategorija, apimanti tik kai kuriuos peptidus, o ne visus. GLP-1 yra pavyzdys peptido, tiriamo kaip žmogaus žarnyno hormonas, o glutationas yra intracelulinis tripeptidas, analizuojamas atsižvelgiant į redokso procesus ir jo sintezę. Dar viena kategorija – tai peptidai, susiję su organizmo gynyba. Šie pavyzdžiai rodo labai skirtingus vaidmenis toje pačioje plačioje cheminėje klasėje. Molekulės pavadinimas „peptidas“ nurodo, kad jos struktūra pagrįsta aminorūgštimis. Norint ją apibūdinti kaip hormoną, reikia papildomų įrodymų, patvirtinančių jos signalinę funkciją tam tikroje biologinėje sistemoje. [1] [10]

11. Kas yra peptido prekursorius?

Peptido pirmtakas – tai molekulė, iš kurios biologinio apdorojimo metu gali susidaryti peptido produktas. Gerai žinomas pavyzdys yra proinsulina, kurios atveju išskiriami tarpiniai konversijos produktai – insulinas ir C-peptidas. Analitiniai tyrimai pabrėžia būtinybę atskirai matuoti šias susijusias formas. Perdirbimas gali apimti selektyvų fermentinį skilimą ir kitus molekulinius pokyčius, vykstančius prieš susidarydamas brandus produktas. Todėl pirmtakui neturėtų būti automatiškai priskiriamos visos galutinio produkto savybės – jo tapatybė, apdorojimo etapas, koncentracija, lokalizacija ir išmatuotas biologinis aktyvumas reikalauja atskiro vertinimo. [8] [9]

12. Kuo linijiniai peptidai skiriasi nuo ciklinių?

Linijiniai peptidai turi atvirą skeletą, o cikliniai peptidai turi kovalentiškai uždarą žiedą, sudarytą iš skeleto arba šoninių grandinių jungčių. Terminas „linijinis” reiškia atomų jungimosi būdą, o ne tai, kad molekulė turi būti fiziškai tiesi. Kalata B1 yra dokumentuotas ciklinio peptido su uždara grandine ir papildomomis disulfidinėmis jungtimis pavyzdys. Jos struktūrinė analizė parodo šios konkrečios molekulės sandarą, tačiau neįrodo, kad visi cikliniai peptidai elgiasi panašiai. Šis skirtumas pirmiausia apibūdina molekulinę architektūrą. Norint įvertinti tokios struktūros įtaką stabilumui, sąveikoms, biologiniam aktyvumui ar kitoms savybėms, reikalingi duomenys apie konkretų peptidą. [2]

13. Ar cheminiai modifikavimai gali pakeisti peptido savybes?

Taip. Aminorūgščių likučių, galinių grupių pokyčiai, kiti cheminiai modifikavimai arba molekulės jungimosi būdas gali turėti įtakos peptido fizikinėms ir biologinėms savybėms. Literatūroje, skirtoje peptidų kūrimui, aptariamas įvairių struktūrų ir medicininės chemijos strategijų naudojimas, o struktūriniai tyrimai rodo, kaip svarbu tiksliai apibūdinti eksperimentinę medžiagą. Modifikacijos gali potencialiai paveikti, be kita ko, krūvį, konformaciją, sąveiką su kitomis molekulėmis bei jautrumą cheminiams ir fermentiniams pokyčiams. Tačiau pati modifikacija negarantuoja pageidaujamo ar nuspėjamo rezultato. Modifikuotą molekulę reikia vertinti atskirai, o ne manyti, kad visi su pirminiu peptidu susiję rezultatai tebėra aktualūs. [11] [5]

14. Ar natūraliai randamą peptidą taip pat galima gauti sintetiniu būdu?

Taip. Mokslininkai gali chemiškai sintezuoti seką, kuri taip pat pasitaiko gamtoje. Mierke ir jo kolegos tai padarė žmogaus neuropeptido Y atveju, o vėliau, naudodami keletą analitinių metodų, apibūdino gautą medžiagą. Tai rodo, kad natūralus paplitimas ir gamybos būdas apibūdina du skirtingus peptido aspektus. „Natūralus” gali reikšti sekos paplitimą biologijoje, o „sintetinis” apibūdina konkretaus mėginio paruošimo būdą. Tai nereiškia, kad kiekviena medžiaga, turinti tą patį pavadinimą, yra lygiavertė – lyginant tiriamąsias medžiagas, vis dar svarbūs yra sekvencija, modifikacijos, cheminė forma, sudėtis, grynumas ir analitinės charakteristikos. [5]

15. Ar peptidai randami už žmogaus organizmo ribų?

Taip. Peptidai randami daugelyje biologinių sistemų, įskaitant augalus ir mikroorganizmus. Tyrimai apėmė, be kita ko, augalinę sisteminę, ciklinę kalatą B1, išskirtą iš Oldenlandia affinis ir nerybosominio peptidų sulankstymo mechanizmai. Šie pavyzdžiai rodo kilmės, struktūrų ir biologinių kontekstų įvairovę. Tačiau tai nereiškia, kad iš kito organizmo kilęs peptidas atlieka tą pačią funkciją žmogaus organizme. Todėl informaciją apie biologinį šaltinį reikia atskirti nuo teiginių apie poveikį žmonėms. Tarprūšiniai tyrimai gali suteikti svarbios informacijos apie mechanizmus, tačiau rezultatų perkėlimas iš vieno organizmo į kitą reikalauja papildomų įrodymų. [6] [2] [4]

16. Ar visi maisto produktuose esantys peptidai patenka į kraują nepakitę?

Ne. Įrodymai, rodantys, kad tam tikri iš maisto kilę fragmentai atsiranda kraujyje, nereiškia, kad visi maisto peptidai absorbuojami nepakitę. Virškinimo metu maisto baltymai gali smarkiai suskaidytis, sudarydami peptidų ir aminorūgščių mišinius. Iwai ir bendradarbiai nustatė konkrečius fragmentus, kilusius iš kolageno, dalyviams suvartojus želatinos hidrolizatus. Eksperimentas buvo susijęs su konkrečia medžiaga ir išmatuotais fragmentais, o ne su visais baltymų turinčiais produktais. Pats šių fragmentų aptikimas taip pat nepatvirtino naudos sveikatai. Todėl išvados dėl peptidų įsisavinimo iš maisto turėtų būti siejamos su konkrečia pradine medžiaga, analizuojamomis molekulėmis, taikytais metodais ir eksperimentinėmis sąlygomis. [3]

17. Kokių įrodymų reikia, kad būtų galima nustatyti peptido veikimą?

Įrodymų pobūdis turėtų atitikti teiginį, kurį norime patikrinti. Struktūrinė analizė leidžia nustatyti molekulės savybes, biocheminiai eksperimentai gali tirti mechanizmus, ląstelių tyrimai matuoja konkrečias ląstelių reakcijas, eksperimentai su gyvūnais leidžia stebėti procesus visame organizme, o tyrimai su žmonėmis gali įvertinti fiziologinius ar klinikinius rezultatus. Tyrimai, susiję su kalatu B1, sisteminu ir GLP-1, iliustruoja įvairių tipų mokslinius klausimus. Nė vienas tyrimo tipas atskirai neatsako į juos visus, o pats molekulės aptikimas nėra tas pats, kas poveikio įrodymas. Panašiai, ląstelėse ar gyvūnuose stebimas poveikis automatiškai nereiškia, kad toks pat rezultatas bus pasiektas ir žmogaus atveju. Todėl patikimame aprašyme turėtų būti nurodyta, kokia molekulė buvo tirta, koks eksperimentinis modelis buvo taikytas, kas iš tikrųjų buvo išmatuota ir kas vis dar lieka neaišku. [2] [6] [1]

18. Ar aminorūgščių seka nulemia peptido tapatybę?

Aminorūgščių seka yra pagrindinė peptido tapatybės dalis, nes ji apibrėžia likučių seką grandinėje. Tačiau pati seka gali neapibūdinti visų svarbių molekulės savybių. Papildomos informacijos gali suteikti galų modifikacijos, ciklizacija, disulfidiniai tiltai, kitos cheminės modifikacijos ir trimatė struktūra. Kalato B1 ir neuropeptido Y struktūriniai tyrimai rodo, kodėl gali būti svarbūs tiek sekvencija, tiek išsamesnės molekulinės charakteristikos. Todėl dviejų medžiagų, turinčių tą patį bendrą peptido pavadinimą, neturėtų būti automatiškai laikomos analitiškai identiškomis be išsamesnių charakteristikų. [2] [5]

19. Ar sintetiniai peptidai skiriasi nuo natūraliai randamų?

Terminai „sintetinis” ir „natūraliai pasitaikantis” pirmiausia apibūdina kilmę arba gamybos būdą, o ne automatiškai kitokią aminorūgščių seką. Organizme esančią seką taip pat galima pagaminti cheminiu būdu, pavyzdžiui, sintezuojant žmogaus neuropeptidą Y. Norint įvertinti, ar du preparatai yra lygiaverčiai molekulinės struktūros atžvilgiu, reikia atsižvelgti į jų seką, chemines modifikacijas, struktūrą, sudėtį ir analitines savybes. Todėl žodžio „sintetinis” nereikėtų automatiškai aiškinti kaip reiškiantį, kad preparatas yra biologiškai kitoks, prastesnis, geresnis, saugesnis ar aktyvesnis. Tai yra atskiri klausimai, kuriems įvertinti reikia atskirų įrodymų. [5]

20. Ar peptido aptikimas kraujyje įrodo jo biologinį poveikį?

Ne. Aptikimas reiškia, kad taikant analizės metodą tiriamajame mėginyje ir tam tikromis sąlygomis buvo identifikuotas peptidas arba su juo susijusi medžiaga. Biologinio aktyvumo įrodymui reikalingi papildomi įrodymai. Iwai ir bendradarbiai aptiko kolageno kilmės peptidų fragmentus žmonių kraujyje po želatinos hidrolizato suvartojimo, tačiau pats jų aptikimas nepatvirtino naudos sveikatai. Tuo tarpu GLP-1 tyrimai derino peptido matavimus su fiziologiniais eksperimentais, susijusiais su konkrečiomis organizmo reakcijomis. Šie pavyzdžiai rodo skirtumą tarp molekulės buvimo patvirtinimo ir jos biologinės funkcijos įrodymo. [3] [1]

Bendrųjų peptidų tyrimų interpretavimo apribojimai

Pirmasis svarbus apribojimas yra tas, kad peptidai sudaro milžinišką ir labai įvairią molekulių kategoriją. Vieno peptido tyrimų rezultatų neturėtų būti automatiškai taikomi kitam peptidui, kurio seka, struktūra ar biologinis kontekstas skiriasi.

Antrasis apribojimas susijęs su terminologija. Tokie terminai kaip „peptidas“, „polipeptidas“, „oligopeptidas“, „baltymas“ ar „bioaktyvus peptidas“ skirtingose mokslo srityse gali būti vartojami šiek tiek skirtingai. Tikroji seka ir struktūrinė informacija dažnai yra tikslesnė nei pačios kategorijos pavadinimas.

Trečia, svarbus yra eksperimentinis kontekstas. Peptidas gali elgtis skirtingai priklausomai nuo tirpiklio, pH, temperatūros, koncentracijos, kitų molekulių buvimo, ląstelinės aplinkos ar organizmo. Todėl struktūriniai stebėjimai, gauti tam tikromis sąlygomis, neturėtų būti automatiškai pateikiami kaip visuotinai būdingas molekulės elgesys.

Ketvirta, biologiniai įrodymai egzistuoja įvairiais lygmenimis. Cheminis identifikavimas, sąveika su receptoriumi, ląstelių aktyvumas, poveikis gyvūnams, fiziologinės reakcijos žmonėse ir klinikiniai rezultatai yra skirtingi įrodymų tipai.

Penkta, natūralus paplitimas nereiškia terapinio tinkamumo, o cheminė sintezė nenustato klinikinio statuso. Kilmė, gamybos būdas, biologinis aktyvumas ir medicininiai įrodymai yra atskiri požymiai.

Galiausiai nereikėtų painioti molekulės aptikimo su jos funkcijos įrodymu. Peptido identifikavimas kraujyje, audinyje, maisto kilmės medžiagoje ar kitame mėginyje patvirtina jo buvimą taikytos analizės sąlygomis. Norint nustatyti, kokią biologinę funkciją – jei iš viso kokią – atlieka aptikta molekulė, reikia papildomų įrodymų.

Santrauka

Peptidai yra molekulės, sudarytos iš aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais, tačiau šis paprastas apibrėžimas apima nepaprastai platų struktūrų ir biologinių kontekstų spektrą.

Jie gali susidėti iš vos kelių likučių arba sudaryti žymiai ilgesnes grandines. Jie gali būti linijiniai, cikliniai, papildomai sukryžminti, natūraliai susidarantys, fermentiškai apdorojami, sintezuojami ne ribosomališkai arba gaunami cheminės sintezės būdu. Kai kurios atlieka biologinių signalų funkciją, kitos dalyvauja organizmo apsaugoje, dalis dalyvauja ląstelių vidaus biocheminiuose procesuose, o dar kitos atsiranda kaip tarpiniai produktai arba fragmentai, kai apdorojamos ir skaidomos didesnės molekulės.

Dėl šios priežasties sąvoka peptidas reikėtų laikyti plačios molekulinės kategorijos pavadinimu, o ne funkcijos prognoze.

Norint tinkamai suprasti konkretų peptidą, reikia atsakyti į keletą atskirų klausimų:

• Kokia yra jo aminorūgščių seka?
• Kiek jame yra likučių?
• Kokia yra jo molekulinė struktūra?
• Ar jame yra papildomų cheminių modifikacijų?
• Iš kur jis kilęs?
• Kaip jis gaminamas ar perdirbamas?
• Kokio modelio atveju buvo atlikti tyrimai?
• Kokia biologinė funkcija iš tikrųjų buvo įrodyta?
• Kokio pobūdžio įrodymai patvirtina šią išvadą?

Šiame straipsnyje aptariami tyrimais parodoma, kodėl tokie skirtumai yra svarbūs. GLP-1 yra žmogaus peptidinio signalizavimo pavyzdys; kalata B1 iliustruoja ciklinę molekulinę struktūrą; neuropeptidas Y iliustruoja cheminę sintezę ir struktūrines savybes; LL-37 yra gynybinių mechanizmų tyrimų pavyzdys; glutationas atstovauja intracelulinei peptidų chemijai; proinsulina iliustruoja pirmtakų apdorojimą; o iš maisto gaunami kolageno fragmentai primena, kodėl pats peptido aptikimas dar nereiškia automatinės biologinės naudos. [1–10]

Taigi, naudingiausias būdas suprasti peptidus yra ne klausti, ką „peptidai” daro kaip visa grupė. Geriau pirmiausia identifikuoti konkrečią molekulę, o tada išanalizuoti įrodymus, susijusius su jos seka, struktūra, kilme, biologine funkcija ir eksperimentiniu kontekstu.

Atsakomybės apribojimas

Šis straipsnis yra skirtas tik švietimo ir mokslinio informavimo tikslams. Jame aiškinama peptidų chemija, jų klasifikavimo būdai, biologinės funkcijos bei pateikiami pavyzdžiai iš paskelbtų tyrimų. Jis nėra medicininė konsultacija, diagnostinis patarimas, gydymo rekomendacija, informacija apie dozavimą, patarimas dėl produkto pasirinkimo ar rekomendacija vartoti bet kokį peptidą ar produktą, kurio sudėtyje yra peptidų. Biologinis aktyvumas, stebimas biocheminiuose, ląstelinėse, augalinėse, gyvūninėse ar kitose eksperimentinėse sistemose, neturėtų būti automatiškai interpretuojamas kaip įrodymas, kad jis yra saugus, veiksmingas ar teikia klinikinę naudą žmonėms. Kiekvieno konkretaus peptido duomenys turėtų būti vertinami atsižvelgiant į tiriamą molekulę, eksperimentinį modelį, matuojamą rezultatą ir turimų tyrimų kokybę.

Nuorodos

[1] Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., ir Bloom, S. R. (1987). Glukagono 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.

[2] Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Gimdos tonizuojančio polipeptido „Kalata B1“ pirminės ir trimatės struktūros išaiškinimas. Biochemija, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002.

[3] Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). 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.

[4] Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., ir Marahiel, M. A. (1998). Peptidinių ryšių susidarymas neribosominėje peptidų biosintezėje. Kondensacijos domeno katalizinis vaidmuo. „Journal of Biological Chemistry“, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773.

[5] Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H., 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.

[6] Meindl, T., Boller, T. ir Felix, G. (1998). Augalo žaizdos 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.

[7] Xhindoli, D., Morgera, F., Zinth, U., Rizzo, R., Pacor, S., & Tossi, A. (2015). Nauji žmogaus katelicidino LL-37 struktūros ir veikimo mechanizmo aspektai, atskleisti naudojant vidinį zondą p-cianofenilalaniną. „Biochemical Journal“, 465(3), 443–457. https://doi.org/10.1042/BJ20141016.

[8] Linde, S., Welinder, B. S. ir Nielsen, J. H. (1993). Proinsulino ir jo konversijos produktų analizė taikant atvirkštinės fazės aukšto našumo skysčių chromatografiją. „Journal of Chromatography“, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r.

[9] Davidson, H. W., ir Hutton, J. C. (1987). Insulino sekretorinių granulių karboksipeptidazė H. Jos išgryninimas ir dalyvavimo proinsulino apdorojime įrodymas. „Biochemical Journal“, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575.

[10] Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). 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.

[11] Lau, J. L., ir Dunn, M. K. (2018). Terapiniai peptidai: istorinės perspektyvos, dabartinės plėtros tendencijos ir ateities kryptys. „Bioorganic & Medicinal Chemistry“, 26(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.