Peptīdi: kas tie ir, kā tie darbojas un kā tos klasificē

Peptīdi ir molekulas, kas sastāv no aminoskābēm, kuras savienotas ar peptīdsaitēm. Daži no tiem piedalās komunikācijā starp šūnām, citi piedalās aizsardzībā pret mikroorganismiem, bet vēl citi veidojas lielāku olbaltumvielu apstrādes vai sadalīšanās laikā. Vārds „peptīds” apraksta plašu molekulu kategoriju – tas nenozīmē vienu konkrētu vielu ar vienu noteiktu funkciju.

Zinātniskie pētījumi labi parāda šo milzīgo daudzveidību. Zinātnieki analizēja muita starpā dabiski sastopamu cilvēka zarnu hormonu, no auga izolētu ciklisku peptīdu un nelielus peptīdu fragmentus, kas atrodami asinīs pēc olbaltumvielu hidrolizāta lietošanas. Tāpēc, lai pareizi izprastu šādas molekulas, nepietiek ar to vien, ka tās ir „peptīdi”. Nozīme ir arī to aminoskābju secībai, molekulārajai struktūrai, izcelsmei, ķīmiskajām modifikācijām, bioloģiskajam kontekstam un eksperimentālajām metodēm, kas izmantotas to pētīšanai. [1] [2] [3]

Šī daudzveidība arī paskaidro, kāpēc vispārīgi apgalvojumi, piemēram, „peptīdi dara X”, var būt mulsinoši. Divas molekulas var piederēt pie peptīdiem un tajā pašā laikā būtiski atšķirties pēc garuma, formas, stabilitātes, bioloģiskā mērķa, atrašanās vietas šūnā un funkcijas. Rezultātus, kas attiecas uz vienu peptīdu, nevar automātiski attiecināt uz citu tikai tāpēc, ka tie abi pieder pie vienas un tās pašas molekulu kategorijas.

Šajā rakstā mēs izskaidrojam peptīdu ķīmijas pamatus, to nozīmi bioloģiskajās sistēmās un dažādos to klasifikācijas veidus. Mēs arī nošķiram to, kas ir tieši izmērīts atsevišķos pētījumos, no plašākiem secinājumiem, kuru apstiprināšanai būtu nepieciešami papildu pierādījumi.

Kas ir peptīdi?

Peptīdi ir savstarpēji savienotas aminoskābes

aminoskābju atlieka aminoskābes atlikumu.

To var salīdzināt ar burtiem, kas veido vārdu. Atsevišķi burti ir sastāvdaļas, bet tikai to noteikta secība veido konkrētu vārdu. Līdzīgi peptīdu nosaka tā aminoskābju atlikumu secība, kā arī saites un modifikācijas, kas veido tā pilno struktūru. Tikai zināšanas par to, kādas aminoskābes ir klāt, nav pietiekamas, lai noteiktu molekulas identitāti.

Piemēram, divi peptīdi var saturēt vienu un to pašu aminoskābju komplektu, bet tām var būt atšķirīga secība. Tādā gadījumā tās veidos dažādas molekulārās sekvences un tām var būt atšķirīgas fiziskās, ķīmiskās vai bioloģiskās īpašības.

Peptīdu saites veidošanās ir ķīmisks process, kas tiek pētīts eksperimentāli. Stahelhauss un līdzstrādnieki analizēja, kā to enzīmu elementi, kas piedalās neribosomālajā peptīdu sintēzē, veidoja produktu, kurš sastāv no divām atlikumu grupām. Ierosinātās katalītiskās vietas maiņa liedza kondensācijas reakciju pētītajā eksperimentālajā sistēmā. Pētījums parāda, ka peptīda izveidei ir nepieciešams noteikts ķīmisks mehānisms — aminoskābes neveido definētu peptīdu tikai tāpēc, ka tās atrodas blakus cita citai. [4]

Termiņš peptīds tāpēc tas attiecas uz savienotu ķīmisko struktūru. To nevajadzētu lietot kā sinonīmu aminoskābēm, olbaltumvielu uztura bagātinātājam vai jebkuram aminoskābes saturošu vielu maisījumam.

Peptīds, polipeptīds un olbaltumviela — saistīti jēdzieni

Termins „peptīds” parasti tiek lietots attiecībā uz salīdzinoši īsu aminoskābju ķēdi. „Polipeptīds” uzsver tādas ķēdes klātbūtni, kas satur daudzus aminoskābju atlikumus, savukārt „olbaltumviela” parasti apzīmē bioloģisku molekulu, kas veidota no vienas vai vairākām polipeptīdu ķēdēm.

Šie jēdzieni daļēji pārklājas, un nepastāv viens vispārpieņemts aminoskābju atlikumu skaits, kas veidotu absolūtu robežu starp tiem.

To pierāda pati zinātniskā literatūra. Sēters (Saether) un līdzstrādnieki raksturoja kalatu B1 kā 29 atlikumu „polipeptīdu”, savukārt Mierke un līdzstrādnieki pētīja 36 atlikumu cilvēka neiropeptīdu Y. Molekula pilnībā nemaina savu ķīmisko dabu tikai tāpēc, ka viens autors to dēvē par peptīdu, bet cits par polipeptīdu. [2] [5]

Dažos mācību materiālos tiek izmantotas aptuvenas skaitliskās vērtības, kas atdala peptīdus no olbaltumvielām. Šādi vienkāršojumi var noderēt mācību procesā, taču tos nevajadzētu uztvert kā absolūtu ķīmisko likumu. Izmantoto terminoloģiju ietekmē arī molekulas locīšanās veids, tās bioloģiskā apstrāde, funkcija un vēsturiskā nomenklatūra.

Tāpēc precīzā aprakstā faktiskā secība un aminoskābju atlikumu skaits bieži vien sniedz vairāk informācijas nekā pati kategorijas nosaukums. Atšķirību starp peptīdu un olbaltumvielu nevajadzētu uzskatīt arī par sarežģītības, bioloģiskās nozīmības, iedarbības spēka vai pētījumu kvalitātes hierarhiju.

Īss peptides var izrādīt ļoti specifisku bioloģisko aktivitāti, turpretī daudz lielāks olbaltumums var pildīt pilnīgi citu strukturālu vai enzīmatisku funkciju. Molekulas garums ir tikai viena no tās īpašībām.

Pats termins „peptīds” nenorāda, kā molekula darbojas

Ne visi peptīdi ir hormoni, pretmikrobiotas vielas, signālmolekulas, terapeuttiskās vielas vai uzrāda bioloģisko aktivitāti tādā pašā veidā. Tās ir papildu īpašības, kas ir jāpierāda konkrētām molekulām.

Pat vienas pētniecības jomas ietvaros ļoti līdzīgas secības var uzvesties atšķirīgi.

Piemēram, eksperimentos, kuros salīdzināja pilnu sistemīnas molekuli (augu signālpeptīdu) ar tās īsākiem fragmentiem, tika konstatēts, ka fragmenti neatveido atbildes, kas novērotas pilnam peptīdam. Viens no fragmentiem pētītajās sistēmās darbojās pat pretēji tam. Tas ir tiešs atgādinājums, ka rezultātus, kas attiecas uz pilnu molekulu, nevar automātiski attiecināt uz tās fragmentu tikai tāpēc, ka tam ir līdzīgs nosaukums. [6]

Tas pats princīps attiecas uz plašāku mērogu. Viena aminoskābes atlikuma nomaiņa, sekvences saīsināšana, gala grupas modifikācija, molekulas ciklizācija vai citas ķīmiskās modifikācijas ieviešana var izmainīt peptīda uzvedību.

Tāpēc no zinātniskā viedokļa visnoderīgākais jautājums reti skan vienkārši:

„Ko dara peptīdi?”

Daudz precīzāks ir jautājums:

„Ko dara šis konkrētais peptīds ar noteiktu secību un struktūru konkrētos eksperimentos?”

Šim izšķirumam ir būtiska nozīme pareizai pētījumu par peptīdiem interpretācijai.

No kā sastāv peptīdi?

Aminokābju atliekas un peptīda karkass

Peptīdi satur mugurkaulu, kas veidots no savienotiem aminoskābju atlikumiem. Tipiskā peptīdsaitē viena aminoskābes karboksilgrupas karboniloglekļa atoms ir savienots ar otras aminoskābes aminogrupas slāpekļa atomu.

Katrs aminoskābes atlikums satur arī sānķēdi, ķīmiskajā pierakstā bieži attēlotu kā grupa R, kas palīdz noteikt molekulas īpašības.

Sānu ķēdes nav tikai aizvietojami pielikumi. Atšķirības elektriskajā lādiņā, polaritātē, lielumā, hidrofobitātē, aromatiskajā raksturā un ķīmiskajā reaktivitātē ietekmē peptīda uzvedību šķīdumā un tā mijiedarbību ar citām molekulām.

Līdz ar to peptīda uzbūve ietver gan atkārtojošos karkasu, gan tam piesaistītas ķīmiski daudzveidīgas grupas.

Dažas sānķēdes var veidot papildu mijiedarbību pašas molekulas iekšienē vai ar to apkārtesošajām molekulām. Šī mijiedarbība var ietekmēt locīšanos, šķīdību, molekulāro atpazīšanu, mijiedarbību ar membrānām un citas eksperimentāli izmērāmas īpašības.

Pētījumos par LL-37, cilvēka aizsargpeptīdu, tika analizēta saistība starp tā secību, locīšanos, pašorganizāciju un mijiedarbību ar membranām. Salīdzinājums ar radniecīgu rēzus pērtiķa peptīdu uzrādīja atšķirīgu uzvedību pētītajos apstākļos. Rezultāti uzsver molekulas uzbūves detaļu nozīmi, nevis pieņēmumu, ka līdzīgiem peptīdiem ir jārīkojas identiski. [7]

Peptīda virziens: N-gals un C-gals

Tipiskam lineāram peptīdam ir divi ķīmiski atšķirīgi gali.

N-beigas apzīmē ķēdes aminogalu, savukārt C-beigas — tā karboksilgalu.

Peptīdu secības pēc vienošanās pieraksta no N-gala C-gala virzienā. Šim virzienam ir nozīme, jo atlikumu secības maiņa rada citu molekulāro secību.

Piemēram, hipotētisks peptīds Ala-Gly-Ser nav ķīmiski identisks ar Ser-Gly-Ala, lai gan abi satur alanīnu, glicīnu un serīnu.

Šī konvencija ļauj zinātniekiem konsekventi pierakstīt sekvences un ir īpaši svarīga, salīdzinot peptīdus, to fragmentus, prekursoru sekvences un sintētiskos variantus.

Molekulas gala grupas var tikt pakļautas arī ķīmiskām modifikācijām. Ja šādas modifikācijas pastāv, tās ir jāiekļauj peptīda aprakstā, jo tā galu ķīmiskais sastāvs var ietekmēt molekulas īpašības.

Secība un trīsdimensiju struktūra

Sekvence nosaka aminoskābju atlikumu secību peptīdā. Savukārt trīsdimensiju struktūra apraksta šīs savienotās molekulas izvietojumu telpā. Tā ir saistīta informācija, bet tās nozīme nav vienāda.

Sekvence informē, kuras atliekas ir savā starpā savienotas un kādā secībā. Strukturālā analīze var papildus atklāt locījumus, pagriezienus, spirāles, cilpas, gredzenus, disulfīda tiltiņus un citas telpiskās pazīmes.

Mierke ar līdzstrādniekiem veica cilvēka neiropeptīda Y ķīmisko sintēzi un pēc tam analizēja tā konformāciju, izmantojot vairākas metodes, tostarp kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopiju. Strukturālie pētījumi tika veikti noteiktā šķidinātāju maisījumā. Tāpēc rezultāti raksturo peptīdu šajos konkrētajos apstākļos, un tos nevajadzētu uzskatīt par pierādījumu tam, ka molekula iegūst tieši tādu pašu struktūru jebkurā bioloģiskajā vidē. [5]

Peptīda konformācija var būt atkarīga cita starpā no šķīdinātāja sastāva, temperatūras, pH, jonu vides, koncentrācijas, citu molekulu klātbūtnes, kā arī membrānas vides.

Tāpēc pilns zinātniskais apraksts var pieprasīt secības, ķīmisko modifikāciju, eksperimentālās vides un izmantotās mērījumu metodes norādīšanu.

Aminoskābju secības pieraksts nesatur visu informāciju, kas tiek iegūta strukturālajos pētījumos.

Lineāras ķēdes, gredzeni un papildu savienojumi

Ne visiem peptīdiem ir atvērts mugurkauls. Daži veido slēgtu gredzenu, bet citi satur papildu saites starp aminoskābju sānu ķēdēm.

Termins „lineārs” attiecas uz atvērtu savienojumu arhitektūru, nevis uz to, ka molekulai telpā ir jāpaliek fiziski taisnai. Lineārs peptīds var locīties, locīties krokās un ieņemt sakārtotas konformācijas.

Cikliskie peptīdi satur kovalenti noslēgtu struktūru. Gredzena veidošanās veids dažādās molekulās var atšķirties.

Peptīdi var arī saturēt disulfīda saites, proti, kovalentas saites, kas parasti veidojas starp cisteīna atlikumiem. Šādas saites var ierobežot iespējamos telpiskos izvietojumus un piedalīties struktūras organizēšanā.

Kalata B1 ir labs šādas arhitektūras piemērs. Zinātnieki to izolēja no auga Oldenlandia affinis, noteica tās 29 aminoskābju atlikumus un, izmantojot pētījumus ar enzīmu šķelšanu, apstiprināja karkasa cikliskorektitāti. Viņi analizēja arī tās trīsdimensiju organizāciju un disulfīda saites. [2]

Šie rezultāti raksturo šī konkrētā peptīda arhitektūru. Tie nepierāda, ka cikliskie peptīdi kopumā ir aktīvāki, stabilāki, bioloģiski svarīgāki vai noderīgāki par lineārajiem peptīdiem.

Peptīdi var veidoties no lielākiem prekursoriem

Bioloģiski aktīvs peptīds ne همیشه rodas uzreiz savā galīgajā formā. Šūna var vispirms saražot lielāku prekursoru molekulu, kurš vēlāk tiek pakļauts turpmākai apstrādei, tostarp sašķelšanai un noteiktu fragmentu noņemšanai.

Tas nozīmē, ka galīgā peptīda veidošanās laikā var pastāvēt vairākas savstarpēji saistītas molekulārās formas.

Proinsulīns labi ilustrē šo principu. Analītisko metožu apskats apraksta proinsulīna pārvēršanos insulīnā un C-peptīdā caur starpformām. Tas arī izskaidro, kāpēc laboratorijas metodēm ir jāatšķir cieši radniecīgi prekursori un apstrādātas molekulas, nevis jāuztver tās kā viens parametrs. [8]

Sākotnējie eksperimentālie pētījumi sniedz detalizētāku piemēru. Davidson un Hutton no žurkas insulinomas audiem izdalīja enzīmu, kas spēj atdalīt bāziskas aminoskābju atlikumus no proinsulīna izcelsmes substrātiem, izraisot insulīna veidošanos. Izmantotajā testā enzīms neizraisīja tālāku nobriedušā insulīna sadalīšanos. Šis rezultāts apstiprina selektīvās apstrādes koncepciju, lai gan audu avots un eksperimenta laboratoriskais raksturs ierobežo iespēju plašāk interpretēt atsevišķu pētījumu. [9]

Prekursoru apstrāde parāda vēl vienu svarīgu principu: radniecīgas molekulas, kas piedalās vienā bioloģiskajā ceļā, nevajadzētu automātiski uzskatīt par savstarpēji aizvietojamām. Prekursors, starpforma, šķelšanās rezultātā radušais fragments un nobriedušais produkts var atšķirties pēc struktūras un bioloģiskajām īpašībām.

Kā veidojas peptīdi?

Peptīdi var veidoties vairāku dažādu bioloģisko un laboratorisko procesu rezultātā.

Daudzās bioloģiskās sistēmās prekursoru molekulas, kas satur peptīdu secības, rodas, izmantojot ribosomālo translāciju, kuras laikā ģenētiskā informācija galīgi nosaka aminoskābju secību veidojošajā ķēdē. Izveidotais prekursorstāvs pēc tam var tikt pakļauts fermentatīvai sašķelšanai un citām posttranslācijas modifikācijām.

Inie peptīdi veidojas procesā neribosomālās peptīdu sintēzes, kurā specializētas enzīmu sistēmas savieno no aminoskābēm atvasinātus komponentus bez ribosomas tradicionālās izmantošanas. Stahelhausa un līdzstrādnieku pētījumi ir eksperimentāls piemērs saišu veidošanās mehānisma analīzei šādā sistēmā. [4]

Peptīdus laboratorijā var iegūt arī, izmantojot ķīmiskā sintēze. Tas ļauj zinātniekiem sagatavot noteiktas secības strukturāliem, bioķīmiskiem, analītiskiem un citiem eksperimentiem.

Ražošanas metode apraksta molekulas tapšanas ceļu. Tomēr tā pati par sevi nenosaka, vai peptīds ir bioloģiski aktīvs, klīniski lietderīgs, dabiski sastopams vai piemērots konkrētam lietojumam.

Kādu lomu organismā spēlē peptīdi?

Nav vienas kopīgas funkcijas visiem peptīdiem.

Konkrēta peptīda bioloģiskā loma ir atkarīga de tā secības, struktūras, koncentrācijas, lokalizācijas, molekulārā mērķa, apstrādes veida un apkārtējās bioloģiskās vides.

Daži peptīdi pārraida signālus starp šūnām

Daži peptīdi pilda bioloģisko ziņnešu funkciju. To darbība ir atkarīga no šūnām, kas uztver signālu, un atbilstošu molekulāro sistēmu klātbūtnes, kas spēj uz to atbildēt.

Tātad signāls nav tikai paša peptīda īpašība – nozīme ir arī to ietverošajam bioloģiskajam kontekstam.

Pētījumā ar cilvēkiem Kreimans (Kreymann) un līdzstrādnieki analizēja GLP-1 7-36 amīdu – no kuņģa un zarnu trakta cēlušos peptīdu. Pētnieki to konstatēja zarnu audos, novēroja tā koncentrācijas izmaiņas asinīs pēc uzturvielu uzņemšanas un analizēja ar insulīnu saistītās atbildes reakcijas kontrolētos infūzijas eksperimentos. Šie novērojumi palīdzēja noteikt šī konkrētā peptīda fizioloģisko signāllomu. Tomēr tie nenozīmē, ka peptīdi kopumā regulē glikozes koncentrāciju asinīs. [1]

Šī atšķirība ir svarīga. Pierādījumi, kas apstiprina viena peptīda hormona funkciju, nav attiecināmi uz visām molekulām, kas satur peptīdsaites.

Daži peptīdi piedalās organismas aizsardzībā

Peptīdi var arī mijiedarboties ar mikroorganismiem vai bioloģiskajām membrānām.

LL-37 ir piemērs peptīdam, ko pēta saistībā ar cilvēka aizsardzības mehānismiem. Eksperimentos cita starpā tika analizēta tā pašorganizācija un mijiedarbība ar dažādām membrānu vidēm.

Hindoli un līdzstrādnieku pētījumi saistīja peptīda strukturālo uzvedību ar atšķirībām mijiedarbībā ar membranām un baktēriju membrānu caurlaidību. Tas ir mehānisks pierādījums — tas palīdz izprast molekulas uzvedību eksperimentālajās sistēmās. Tomēr tas pats par sevi nav klīnisks pētījums, kas pierādītu LL-37 saturoša produkta iedarbību uz cilvēkiem. [7]

Ar organisma aizsardzību saistītie peptīdi labi parāda, kāpēc molekulārajam kontekstam ir nozīme. Laboratorijas apstākļos novērotā aktivitāte pret mikroorganismu vai modeļmembrānu automātiski nenozīmē efektivitāti, drošumu vai klīnisku lietderību cilvēkam.

Daži peptīdi pilda šūnas iekšējās bioķīmiskās funkcijas

Ne katrs peptīds darbojas kā signāls, kas tiek nosūtīts no vienas šūnas uz citu.

Glutations ir šūnu iekšējs tripeptīds, kas piedalās redoksreakcijās jeb bioķīmiskajos procesos, kas saistīti ar elektronu pārnesi.

Kabrāls (Cabral) un viņa līdzstrādnieki pētīja glutationa sintēzi trušiem, izmantojot iezīmētu ūdeni un masu spektrometriju. Viņu darbs bija vērsts uz šīs molekulas veidošanās un atjaunošanās veida mērīšanu. Tas parāda peptīdu, kas piedalās intracelulārajā metabolismā, nevis hormonu, kas pārraida signālus starp orgāniem. Tas bija metodoloģisks pētījums ar dzīvniekiem, nevis pierādījums par glutationu saturoša produkta lietošanas efektu. [10]

Glutations parāda arī to, ka peptīda garums nenosaka tā bioloģisko nozīmi. Tas sastāv tikai no trim aminoskābju atlikumiem, tomēr tas piedalās šūnāsnotiekošajos pamata ķīmiskajos procesos.

Daži peptīdi ir apstrādes vai sadalīšanās produkti

Pats peptīda konstatējums bioloģiskajā paraugā automātiski izskaidro, kāpēc tas tur atrodas.

Tas var pildīt signāla funkciju, būt starpprodukts apstrādes procesā vai rasties lielākas molekulas sadalīšanās rezultātā.

Proinsulīna pētījumi atšķir prekursoru molekulas, starpproduktus un galaproduktus. Savukārt pārtikas pētījumi ir uzrādījuši peptīdu fragmentu klātbūtni asinīs pēc želatīna hidrolizātu uzņemšanas. Šie ir ļoti atšķirīgi bioloģiskie konteksti, lai gan abi attiecas uz peptīdiem. [8] [3]

Tāpēc konstatētais fragments ir jāinterpretē saistībā ar tā avotu, struktūru, koncentrāciju, parādīšanās laiku un pētījuma jautājumu.

Molekulas detektēšana ir tās klātbūtnes pierādījums. Tas automātiski nav tās bioloģiskās funkcijas pierādījums.

Šī atšķirība ir īpaši svarīga, interpretējot analītiskos pētījumus, kuros identificē peptīdus asinīs, audos, pārtikas paraugos un citos sarežģītos bioloģiskajos materiālos.

Ko šie pētījumi parāda — un ko tie nepierāda?

Dažāda veida pētījumi sniedz atbildes uz dažādiem zinātniskiem jautājumiem.

Strukturālās metodes var raksturot molekulas uzbūvi. Bioķīmiskie eksperimenti ļauj analizēt reakcijas un molekulārās mijiedarbības. Pētījumi ar dzīvniekiem ļauj novērot bioloģiskos procesus visā organismā. Fizioloģiskie pētījumi, kuros piedalās cilvēki, var izmērīt konkrētas dalībnieku reakcijas.

Šo pierādījumu veidi var cits citu papildināt, bet tie nav savstarpēji aizvietojami.

Vissvarīgākais noteikums ir tāds, ka pierādījumu spēks un nozīme ir atkarīgi no jautājuma, uz kuru mēs cenšamies atbildēt.

Masu spektrometrijas rezultāts, kas identificē peptīdu, atbild uz citu jautājumu nekā šūnu eksperiments, kas parāda receptoru aktivitāti. Savukārt abi kopā atbild uz citiem jautājumiem nekā kontrolēts pētījums ar cilvēkiem, kurā mēra fizioloģisko vai klīnisko efektu.

Kā klasificē peptīdus?

Peptīdus var klasificēt vairākos veidos vienlaikus. Neeksistē viena klasifikācijas sistēma, kas aptvertu visas to būtiskās īpašības.

Klasifikācija pēc aminoskābju atlikumu skaita

Nosaukumi, kas balstīti uz garumu, nosaka aminoskābju atlikumu skaitu peptīdā.

Dipeptīds satur divus atlikumus, tripeptīds trīs, tetrapeptīds četri, a pentapeptīds pieci.

Tādi termini kā oligopeptīds i polipeptīds apraksta plašākas grupas pēc lieluma, taču to robežas starp avotiem var atšķirties.

Šie nosaukumi neļauj paredzēt molekulas funkciju.

Trīpeptīds var piedalīties šūnas iekšējā metabolismā, turpretī garāks peptīds var darboties kā signālmolekula vai iegūt kompaktu ciklisku struktūru. Glutationāns, neiropeptīds Y un kalata B1 parāda dažādas garuma un bioloģiskā konteksta kombinācijas. [10] [5] [2]

Garums tātad atbild uz jautājumu:

„Cik aminoskābju atlikumu satur molekula?”

Tomēr tā neatbild patstāvīgi uz jautājumu:

„Kā darbojas šī molekula?”

Klasifikācija pēc struktūras

Strukturālie apraksti ietver, cita starpā, atvērtas ķēdes peptīdus, cikliskus peptīdus, kā arī struktūras, kas satur disulfīda tiltiņus.

Zinātnieki var arī aprakstīt noteiktus locīšanās modeļus, šķērssaites vai ķīmiskās modifikācijas, ja tās ir apstiprinātas ar analītiskajām metodēm.

Struktūra un garums atbild uz dažādiem jautājumiem. Kalatīnu B1 var raksturot gan kā molekulu, kas satur 29 atlikumus, gan kā peptīdu ar ciklisku karkasu. Neviens no šiem aprakstiem neaizvieto otru. Līdzīgi arī pati peptīda secība nepaziņo visu būtisko informāciju par tā trīsdimensiju organizāciju. [2]

Klasifikācija pēc bioloģiskās lomas

Funkcionālās kategorijas ietver mu. cit. peptīdu hormonus, neiropeptīdus, ar organisma aizsardzību saistītos peptīdus, kā arī peptīdus, kas piedalās intracelulārajos bioķīmiskajos procesos.

Šīs kategorijas var daļēji pārklāties, un piederībai pie tām ir jāizriet no pierādījumiem par konkrēto molikulu.

Minētie pētījumi sniedz vairākus piemērus: GLP-1 pilda apstiprinātu hormonālo funkciju cilvēka fizioloģijā, LL-37 tiek pētīts organisma aizsardzības kontekstā, savukārt glutationjs piedalās šūnu iekšējos redox procesos. „Peptīds” ir plašs ķīmisks apraksts, savukārt funkcionālais nosaukums raksturo konkrētu bioloģisko lomu. [1] [7] [10]

Tādēļ funkcionālajai klasifikācijai būtu jāizriet no pierādījumiem, nevis jāsecina tikai no sekvences garuma vai paša termina „peptīds”.

Klasifikācija pēc izcelsmes un ražošanas veida

Peptīdus var aprakstīt arī pēc to izcelsmes vai ražošanas veida.

Tādi apzīmējumi kā „cilvēku izcelsmes” vai „augu izcelsmes” attiecas uz bioloģisko izcelsmi. Savukārt „ķīmiski sintezēts” raksturo ražošanas metodi.

Tās nav savstarpēji izslēdzošas īpašības. Laboratorijā var sintetizēt peptīdu ar organismā dabiski sastopamu secību.

Cilvēka neuropeptīda Y sintēze, ko veica Mirke (Mierke) un līdzstrādnieki, labi parāda šo atšķirību. Sekvence bija iegūta no cilvēka bioloģijas, turpretī eksperimentālais materiāls tika iegūts ķīmiski. Tas nenozīmē, ka katrs sintētiskais preparāts ir identisks visās būtiskajās niansēs – tāpēc pētnieki izmantoja analītiskās metodes, lai raksturotu iegūto materiālu. [5]

Cits nošķīrums attiecas uz bioloģisko rašanās veidu. Daudzas peptīdu ķēdes veidojas ribosomālās sintēzes procesā un pēc tam var tikt turpmāk apstrādātas. Citi peptīdi tiek sintetizēti ar specializētu enzīmu sistēmu palīdzību ārpus ribosomas. Stahelhauss (Stachelhaus) un līdzstrādnieki tieši pētīja peptīdsaišu veidošanos, ko veic šādas niribosomālas sistēmas elementi. Šis nošķīrums raksturo biosintēzi, nevis bioloģiskās vērtības hierarhiju. [8] [4]

Tāpēc vienam peptīdam var būt vairāki pareizi apzīmējumi vienlaikus.

Piemēram, to pašu molekulu var aprakstīt pēc atlikumu skaita, cikliskās arhitektūras, bioloģiskās izcelsmes un eksperimentāli apstiprinātas funkcijas.

Klasifikācija ir visnoderīgākā tad, când autors skaidri norāda, kādu molekulas pazīmi viņš apraksta.

Ko nozīmē apzīmējumi „bio peptide” un „bioactive peptide”?

Apzīmējums „bio peptide” nav pietiekami precīzs zinātnisks termins, lai uz tā pamata identificētu konkrētu molekulu, secību vai apstiprinātu aktivitāti.

Ja täāds apzīmējums parādās uz etiķetes, produkta aprakstā vai interneta vaicājumā, vispirms ir jānoskaidro, uz kādu vielu tas patiesībā attiecas.

Termins „bioaktīvais peptīds”, jeb bioaktīvais peptīds, parasti nozīmē, ka noteiktos apstākļos ir novērota noteikta bioloģiskā aktivitāte.

Svarīgākais tad ir noskaidrot:

• kāda molekula tika pētīta;
• kāda bija tās secība un struktūra;
• kāds eksperimentālais iekārtojums tika izmantots;
• kādu koncentrāciju vai ekspozīciju pētīja;
• kādu efektu mērīja;
• vai novērojums bija no biochemiska, šūnu, dzīvnieku vai cilvēku pētījuma.

Signālu atbildes kavēšana augā, mijiedarbība ar baktēriju membrānu un ietekme uz cilvēka hormonu atbildi ir dažādi bioloģiskās aktivitātes veidi. Tos nevar reducēt uz vienu vispārēju īpašību, ko dēvē par „iedarbību”. [6] [7] [1]

Kāpēc klasifikācija nenoteic klīnisko statusu?

Strukturālā vai funkcionālā kategorija nav medicīniskā apstiprinājuma kategorija.

Molekulas raksturošana kā dabiska, sintētiska, cikliska, hormonāla vai bioaktīva nenozīmē, ka tai ir medicīniskai lietošanai nepieciešamie pierādījumi.

Lau un Dunna pārskats par terapeitisko peptīdu attīstību parāda, kā atsevišķas molekulas iziet cauri dažādiem pētniecības un izstrādes posmiem. Šai publikācijai ir vēsturiska pārskata, nevis pašreizējā apstiprināto produktu reģistra raksturs. Tomēr šajā kontekstā tā parāda svarīgu principu: peptīda ķīmija un tā statuss klīniskajā izstrādē ir divi dažādi jautājumi. [11]

Tāpēc molekula var būt zinātniski interesanta, bioloģiski aktīva vai plaši pētīta, vienlaikus nebūdama apstiprināts medikaments.

Kur sastopami peptīdi?

Cilvēka organismā

Peptīdi ir sastopami dažādos cilvēka audos un bioloģiskajos šķidrumos.

To atrašanās vieta ir atkarīga no konkrētās molekulas un analizētā procesa. GLP-1 pētījumi ir parādījuši tā saistību ar kuņģa-zarnu traktu un koncentrācijas izmaiņas asinīs, savukārt proinsulīna pētījumi attiecas uz tās veidošanos un apstrādi aizkuņģa dziedzerī. Tie ir konkrēti piemēri, nevis pierādījums tam, ka katrs peptīds ir sastopams visās organismas daļās. [1] [8]

Ir vērts arī nošķirt trīs jautājumus:

• Kur tiek ražots peptīds?
• Kur to var atklāt?
• Kur tas izrāda bioloģisko iedarbību?

Šīm vietām nav jābūt vienādām.

Peptīds, ko ražo viena audu daļa, var nonākt asinsritē un iedarboties uz citu audu daļu. Savukārt citi peptīdi galvenokārt piedalās vietējos vai intracelulāros procesos.

Tāpēc pats peptīda konstatējums asinīs nenorāda uz tā koncentrāciju vai bioloģisko aktivitāti citos audos.

Augaros un mikrobioloģiskajās sistēmās

Peptīdu bioloģija sniedzas tālu aiz cilvēka organismu robežām.

Augu pētījumi cita starpā ietvēra ar sistemīnu saistīto signalizāciju un kalatas B1 struktūru. Savukārt pētījumi par neribosomālajām fermentatīvajām sistēmām attiecās uz citu peptīdu molekulu montāžas veidu. [6] [2] [4]

Šie piemēri parāda, cik plaša nozīme ir vārdam „peptīds”.

Augu peptīds automātiski nekļūst par cilvēka hormonu, un eksperiments par molekulas enzimātisko montāžu nav klīnisks pētījums. Bioloģiskais avots un eksperimentālais modelis joprojām ir būtiski apraksta elementi.

Starpsugu salīdzinājumi var sniegt vērtīgu zinānisko informāciju, taču rezultāti vienmēr ir jāsaista ar organismu un eksperimentālo sistēmu, kurā tie iegūti.

Pārtikas izcelsmes olbaltumvielu fragmentos

Uzturā esošie olbaltumvielas gremošanas laikā var veidot mazākus peptīdu fragmentus.

Tomēr ir jānošķir vesels olbaltums, olbaltumu hidrolizāts un viens attīrīts peptīds — tie ir dažādi materiāli.

Olbaltumvielu hidrolizāts satur produktus, kas radušies lielāku olbaltumvielu sadalīšanās rezultātā mazākās sastāvdaļās. Atkarībā no sagatavošanas veida tajā var atrasties dažāda garuma peptīdi un brīvās aminoskābes.

Ivajs un kolēģi pētīja želatīna hidrolizātus un pēc to lietošanas uzturā cilvēka asinīs identificēja vairākus no kolagēna atvasinātus peptīdus. Rezultāti parāda, ka noteiktos pētījuma apstākļos bija iespējams noteikt konkrētus fragmentus. Tomēr tie nepierāda, ka visi no pārtikas produktiem iegūtie peptīdi iziet cauri gremošanas procesam nemainītā veidā, ne arī to, ka to noteikšana vien liecina par fizioloģiska ieguvuma pastāvēšanu. [3]

Tāpēc precīzam aprakstam vajadzētu norādīt izejmateriālu un — ja tas ir zināms — konkrētos atklātos fragmentus.

Apgalvojumi „satur olbaltumvielas”, „satur peptīdus” un „satur šo konkrēto, identificēto peptīdu” sniedz atšķirīgu informācijas līmeni.

Materiālos, ko izmanto laboratorijas pētījumos

Peptīdus var sintezēt, lai zinātnieki varētu pētīt zināmu secību, salīdzināt tās variantus, analizēt molekulas struktūru, analītisko uzvedību vai noteiktas biķīmiskās hipotezes.

Neuropeptīda Y pētījumā ķīmiskā sintēze tika apvienota ar hromatogrāfiju, masu spektrometriju, secības analīzi un strukturālajām metodēm. Tas parāda, ka Peptīda izgatavošana un tā īpašību apstiprināšana ir saistīti, bet atšķirīgi uzdevumi.. [5]

Ķīmiskā sintēze nodrošina materiālu, kam jāatspoguļo noteikta molekulārā struktūra. Analītiskā raksturojums palīdz noteikt, vai iegūtais materiāls patiešām piemīt paredzamās īpašības.

Tas pats princīps attiecas uz zinātniskās publikācijas interpretēšanu: pētītā materiāla identitātei ir nozīme.

Ar pašu peptīda nosaukumu vien nepietiek, lai pieņemtu, ka katram preparātam ir identiska secība, tīrība, ķīmiskā forma vai analītiskais raksturojums, vai ka tas ir pētīts līdzvērtīgos apstākļos.

Kpēc secība, struktūra un eksperimentālais konteksts ir svarīgi?

Peptīdu pētījumi kļūst daudz vieglāk interpretējami, ja mēs nošķiram trīs pamatjautājumus:

Kādu molekulu pētīja?

Tas ietver tās secību, atlikumu skaitu, ķīmiskās modifikācijas un strukturālās pazīmes.

Kur un kā tā tika pētīta?

Ir jānoskaidro, vai eksperiments ietvēra attīrītas daļiņas, šūnu kultūras, izolētus audus, dzīvniekus vai cilvēkus.

Kāds rezultāts patiesībā tika izmērīts?

Molekulas detektēšana, saistīšanās ar receptoru, mijiedarbība ar membrānu, gēnu ekspresija, fizioloģiskā atbilde un klīniskais iznākums ir dažādi gala punkti.

Interpretācijas problēmas bieži rodas tad, kad pierādījumus no viena līmeņa izmanto, lai pamatojumi apgalvojumu, kas attiecas uz citu līmeni.

Piemēram:

peptīds konstatēts asinīs → tāpēc tas sniedz klīnisku labumu

nav automātiski pareizs secinājums.

Līdzīgi:

peptīds iedarbojas uz šūnām kultūrā → tāpēc tas rada tādu pašu efektu cilvēkam

prasa papildu pierādījumus.

Molekulas identitātes, eksperimentālā modeļa un faktiski izmērītā rezultāta nošķiršana ir praktisks veids, kā izprast pētījumus par peptīdiem, neizdarot secinājumus, kas pārsniedz pieejamos datus.

Biežāk uzdotie jautājumi

1. Vai peptīdi sastopami organismā dabiski?

Jā, daudzi peptīdi dabīgi atrodas cilvēka organismā. Pētījumos ar cilvēku līdzdalību zarnu audos tika konstatēts GLP-1, un tika novērotas tā koncentrācijas izmaiņas asinīs pēc uzturvielu uzņemšanas, savukārt pētījumi par proinsulīnu attiecas uz dabīgi veidojošos prekursoru molekulu pārstrādi. Šie rezultāti apstiprina endogēno peptīdu esamību, taču nenozīmē, ka katra viela, ko dēvē par peptīdu, dabīgi sastopama cilvēkos. Dažas sekvences sastopamas citos organismos, daļa veidojas no lielākām molekulām, bet citas var tikt radītas vai modificētas eksperimentāli. Tādēļ dabisko sastopamību ir jānosaka konkrētai molekulai, nevis jāsecina, balstoties vienīgi uz vārdu „peptīds”. [1] [8]

2. Cik aminoskābju veido peptīdu?

Peptīds satur vismaz divas savienotas aminoskābju atliekas, taču nav vispārpieņemta maksimālā skaitliskā vērtība, kas nepārprotami nošķirtu peptīdus no olbaltumvielām. Zinātniskajos pētījumos bieži tiek norādīts precīzs garums: kalatam B1 ir 29 atliekas, bet neiropeptīdam Y — 36, neskatoties uz to, ka terminu „peptīds” un „polipeptīds” lietojums daļēji pārklājas. Aptuvenas skaitliskas robežas var būt noderīgas izglītībā, taču tās nevajadzētu uzskatīt par absolūtiem ķīmijas likumiem. Garums palīdz identificēt molekulu, taču tas neveido universālu bioloģisku robežu un neparedz funkcijas. Tāpēc faktiskā atlieku skaita norādīšana ir precīzāka nekā stingras robežvērtības izmantošana. [2] [5]

3. Vai peptīdi ir tas pats, kas aminoskābes?

Nē. Peptīdi ir savienotas molekulas, kas veidotas no aminoskābju atlikumiem, turpretim brīvas aminoskābes ir atsevišķas molekulāras vienības. Pētījumos par nirobosomālo peptīdu sintēzi tika analizēti konkrēti reakcijas mehānismi, kas nepieciešami, lai izveidotu produktu, kurš satur peptīdsaiti. Šī atšķirība ir svarīga, jo vienkārša aminoskābju sajaukšana automātiski nenoved pie noteiktas secības izveidošanās. Pēc aminoskābju iekļaušanas peptīdā to secība un ķīmiskie savienojumi kļūst par daļu no molekulas identitātes. Tāpēc peptīds ir jāidentificē, pamatojoties uz tā savienoto struktūru, nevis tikai uz atsevišķu aminoskābju klātbūtni. [4]

4. Kas ir peptīdu saite?

Peptīda saite ir kovalentā saite starp aminoskābju atvasinātajām grupām un veido daļu no peptīda skeleta. No ķīmiskā viedokļa tā parasti savieno vienas aminoskābes karbonilgrupas oglekļa atomu ar otras aminoskābes slāpekļa atomu. Stachelhaus un kolēģi analizēja enzīma domēna lomu šādas saites veidošanā nerybosomālajā sistēmā, cita starpā izmantojot modifikāciju, kas neļāva notikt pētītajai reakcijai. Šie rezultāti attiecas uz konkrētu peptīda salikšanās mehānismu, nevis uz visiem tā veidošanās veidiem. Vispārējais princips ir tāds, ka peptīdu saites savieno atliekas noteiktā ķēdē, bet pašas par sevi nenosaka šīs ķēdes bioloģisko funkciju. [4]

5. Kas ir polipeptīds?

Polipeptīds ir ķēde, kas satur daudzas aminoskābju atlikumus, kurus savieno peptīdsaites. Termins daļēji pārklājas ar apzīmējumiem „peptīds” un „olbaltumviela”, nevis apzīmē pilnīgi atsevišķu ķīmisko klasi. Piemēram, publikācijā par kalatīna B1 struktūru termins „polipeptīds” tika lietots attiecībā uz molekulu, kas satur 29 atlikumus. Tas parāda, kāpēc nosaukums pats par sevi nav precīzs izmēra mērs. Atsevišķas zinātnes nozares un publikācijas var nedaudz atšķirīgi lietot apzīmējumus peptīds un polipeptīds. Tādējādi secība, atlikumu skaits, struktūra un bioloģiskais konteksts nodrošina precīzāku pētāmās molekulas aprakstu. [2]

6. Ar ko peptīdi atšķiras no olbaltumvielām?

Peptīdiem un olbaltumvielām ir kopīga ķīmiskā struktūra, kas balstās uz aminoskābēm, savukārt termins „olbaltumviela” parasti attiecas uz sarežģītākām bioloģiskām molekulām, kas veidotas no vienas vai vairākām polipeptīdu ķēdēm. Terminoloģija daļēji pārklājas, un lielāks prekursors var tikt pārveidots par mazākiem produktiem, kā piemērs tam ir proinsulīna pārveidošanās. Izmērs ir daļa no šīs atšķirības, taču to nevajadzētu uzskatīt par universālu robežu. Olbaltumvielas bieži veido sarežģītas augstākas kārtas struktūras, lai gan arī peptīdi var pieņemt noteiktas trīsdimensiju konformācijas. Tādēļ visnoderīgākais skaidrojums būtu jānorāda uz konkrētu molekulu, tās atlieku skaitu, struktūru un lomu bioloģiskajā procesā, nevis jābalstās vienīgi uz skaitlisko slieksni. [8]

7. Vai peptīdi, kas satur tās pašas aminoskābes, var darboties citādi?

Jā. Molekulas uzvedība ir atkarīga ne tikai no tā, kādas aminoskābes tā satur, bet arī no to secības, ķīmiskajām saiknēm, modifikācijām un trīsdimensiju izkārtojuma. Neiropeptīda Y struktūras pētījumi un eksperimenti ar sistemīna fragmentiem parāda, kāpēc molekulas sekvencei un uzbūvei ir nepieciešama atsevišķa analīze. Pat peptīdi ar identisku aminoskābju sastāvu var būt atšķirīgas molekulas, ja to atlikumi ir citā secībā. Šie pētījumi neļauj prognozēt katras iespējamās sekvences uzvedību, tāpēc divus peptīdus nevajadzētu uzskatīt par līdzvērtīgiem tikai tāpēc, ka to aminoskābju sastāvs izskatās līdzīgi. [5] [6]

8. Vai garāks peptīds iedarbojas spēcīgāk?

Nepastāv vispārīgs likums, kas noteiktu, ka garāks peptīds izraisa spēcīgāku bioloģisko efektu. Nozīme ir cita starpā sekvencei, struktūrai, molekulārajam mērķim, koncentrācijai, stabilitātei un eksperimentālajiem apstākļiem. Sistemīnas fragmentu pētījumi parādīja, ka molekulas izmaiņas ietekmēja tās aktivitāti, bet neapstiprināja universālu sakarību starp garumu un bioloģiskās darbības stiprumu. Īss peptīds var pildīt svarīgu un ļoti specifisku bioķīmisku funkciju, par ko piemērs ir glutations, kamēr daudz garāki peptīdi var pildīt pilnīgi citas lomas. Tādējādi garums ir parametrs, kas raksturo molekulu. Bioloģisko efektu salīdzināšanai ir nepieciešami tieši konkrētu peptīdu pētījumi, izmantojot to pašu, skaidri definēto gala punktu. [6] [10]

9. Ko nozīmē „bioaktīvs peptīds”?

Bioaktīvs peptīds ir peptīds, kuram noteiktā eksperimentālā sistēmā ir pierādīts specifisks bioloģiskais efekts. Efekts var ietvert šūnas atbildes reakciju, mijiedarbību ar receptoru, mijiedarbību ar membrānu, biochemisku reakciju vai fizioloģiskā parametra izmaiņas. Piemēram, LL-37 pētījumos tika analizētas specifiskas strukturālās īpašības un mijiedarbība ar membrānām. Šādi rezultāti automātiski neapstiprina klīnisko darbību un tiem nav obligāti jāattiecas uz katru materiālu, kas izmanto to pašu nosaukumu. Tāpēc „bioaktīvs” nebūtu jāsaprot kā vispārējs apgalvojums, ka peptīds sniedz ieguvumus veselībai. Termins iegūst zinānisko nozīmi tikai tad, kad ir noteikta molekula, eksperimentālā sistēma, mērītā aktivitāte un pierādījumu veids. [7]

10. Vai visi peptīdi ir hormoni?

Nē. Hormons ir funkcionāla kategorija, kas aptver dažus peptīdus, bet ne visus. GLP-1 ir piemērs peptīdam, ko pēta kā cilvēka zarnu hormonu, savukārt glutationa ir intracelulārs tripeptīds, ko analizē saistībā ar redoks procesiem un tā sintēzi. Vēl viena kategorija ir peptīdi, kas saistīti ar organisma aizsardzību. Šie piemēri parāda ļoti atšķirīgas lomas vienas un tās pašas plašās ķīmiskās klases ietvaros. Molekulas nosaukums „peptīds” norāda uz tās uz aminoskābēm balstīto struktūru. Lai to dēvētu par hormonu, ir nepieciešami papildu pierādījumi, kas apstiprina tās signāla lomu konkrētā bioloģiskajā sistēmā. [1] [10]

11. Kas ir peptīda prekisors?

Peptīda prekursors ir molekula, no kuras bioloģiskas pārveidošanās rezultātā var veidoties peptīda produkts. Labi pazīstams piemērs ir proinsulīns, kura gadījumā izšķir starpproduktus – insulīnu un C-peptīdu. Analītiskie pētījumi uzsver nepieciešamību atsevišķi noteikt šīs saistītās formas. Pārveidošanās var ietvert selektīvu enzīmatisku sašķelšanos un citas molekulāras izmaiņas, kas notiek pirms nobriedušā produkta veidošanās. Tādēļ prekursoram nevajadzētu automātiski piedēvēt visas tā galaprodukta īpašības — tā identitāte, pārstrādes posms, koncentrācija, atrašanās vieta un izmērītā bioloģiskā aktivitāte prasa atsevišķu novērtējumu. [8] [9]

12. Ar ko lineārie peptīdi atšķiras no cikliskajiem?

Lineāriem peptīdiem ir atvērts karkass, turpretim cikliskie peptīdi satur kovalenti noslēgtu gredzenu, ko veido karkass vai sānu ķēžu savienojumi. Termins „lineārs” attiecas uz atomu savienošanās veidu, un tas nenozīmē, ka molekulai ir jābūt fiziski taisnai. Kalata B1 ir dokumentēts cikliskā peptīda piemērs ar noslēgtu karkasu un papildu disulfīda saitēm. Tās strukturālā analīze parāda šīs konkrētās molekulas organizāciju, taču tā nepierāda, ka visi cikliskie peptīdi uzvedas līdzīgi. Šis nošķīrums galvenokārt raksturo molekulāro arhitektūru. Šādas struktūras ietekme uz stabilitāti, mijiedarbību, bioloģisko aktivitāti vai citām īpašībām prasa datus par konkrēto peptīdu. [2]

13. Vai ķīmiskās modifikācijas var mainīt peptīda īpašības?

Tā. Aminoskābju atlikumu, galējo grupu, citu ķīmisko modifikāciju vai molekulas savienošanas veida izmaiņas var ietekmēt peptīda fizikālās un bioloģiskās īpašības. Literatūra par peptīdu izstrādi apspriež dažādu struktūru un medicīniskās ķīmijas stratēģiju izmantošanu, savukārt strukturālie pētījumi parāda eksperimentālā materiāla precīzas raksturošanas nozīmi. Modifikācijas var potenciāli ietekmēt cita starpā lādiņu, konformāciju, mijiedarbību ar citām molekulām, kā arī jutību pret ķīmiskām un fermentatīvām pārvērtībām. Tomēr pati modifikācija negarantē vēlamo vai paredzamo efektu. Modificētā molekula ir jāvērtē atsevišķi, nevis jāpieņem, ka visi rezultāti, kas attiecas uz sākotnējo peptīdu, joprojām ir spēkā. [11] [5]

14. Vai dabīgi sastopamu peptīdu var iegūt arī sintētiski?

Jā. Zinātnieki var ķīmiski sintezēt sekvenci, kas sastopama arī dabā. Mierke un līdzstrādnieki to izdarīja attiecībā uz cilvēka neiropeptīdu Y un pēc tam izmantoja vairākas analītiskās metodes, lai raksturotu iegūto materiālu. Tas parāda, ka dabiskā izcelsme un ražošanas veids raksturo divus dažādus peptīda aspektus. Vārds „dabisks” var attiekties uz sekvences sastopamību bioloģijā, savukārt „sintētisks” raksturo konkrētā parauga sagatavošanas veidu. Tas nenozīmē, ka katrs materiāls ar tādu pašu nosaukumu ir ekvivalents —, salīdzinot pētnieciskos materiālus, joprojām nozīme ir sekvencei, modifikācijām, ķīmiskajai formai, sastāvam, tīrībai un analītiskajam raksturojumam. [5]

15. Vai peptīdi sastopami ārpus cilvēka organismā?

Jā. Peptīdi sastopami daudzās bioloģiskās sistēmās, tostarp augos un mikroorganismos. Pētījumos tika izpētīta, cita starpā, augu sistemīna – cikliskā kalāta B1, kas izdalīta no Oldenlandia affinis kā arī nēribosomālo peptīdu salikšanas mehānismi. Šie piemēri parāda to izcelsmes, struktūru un bioloģisko kontekstu daudzveidību. Tomēr tas nenozīmē, ka peptīds, kas iegūts no cita organisma, pilda tādu pašu funkciju cilvēkam. Tāpēc informācija par bioloģisko avotu ir jānošķir no apgalvojumiem par iedarbību cilvēkiem. Starpsugu pētījumi var sniegt būtisku informāciju par mehānismiem, taču rezultātu pārnešanai starp organismiem ir nepieciešami papildu pierādījumi. [6] [2] [4]

16. Vai visi pārtikā esošie peptīdi nonāk asinīs nemainītā veidā?

Nē. Pierādījumi, kas liecina, ka noteikti pārtikas fragmenti parādās asinīs, nenozīmē, ka visi pārtikas peptīdi tiek uzsūkti nemainītā veidā. Pārtikas olbaltumvielas gremošanas laikā var tikt ievērojami sadalītas, veidojot peptīdu un aminoskābju maisījumus. Iwai un kolēģi identificēja konkrētus fragmentus, kas cēlušies no kolagēna, pēc tam, kad dalībnieki bija uzņēmuši želatīna hidrolizātus. Eksperiments attiecās uz konkrētu materiālu un izmērītajiem fragmentiem, nevis uz visiem produktiem, kas satur olbaltumvielas. Arī šo fragmentu atklāšana pati par sevi neapstiprināja labvēlīgo ietekmi uz veselību. Tādējādi secinājumi par peptīdu uzsūkšanos no pārtikas būtu jāsaista ar konkrētu izejmateriālu, analizētajām molekulām, izmantotajām metodēm un eksperimenta apstākļiem. [3]

17. Kādi pierādījumi ir nepieciešami, lai noteiktu peptīda darbību?

Pierādījumu veidam jāatbilst apgalvojumam, kuru vēlamies pārbaudīt. Strukturālā analīze ļauj noteikt molekulas īpašības, bioķīmiskie eksperimenti var pētīt mehānismus, šūnu pētījumi mēra noteiktas šūnu reakcijas, eksperimenti ar dzīvniekiem ļauj novērot procesus visā organismā, savukārt pētījumi ar cilvēku līdzdalību var novērtēt fizioloģiskos vai klīniskos rezultātus. Pētījumi par kalatu B1, sistemīnu un GLP-1 ilustrē dažādus zinātnisko jautājumu veidus. Neviens atsevišķs pētījuma veids neatbild uz visiem šiem jautājumiem, un pati molekulas atklāšana nav tas pats, kas efekta pierādīšana. Tāpat efekts, kas novērots šūnās vai dzīvniekiem, automātiski nenozīmē tādu pašu rezultātu cilvēkam. Tādēļ precīzā aprakstā būtu jānorāda, kādu molekulu pētīja, kādu eksperimentālo modeli izmantoja, ko faktiski mērīja un kas joprojām paliek neskaidrs. [2] [6] [1]

18. Vai aminoskābju secība nosaka peptīda identitāti?

Aminoskābju secība ir peptīda identitātes pamatsdaļa, jo tā nosaka atlikumu secību ķēdē. Tomēr pati secība var neaprakstīt visas būtiskās molekulas īpašības. Papildu informāciju var sniegt galu modifikācijas, ciklizācija, disulfīda tiltiņi, citas ķīmiskās modifikācijas un trīsdimensiju organizācija. Kalata B1 un neiropeptīda Y strukturālie pētījumi parāda, kāpēc gan secībai, gan padziļinātākai molekulārajai raksturojuma kripatai var būt nozīme. Tāpēc divus materiālus, kas pastāv ar vienu un to pašu vispārējo peptīda nosaukumu, nevajadzētu automātiski uzskatīt par analītiski identiskiem bez rūpīgākas raksturošanas. [2] [5]

19. Vai sintētiskie peptīdi atšķiras no dabiski sastopamajiem?

Termini „sintētisks” un „dabiski sastopams” galvenokārt raksturo izcelsmi vai ražošanas veidu, nevis automātiski citu aminoskābju secību. organismā sastopamu secību var sagatavot arī ķīmiski, ko piemērs ir cilvēka neiropeptīda Y sintēze. Novērtējums tam, vai divi preparāti ir molekulāri ekvivalenti, prasa ņemt vērā to secību, ķīmisko modifikāciju, struktūru, sastāvu un analītisko raksturojumu. Tāpēc vārdu „sintētisks” nevajadzētu automātiski interpretēt kā tādu, kas nozīmē bioloģiski citādāku, sliktāku, labāku, drošāku vai aktīvāku. Tie ir atsevišķi jautājumi, kas prasa atsevišķus pierādījumus. [5]

20. Vai peptīda noteikšana asinīs pierāda tā bioloģisko iedarbību?

Nē. Noteikšana nozīmē, ka izmantotā analītiskā metode ir identificējusi peptīdu vai ar to saistītu materiālu paraugā un noteiktos apstākļos. Bioloģiskās aktivitātes pierādīšanai ir nepieciešami papildu pierādījumi. Ivai un līdzstrādnieki cilvēka asinīs konstatēja no kolagēna iegūtus peptīdu fragmentus pēc želatīna hidrolizāta lietošanas uzturā, taču pati to noteikšana neapstiprināja ieguvumu veselībai. Savukārt GLP-1 pētījumos peptīdu mērījumi tika saistīti ar fizioloģiskiem eksperimentiem, kas attiecas uz konkrētām organisma atbildes reakcijām. Šie piemēri parāda atšķirību starp molekulas klātbūtnes apstiprināšanu un tās bioloģiskās funkcijas pierādīšanu. [3] [1]

Vispārējo pētījumu par peptīdiem interpretācijas ierobežojumi

Pirmais svarīgais ierobežojums ir tas, ka peptīdi ir milzīga un ļoti daudzveidīga molekulu kategorija. Rezultātus, kas attiecas uz vienu peptīdu, nevajadzētu automātiski attiecināt uz citu peptīdu ar citu secību, struktūru vai bioloģisko kontekstu.

Otrais ierobežojums ir terminoloģija. Tādi apzīmējumi kā peptīds, polipeptīds, oligopeptīds, olbaltumviela jeb proteīns vai bioaktīvs peptīds dažādās zinātnes nozarēs var tikt lietoti nedaudz citādi. Faktiskā secība un strukturālā informācija bieži vien ir daudz precīzāka nekā pati kategorijas nosaukums.

Treškārt, nozīme ir eksperimentālajam kontekstam. Peptīds var uzvesties citādi atkarībā no šķīdinātāja, pH, temperatūras, koncentrācijas, citu molekulu klātbūtnes, šūnu vides vai organismā. Tāpēc strukturālos novērojumus, kas iegūti noteiktos apstākļos, nevajadzētu automātiski pasniegt kā molekulas universālu uzvedību.

Ceturtkārt, bioloģiskie pierādījumi pastāv vairākos līmeņos. Ķīmiskā identifikācija, mijiedarbība ar receptoriem, šūnu aktivitāte, ietekme uz dzīvniekiem, fizioloģiskās atbildes reakcijas cilvēkiem un klīniskie rezultāti veido dažāda veida pierādījumus.

Piektkārt, dabiska sastopamība nenozīmē terapeitisko lietderību, un ķīmiskā sintēze nenosaka klīnisko statusu. Izcelsme, ražošanas veids, bioloģiskā aktivitāte un medicīniskie pierādījumi ir atsevišķas pazīmes.

Visbeidzot, molekulas noteikšanu nevajadzētu jaukt ar tās funkcijas pierādīšanu. Peptīda identificēšana asinīs, audos, no pārtikas iegūtā materiālā vai citā paraugā apstiprina tā klātbūtni izmantotās analīzes apstākļos. Lai noskaidrotu, kādu bioloģisko funkciju – ja vispār – pilda noteiktā molekula, ir nepieciešami papildu pierādījumi.

Kopsavilkums

Peptīdi ir molekulas, kas sastāv no aminoskābēm, kuras savienotas ar peptīdsaitēm, taču šī vienkāršā definīcija ietver ārkārtīgi plašu struktūru un bioloģisko kontekstu spektru.

Tās var sastāvēt tikai no dažiem atlikumiem vai veidot daudz garāžas ķēdes. Tās var būt lineāras, cikliskas, papildus saistītas ar tiltiņiem, dabiski ražotas, fermentatīvi apstrādātas, non-ribosomāli sintezētas vai iegūtas ķīmiskās sintēzes ceļš. Dažas pilda bioloģisko signālu funkciju, citas piedalās organiska aizsardzībā, daļa piedalās intracelulāros biochemisko procesos, bet vēl citas parādās kā starpprodukti vai fragmenti lielāku molekulu apstrādes un sadalīšanās laikā.

Šī iemesla dēļ apzīmējums peptīds ir jāuztver kā plašas molekulāras kategorijas nosaukums, nevis kā funkcijas paredzējums.

Lai pareizi izprastu konkrētu peptīdu, ir jāatbild uz vairākiem atsevišķiem jautājumiem:

• Kāda ir tā aminoskābju secība?
• Cik tur ir atlikuma?
• Kāda ir tā molekulārā arhitektūra?
• Vai tas satur papildu ķīmiskās modifikācijas?
• No kurienes tas nāk?
• Kā tas tiek ražots vai apstrādāts?
• Kādā modelī tas tika pārbaudīts?
• Kādu bioloģisko funkciju ir izdevies reāli pierādīt?
• Kāda veida pierādījumi apstiprina šo secinājumu?

Pētījumi, kas aplūkoti šajā rakstā, parāda, kāpēc šādiem izšķīrumiem ir nozīme. GLP-1 ir cilvēka peptīdu signālu pārneses piemērs; kalata B1 parāda cikliskas molekulārās arhitektūras piemēru; neiropeptīds Y ilustrē ķīmisko sintēzi un strukturālo raksturojumu; LL-37 ir aizsardzības mehānismu pētījumu piemērs; glutations pārstāv intracelulāro peptīdu ķīmiju; proinsulīns parāda prekursoru apstrādi; savukārt no pārtikas iegūti kolagēna fragmenti atgādina, kāpēc pati peptīda noteikšana automātiski nenozīmē bioloģisku ieguvumu. [1–10]

Tāpēc visnoderīgākais veids, kā saprast peptīdus, nav jautājums par to, ko „peptīdi” dara kā vesela grupa. Labāk ir vispirms identificēt konkrētu molekulu un pēc tam analizēt pierādījumus par tās secību, struktūru, izcelsmi, bioloģisko lomu un eksperimentālo kontekstu.

Atruna

Raksts ir paredzēts tikai izglītojošiem un zinātniski informatīviem mērķiem. Tas izskaidro peptīdu ķīmiju, to klasifikācijas metodes, bioloģiskās lomas un piemērus no publicētiem pētījumiem. Tas nav medicīnisks padoms, diagnostikas norādījums, ārstēšanas ieteikums, informācija par devām, padoms par produktu izvēli vai ieteikums lietot jebkuru peptīdu vai peptīdus saturošu produktu. Bioloģisko aktivitāti, kas novērota biokīmiskos, šūnu, augu, dzīvnieku vai citos eksperimentālos modeļos, nevajadzētu automātiski interpretēt kā drošuma, efektivitātes vai klīniskā ieguvuma pierādījumu cilvēkiem. Pierādījumi par katru konkrēto peptīdu būtu jāvērtē, ņemot vērā pētīto molekulu, eksperimentālo modeli, izmērīto rezultātu un pieejamo pētījumu kvalitāti.

Atsauces

[1] Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glukagonam līdzīgs peptīds-1 7-36: Fizioloģisks inkretīns cilvēkam. 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). Uterotoniskā polipeptīda kalatas B1 primārās un trīsdimensiju struktūras noskaidrošana. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002.

[3] Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). Pārtikas izcelsmes kolagēna peptīdu identifikācija cilvēka asinīs pēc želatīna hidrolizātu perorālas lietošanas. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p.

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

[5] Mierke, D. F., Durr, H., Kessler, H., & Jung, G. (1992). Neuropeptide Y. Optimized solid-phase synthesis and conformational analysis in trifluoroethanol. European Journal of Biochemistry, 206(1), 39–48. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1992.tb16899.x.

[6] Meindl, T., Boller, T., & Felix, G. (1998). The plant wound hormone systemin binds with the N-terminal part to its receptor but needs the C-terminal part to activate it. Augu šūna, 10(9), 1561–1570. https://doi.org/10.1105/tpc.10.9.1561.

[7] Xhindoli, D., Morgera, F., Zinth, U., Rizzo, R., Pacor, S., & Tossi, A. (2015). New aspects of the structure and mode of action of the human cathelicidin LL-37 revealed by the intrinsic probe p-cyanophenylalanine. Biochemical Journal, 465(3), 443–457. https://doi.org/10.1042/BJ20141016.

[8] Linde, S., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). Analysis of proinsulin and its conversion products by reversed-phase high-performance liquid chromatography. Hromatogrāfijas žurnāls, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r.

[9] Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). Insulinsekrēcijas granulu karboksipeptidāze H. Attīrīšana un pierādījums par tās iesaistīšanos proinsulīna apstrādē. 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). Glutations sintēzes novērtēšana ar deitēriju marķētu ūdeni: Modelis peptīdu biosintēzei. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042.

[11] Lau, J. L., & Dunn, M. K. (2018). Terapeitiskie peptīdi: Vēsturiskās perspektīvas, pašreizējās attīstības tendences un nākotnes virzieni. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 26(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.