Peptīdi pret olbaltumvielām pret aminoskābēm: galvenās atšķirības

Aminoskābes ir pamata molekulārās vienības, no kurām veidojas peptīdi un olbaltumvielas. Peptīdi ir aminoskābju atlikumu ķēdes, kas savstarpēji savienotas galvenokārt ar peptīdsaitēm, savukārt olbaltumvielas sastāv no vienas vai vairākām polipeptīdu ķēdēm, kuru secība, struktūra, savstarpējā mijiedarbība, bioloģiskā apstrāde un funkcionālais konteksts ietekmē to identitāti. Visas šīs grupas ir savstarpēji ķīmiski saistītas, taču šos jēdzienus nedrīkst lietot savstarpēji aizvietojami.

Atšķirība starp brīvu aminoskābi un peptīdu ir salīdzinoši viegli nosakāma: aminoskābju saistīšanās, izmantojot peptīdu saišu rada jaunu molekuli ar noteiktu secību un atomu savienošanās veidu. Robeža starp starp peptīdu un olbaltumvielu ir daudz mazāk viennozīmīga.

Ķēdes garums ir noderīgs orientējošais kritērijs. Mācību materiālos vai dažās klasifikācijas sistēmās var saskarties, piemēram, ar aptuveni 50 aminoskābju atlikumu nosacīto robežu. Tomēr zinātniskajā literatūrā netiek izmantots viens universāls limits. Ķēde, kas sastāv no desmit atlikumiem, ir raksturota kā minibalbaltīna, struktrāli sakārtotu molekulu, kas sastāv no 29 atlikumiem, raksturoja kā polipeptīds, bet dažas olbaltumvielas var pastāvēt ievērojami ne sakārtotā stāvoklī, nevis pieņemt vienu stabilu, kompaktu struktūru. [1] [2] [3]

Šie piemēri parāda svarīgu principu: sekvences garums sniedz būtisku informāciju, taču ar to vien nepietiek, lai viennozīmīgi klasificētu katru aminoskābju virkni.

Lai labāk atšķirtu peptīdi, polipeptīdi un olbaltumvielas, ir vērts vienlaikus ņemt vērā vairākas pazīmes:

• aminoskābju atlikumu skaitu;
• to secenci;
• vai molekula ir liniāra, cikliska, sazarota vai daudzķēžu;
• kovalento saišu veids;
• eksperimentāli apstiprinātu struktūru;
• posttranslācijas vai ķīmiskās modifikācijas;
• bioloģiskās apstrādes metode;
• zinātniskajā literatūrā konkrētai molekulai pieņemto terminoloģiju.

Šajā rakstā mēs skaidrojam, kā aminoskābes, peptīdi, polipeptīdi un olbaltumvielas ir savstarpēji saistītas, kā ķēdes garums ietekmē lietoto terminoloģiju, kā peptīdsaites veido ķēdes un kāpēc zināšanas secences, molekulārās arhitektūras un eksperimentāli apstiprinātu īpašību ir informatīvāka nekā pašas kategorijas nosaukums.

Ar ko aminoskābes, peptīdi un olbaltumvielas atšķiras?

Aminoskābes ir atsevišķi celtniecības bloki

Tipisks alfa-aminoskābe satur centrālo oglekļa atomu, kas savienots ar aminogrupu, karboksilgrupu, ūdeņraža atomu un mainīgu sānķēdi.

Tieši sānķēde atšķir vienu aminoskābi no citas.

Apstākļos, kādi pastāv daudzās bioloģiskās vidēs, amīnu un karboksilgrupas bieži vien ir sastopamas lādētā veidā. Tāpēc populārā, neitrālā strukturālā formula, ko izmanto pamata ķīmijā, ir noderīgs veids, kā attēlot aminoskābi, taču tā nebūt neatspoguļo tās dominējošo jonu stāvokli visos bioloģiskajos apstākļos.

Atsevišķu aminoskābju sānķēdes cita starpā atšķiras ar:

• pēc lieluma;
• ar elektrisko lādiņu;
• polaritāti;
• hidrofobicitāti;
• spēju veidot ūdeņraža saites;
• telpiskajām īpašībām;
• ķīmisko reaktivitāti.

Piemēram, glicīnam kā sānu ķēde ir viens ūdeņraža atoms, tāpēc tas ir strukturāli mazāks par pārējiem standarta aminoskābēm. Turpretī cisteīns satur sānu ķēdi ar sēra atomu, kas var piedalīties disulfīda saišu veidošanā.

Citas aminoskābes var saturēt aromātiskas, skābas, bāziskas, polāras vai galvenokārt nepolāras sānķēdes.

Šīs atšķirības palīdz saprast, kāpēc vienas aminoskābes aizvietošana ar citu var mainīt peptīda vai olbaltumvielas īpašumus. Molekulas karkass var palikt saistīts ar tāda paša veida peptīda saitēm, taču mainās ķīmiskās īpašības, kas izriet no konkrētu sānu ķēžu klātbūtnes.

Aminoskābe var pastāvēt un piedalīties vielmaiņā arī neatkarīgi no peptīda vai olbaltumvielas.

Brīvās aminoskābes ir atsevišķas molekulas.

Pēc iekļaušanas peptīdu vai olbaltumvielu ķēdē atsevišķas vienības precīzāk dēvē par aminoskābju atlikumi.

Ikdienas valodā apgalvojums, ka olbaltumviela ir „aminoskābju ķēde”, ir saprotams. Tomēr no strukturālās ķīmijas viedokļa precīzāks ir apzīmējums „aminoskābju atlikumu ķēde”, jo aminoskābes iekļaušana ķēdē izmaina tās ķīmisko kontekstu.

Peptīdi satur aminoskābes, kas savienotas ar peptīdsaitēm

Tipiskā peptīda karkasā vienas atlikuma karboksilgrupas karboniloglekļa atoms ir savienots ar slāpekļa atomu, kas saistīts ar nākamo atlikumu.

Šo kovalento amīda saiti sauc peptīdu saiti.

Divu atlikumu savienošana noved pie dipeptīdu.

Trīs pārējie veido tripeptīds.

Četri veido tetrapeptīds, savukārt tālāka ķēdes pagarināšana noved pie arvien garāku peptīdu un polipeptīdu veidošanās, kuru pamatā ir viena un tā pati vispārējā ķīmiskā karkasa tipa uzbūve.

Topošā molekula ir kaut kas vairāk nekā tikai tās sastāvdaļu kopums.

Maisījums, kas satur atsevišķas glicīna un alanīna molekulas, ķīmiski atšķiras no dipeptīda glicilalanīni.

Savienotajai molekulai ir:

• noteiktu secību;
• definētas kovalentās saites;
• noteiktas beigu grupas;
• paša molekulmasa;
• iespējamās konformācijas;
• ķīmiskās īpašības, kas atšķiras no atsevišķu aminoskābju īpašībām.

Secības maiņa rada alanilglicīns.

Glicilalanīns un alanilglicīns satur vienādus aminoskābju veidus, bet tiem ir atšķirīga secība.

Šis vienkāršais piemērs parāda vienu no peptīdu ķīmijas pamatprincipiem:

Aminoskābju sastāvs nav tas pats, kas aminoskābju secība.

Peptīdu saitēm piemīt arī raksturīgas strukturālās īpašības. To elektroniskā sistēma ierobežo rotāciju ap oglekļa un slāpekļa saiti skeletā, savukārt blakus esošās saites nodrošina ievērojamu daļu ķēdes konformācijas elastības.

Eksperimentālie un skaitliskie pētījumi parāda, ka peptīdu grupa ir aptuveni plakana, lai gan ir iespējamas nelielas novirzes no ideālās planaritātes. [4]

Olbaltumvielas satur vienu vai vairākas polipeptīdu ķēdes

Olbaltumviela parasti tiek saprasta kā bioloģiska makromolekula, kas sastāv no viena vai vairāku polipeptīdu ķēžu.

Šīs ķēdes var veidot:

• melnas globulāras struktūras;
• pagarinātas struktūras;
• ar membrānām saistītas struktūras;
• elastīgie reģioni;
• iekšēji nesakārtoti reģioni;
• kompleksi, kas sastāv din vairākām ķēdēm;
• dažādu strukturālo elementu kombinācijas.

Dažas olbaltumvielas satur arī pievienotus ogļhidrātus, lipīdus, metālu jonus, prostētiskās grupas, kovalentas modifikācijas vai citus ar tām saistītus komponentus.

Tāpēc konkrētas molekulas nosaukšana par olbaltumvielu parasti sniedz vairāk informācijas nekā tikai peptīda saišu klātbūtnes konstatēšana.

Šis termins ievieto molekulu plaākā strukturālā un bioloģiskā kontekstā.

Tomēr tas nenozīmē, ka katrai molekulai, ko dēvē par olbaltumvielu, ir jābūt:

• noteiktu minimālo garumu;
• vienu pastāvīgi stingru struktūru;
• tikai viena polipeptīda ķēde;
• enzīmu aktivitāti;
• viens noteikts bioloģiskās funkcijas veids.

Labs piemērs ir KISS1 olbaltumviela.

Pētnieki izmantoja cita starpā kodolmagnētisko rezonansi un mazo leņķu rentgenstaru izkliedi, lai raksturotu KISS1 kā iekšēji neorganizētu olbaltumvielu, kas ir nedaudz izstieptāka nekā tipisks statistiskais polimēra kamols. Tā klasifikācija kā olbaltumviela tāpēc nav atkarīga no vienas kompaktas un stabilas struktūras klātbūtnes. [3]

Aminoskābes, peptīdi un olbaltumvielas – salīdzinājums

Tabula parāda konvencijonālās atšķirības un nenosaka vienu formālu robežu, kas būtu spēkā visām molekulām.

Īsu, sakārtotu molekulu un iekšēji nesakārtotu olbaltumvielu piemēri parāda, kur vienkāršotām definīcijām nepieciešams papildu skaidrojums. [1] [2] [3]

Polipeptīds (vai olbaltumviela)

Kad daudzi aminoskābju atlikumi tiek savienoti ar atkārtojošos karkasu, kas satur peptīdsaites, veidojas polipeptīds.

Olbaltumviela var saturēt vienu polipeptīda ķēdi vai vairākas ķēdes, kas savienotas lielākā struktūrā.

Šie jēdzieni tātad izceļ nedaudz citas pazīmes:

polipeptīds attiecas galvenokārt uz ķēdes ķīmisko uzbūvi;

olbaltumviela parasti apraksta pilnīgu bioloģisko molekulu vai molekulāro kompleksu.

Šī atšķirība ir noderīga, lasot zinātniskās publikācijas.

Vienā darbā autori var aprakstīt polipeptīda sintēzi pirms tā telpiskās struktūras vai bioloģiskās aktivitātes noteikšanas. Citā viņi var analizēt proteīnu, kas sastāv no vairākām polipeptīda ķēdēm.

Nevienā no šiem gadījumiem tas nenozīmē aminoskābju pamata ķīmijas maiņu.

Pētījumā, kurā salīdzināja baktēriju ekspresiju ar cietfāzes peptīdu sintēzi, analizēja 20–40 atlikumu „polipeptīdi un minibaltumi”. Lietotāji terminoloģija parāda, ka šie apzīmējumi var daļēji pārklāties atkarībā no garuma, strukturālajām īpašībām un zinātniskā konteksta. [5]

Ķēdes garums un klasifikācija

Dipeptīds, tripeptīds, oligopeptīds un polipeptīds ir savienojumi, kas sastāv no aminoskābēm, kuras savstarpēji saistītas ar peptīdsaitēm. Galvenā atšķirība starp tiem ir molekulā esošo aminoskābju skaits: 1. **Dipeptīds** – sastāv no 2 aminoskābēm. 2. **Tripeptīds** – sastāv no 3 aminoskābēm. 3. **Oligopeptīds** – sastāv no neliela skaita aminoskābju (parasti no 2 līdz 10-20). 4. **Polipeptīds** – sastāv no liela aminoskābju skaita (parasti vairāk nekā 10-20, bet mazāk nekā pilnvērtīgā olbaltumvielā). Kad šī ķēde kļūst ļoti gara un tai ir noteikta telpiskā struktūra, to sauc par olbaltumvielu (proteīnu).

Dipeptīds satur divus aminoskābju atlikumus.

Tripeptīds satur trīs.

Līdzīgi tetrapeptīds un pentapeptīds satur attiecīgi četras un piecas atliekas.

Šie nosaukumi ļauj precīzi noteikt atlikumu skaitu, ja tie attiecas uz visu analizēto ķēdi.

Oligopeptīds parasti nozīmē salīdzinoši īsu ķēdi.

Polipeptīds uzsver vairāku aminoskābju atlikumu klātbūtni vienā ķēdē un bieži, lai gan ne vienmēr, tiek lietots attiecībā uz garākām secībām.

Skaitliskās robežas starp tādiem apzīmējumiem kā oligopeptīds, peptīds un polipeptīds atšķiras atkarībā no disciplīnas un publikācijas.

Tāpēc faktiskā sekvence vai autoru norādītais atlikumu skaits ir ticamāks nekā pieņēmums, ka visi pētnieki izmanto to pašu konvenciju.

Tipiskā nezarotā, lineārā ķēdē, kas satur n reizes sastopams

n − 1 peptīda saite karkasā.

Tāpēc tripeptīds satur trīs atlikumus, bet divas peptīdsaites.

Atvērtai ķēdei, kas sastāv din desmit atlikumiem, ir deviņas šādas saites.

Šī attiecība attiecas uz vienu atvērtu ķēdi.

Cikliskam peptīdam, kas noslēgts, savienojot N- un C-galu, ir papildu saite, kas noslēdz karkasu, tāpēc pie $n$ atlikumiem tas karkasā satur $n$ peptīdsaites.

Savienojumi, kas pastāv starp sānu ķēdēm, ir jāanalizē atsevišķi.

Vai 50 aminoskābes ir robeža starp peptīdu un olbaltumvielu?

Garums apmēram 50 aminoskābju atlikumi tiek izmantota kā praktiska izglītojoša konvencija, kas ļauj atšķirt peptīdus no olbaltumvielām.

Tomēr tas nav universāls ķīmisks likums.

Pāreja no 50 uz 51 atlikumu nerada nekādas pēkšņas ķīmiskas pārmaiņas, kas automātiski pārvērstu peptīdu par olbaltumvielu.

Atsevišķas zinātnes nozares šos jēdzienus lieto nedaudz citādi, un dažām molekulām ir saglabājušies vēsturiski pieņemtie nosaukumi, kas neatbilst vienkāršam skaitliskajam limitam.

Labs piemērs ir CLN025.

CLN025 satur tikai desmit atlikumus, un tomēr pētnieki to raksturoja kā minibalbaltīna un analizēja tā beta-matadata (beta-hairpin) struktūru, izmantojot spektroskopiju un molekulāro dinamiku. Nelielais garums netraucēja tam iegūt sakārtotu konformāciju pētītajos apstākļos. [1]

Tas nenozīmē, ka katrs peptīds, kas sastāv no desmit atlikumiem, būtu jāsauc par olbaltumvielu.

Tas tomēr parāda, kāpēc pārāk kategoriski apgalvojumi, piemēram:

„Katrs olbaltumvielu savienojums satur vairāk nekā 50 aminoskābes”

vai

„Jebkura ķēde, kas ir īsāka par 50 aminoskābēm, ir nerukturēts peptīds”

ir pārāk liels vienkāršojums.

Precīzāka pieeja ir atlikumu skaita uzskatīšana par vienu no vairākām pazīmēm, kas raksturo molekulu.

Īsu peptīdu var saukt arī par polipeptīdu

Cits labs piemērs ir kalata B1.

Sākotnējā strukturālajā pētījumā šī 29 atlikumu augu molekula tika raksturota kā polipeptīds, tika apstiprināts tās cikliskais karkass un pētīta trīsdimensiju struktūra. [2]

Tāpēc tā apvieno:

• salīdzinoši īsu secību;
• ciklisku karkasa arhitektūru;
• papildu kovalenti ierobežojumi;
• sakārtotu telpisko struktūru.

Termins polipeptīds tāpēc nenozīmē ļoti lielu molekulu.

Atkarībā no konteksta tas var vienkārši uzsvērt, ka analizētā molekula ir aminoskābju atlikumu ķēde.

Tāpēc, interpretējot zinātnisko literatūru, ir vērts pārbaudīt faktisko sekvenci, atlikumu skaitu, molekulāro arhitektūru un eksperimentālos rezultātus, nevis piedēvēt papildu nozīmi tikai izmantotajam nosaukumam.

Atlikumu skaits un molekulmasa ir divi dažādi mēri

Atlikumu skaits nosaka, cik aminoskābju vienību atrodas molekulā.

Savukārt molekulmasa apraksta visas molekulas masu molekulārā līmenī.

Šīs vērtības ir savstarpēji saistītas, bet nav ekvivalentas.

Atsevišķiem aminoskābju atlikumiem ir dažādas masas. Tāpēc divas ķēdes, kas satur vienādu atlikumu skaitu, var atšķirties pēc molekulmasas, ja tām ir atšķirīga secība.

Ķīmiskās modifikācijas var ietekmēt arī masu.

Oglehidrāta, lipīda, fosfātu grupas, gala modifikācijas vai citas sastāvdaļas pievienošana var palielināt molekulas masu, nepalielinot aminoskābju skaitu tās karkasā.

Olbaltumviela var sastāvēt arī no vairākām ķēdēm.

Tāpēc kopējais atlikumu skaits visā olbaltumvielā var atšķirties no katra atsevišķa ķēdes garuma.

Precīzā zinātniskā aprakstā jānorāda, vai sniegtā vērtība attiecas uz:

• vienas ķēdes garumi;
• kopējā atlikumu skaita kompleksā;
• atsevišķas ķēdes molekulmasas;
• visa molekulārā kompleksa masa.

Neviens no šiem parametriem pats par sevi nenosaka bioloģisko aktivitāti vai pierādījumu kvalitāti attiecībā uz molekulas deklarēto iedarbību.

Ir jāņem vērā reālā molekulārā forma, uz kuru attiecas analīze

Prekursoru un tā pārstrādes produktus nedrīkst automātiski uzskatīt už to pašu molekulāro secību.

Piemēram proinsulīns tiek apstrādāta caur starpformām līdz insulīnam un C-peptīdam.

Analītisks pārskats par proinsulīna konversijas produktiem parāda, kāpēc šo formu atšķirīgumam ir nozīme mērījumu rezultātu interpretēšanā. [6]

Turklāt pētījumi par enzīmu, kas atrodas insulīnu izdalošajās granulās, uzrādīja bāzisku atlikumu selektīvu izdalīšanu no proinsulīna izcelsmes substrātiem, neveicot nobriedušā insulīna turpmāku degradāciju izmantotajā testā. [7]

Tas bija eksperiments par bioķīmisko apstrādi, nevis pierādījums tam, ka visi peptīdi pakļaujas vienam un tam pašam sašķelšanās modelim.

Ja publikācija norāda peptīda garumu, masu, koncentrāciju vai aktivitāti, ir lietderīgi noskaidrot, kas attiecas uz pētāmo vērtību:

• prekursora;
• pastarpinātās formas;
• brieda peptīda;
• dalas, kas radusies sadalīšanās rezultātā;
• daudzķēžu molekulas vienas ķēdes;
• pilnīga molekulārā kompleksa.

Bez šāda skaidrojuma divi zinātniski pareizi apraksti var šķietami nonākt pretrunā cits ar citu, lai gan patiesībā tie attiecas uz vienas un tās pašas vai radniecīgas molekulas dažādām formām.

Struktūra, locīšanās un bioloģiskā funkcija

Primārā struktūra: viss sākas ar sekvenci

Primārā struktūra nozīmē aminoskābju secību un pilnīgākā ķīmiskajā aprakstā arī nozīmīgas kovalentas saites.

Atlikumu veids un secība nosaka, kuras sānķēdes ir pieejamas un kurās mugurkaula vietās tās atrodas.

Tāpēc secību nevar pielīdzināt sastāvam.

Divas ķēdes var saturēt precīzi tādus pašus aminoskābju veidus un skaitu, bet tajā pašā laikā to izvietojums var būt citā secībā.

Secības maiņa cita starpā var ietekmēt:

• kravas izvietojums;
• hidrofobo reģionu izvietojums;
• lokālo elastīgumu;
• iespējamie ūdeņraža saišu izkārtojumi;
• tieksmi veidot noteiktas sekundārās struktūras;
• atpazīšana ar citām molekulām;
• bioloģisko aktivitāti.

Tāpēc pilna secība satur daudz vairāk informācijas nekā parasta molekulā esošo aminoskābju virkne.

Secvenču izmaiņas var arī ietekmēt attiecību starp molekulas saistīšanos un bioloģisko atbildi.

Augu signālpeptīda pētījumā sistēmiņa Ir pierādīts, că dažādi secības reģioni atšķirīgi piedalījās receptoru saistīšanā un tā aktivācijā. Pilna molekula un tās īsākie fragmenti nebija funkcionāli ekvivalenti. [8]

Sekundārā, terciārā un kvartārā struktūra

Sekundārā struktūra raksturo atkārtotus lokālos skeleta izvietojumus, tādus kā alfa helikss un beta loksnes.

To veidošanos veicina cita starpā sakārtotas ūdeņraža saišu sistēmas karkasā.

Tomēr tās neveidojas, aizvietojot peptīdsaites, kas atbild par primāro struktūru.

Trešā pakāpes struktūra raksturo vienas polipeptīda ķēdes plašāku, trīsdimensiju organizāciju.

Ceturtāējā struktūra attiecas uz vairāku polipeptīdu ķēžu organizācijas veidu lielākā molekulārā kompleksā.

Tāpēc olbaltumviela, kas sastāv no vienas ķēdes, neobligāti satur ceturtkārtējo struktūru.

Tāpat tik īsam peptīdam nav jāuzrāda visi strukturālās organizācijas līmeņi, lai tam būtu noteiktas bioloģiskās īpašības.

Molekulārās struktūras organizācijai var veicināt, cita starpā:

• ūdeņraža saites;
• elektrostatiskā mijiedarbība;
• vandervālsa spēki;
• hidrofobais efekts;
• aromātiskās mijiedarbības;
• metālu jonu koordinācija dažās molekulās;
• kovalenti sašūtinājumi, piemēram, disulfīda saites.

Disulfīda saites, ja tās pastāv, savieno sēra atomus, kas atrodas cisteīna atlikumos.

Tās ķīmiski atšķiras no peptīdsaitēm, kas veido ķēdes karkasu.

Sintētiskā pētījumi liellopu aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitora (BPTI) tie labi parāda atšķirību starp ķēdes uzbūvēšanu un tās pareizi salocītas un aktīvas formas iegūšanu.

Pētnieki ķīmiski sintetizēja lineāru sekvenci un pēc tam veica oksidēšanas un locīšanas procesu, iegūstot materiālu, kas aprakstītajās strukturālajās un funkcionālajās analīzēs atbilst dabiskajam olbaltumvielu materiālam. [9]

Vai peptīdi var ģenerēt stabilu trīsdimensiju struktūru?

Nu.

Īsa ķēde automātiski nenozīmē molekulu bez sakārtotas struktūras.

CLN025 veidoja beta-hairpin struktūru pētītajās vidēs, savukārt cikliskā kalata B1 uzrādīja sakārtotu arhitektūru par spīti tikai 29 atlikumu klātbūtnei. [1] [2]

Tomēr tie ir novērojumi, kas attiecas uz konkrētām daļiņām.

Tas nenozīmē, ka katrs īss peptīds veido tikpat stabilu struktūru.

Tas, vai konkrēts peptīds pieņem sakārtotu konformāciju, cit starpā ir atkarīgs no:

• sekvences;
• miermijumiju mijiedarbību;
• ierobežojumu, kas izriet no cikliskuma;
• disulfīda saišu;
• šķīdinātāja;
• temperatūras;
• koncentrācijas;
• saistīto partneru klātbūtne;
• ķīmisko modifikāciju.

Īpaši svarīga var būt vide.

Sintētiskajā pētījumā neiropeptīda Y, kura sastāv no 36 atlikumiem, analizēja konformāciju šķidinātāju maisījumā, kura sastāvā galvenokārt bija trifluoretanols. C-gala tuvumā novēroja helikālu reģionu, bet N-gala daļa neuzrādīja salīdzinoši regulāru struktūru. [10]

Novērojumu, kas veikts šādā vidē, nevajadzētu uzrādīt kā pierādījumu tam, ka peptīds pieņem pilnīgi tādu pašu struktūru visos bioloģiskajos apstākļos.

Tāpēc, interpretējot strukturālos pētījumus, ir jāpievērš uzmanība eksperimentālajiem apstākļiem.

Palīgs:

„Peptīds pētītajos apstākļos veidoja heliksi”

ir zinātniski precīzāks nekā:

„Peptīdam vienmēr ir helikāla struktūra.

Vai visiem olbaltumvienumiem ir viena pastāvīga struktūra?

Nē.

Daudzi olbaltumvielas satur stabili locītājus domēnus, bet citām ir plaši iekšēji nesakārtoti reģioni, bet dažas var būt lielā mērā nesakārtotas.

Šādas molekulas pastāv kā dinamiski dažādu konformāciju ansambļi, nevis visu laiku saglabā vienu stingru trīsdimensiju struktūru.

KISS1 pētījumi ir tiešs šādas situācijas piemērs.

Rezultāti, kas iegūti, izmantojot vairākas eksperimentālās metodes, apstiprināja tā iekšēji neiederīgo raksturu. [3]

Tas parāda vienkāršotā izglītības modeļa ierobežojumu, kurā katrs olbaltumvums tiek attēlots kā blīva un nekustīga molekula.

Tomēr tas nenozīmē, ka iekšēji nestrukturēts olbaltumviela nevarētu uzrādīt organizāciju, mijiedarbības specifiku vai bioloģisko nozīmi.

Iekšējais nesakārtotums ir jāatšķir arī no denaturācija.

Tas var būt dabiska konkrētās sekvences īpašība noteiktos apstākļos.

Savukārt denaturācija nozīmē esošās molekulas strukturālās organizācijas traucējumu.

Neviena no šīm parādībām pati par sevi nenozīmē peptīdsaišu hidrolīzi vai molekulas sadalīšanos brīvajās aminoskābēs.

Funkcija ir atkarīga no konkrētās molekulas

Aminoskābes, peptīdi un olbaltumvielas piedalās daudzos savstarpēji pārklājošos bioloģiskajos procesos, taču piederība kādai no šīm kategorijām nenozīmē kopīgu darbību.

Signālpeptīds, intracelulārs tripeptīds, enzīms un strukturāls olbaltumviela var sastāvēt no aminoskābju atlikumiem, vienlaikus pildot pilnīgi atšķirīgas funkcijas.

Piemēram, fizioloģiskā pētījumā ar cilvēku līdzdalību tika analizēts GLP-1(7–36) kā inkretīnu un mērīja atbildes reakcijas septiņiem brīvprātīgajiem infūzijas laikā. [11]

Pētījums attiecās uz noteiktu signālmolekulu un konkrētu eksperimentālo protokolu.

Tas neļauj secināt, ka citi peptīdi izraisa tādu pašu ietekmi uz insulīna sekrēciju.

Cits piemērs ir glutations.

Tas ir tripeptīds, kas piedalās šūnu redox procesu bioloģijā. Vienā pētījumā tika izmantota ar izotopiem marķēta ūdens, lai novērtētu glutationa sintēzi trušiem, parādot, ka pat ļoti mazu peptīdu var pētīt kā metaboliski regulētu molekulu. [12]

Tas bija pētījums par biosintēzi, nevis uztura bagātinātāju pētījums ar cilvēkiem.

No zinātniskā viedokļa pareizais jautājums tātad ir:

Ko dara šī konkrētā molekula vai sekvence, kādos apstākļos un uz kādu pierādījumu pamata?

Termini „peptīds” un „olbaltumviela” palīdz raksturot molekulāro identitāti.

Tās nenosaka universālu bioloģisko funkciju.

Ķēdes pārraušana var mainīt tās identitāti un aktivitāti

Hidrolīze izraisa peptīdsaišu šķelšanos.

Viena pati šķelšana var novest pie īsākām peptīdu ķēdēm, savukārt pietiekami plaša hidrolīze var galu galā atbrīvot atsevišķas aminoskābes.

Viens garas ķēdes pārgriezums parasti neizraisa visu tās atlikumu tūlītēju atbrīvošanos.

Bioloģiskā molekulu apstrāde var izmantot selektīvu šķelšanu, cita starpā, lai:

• prekursoru aktivizēšanai;
• signālu secību noņemšanas;
• funkcionālo reģionu atdalīšanas;
• brieduši peptīdi;
• aktivitātes beigšanas;
• molekulu veidošanās ar atšķirīgām bioloģiskajām funkcijām.

Sistēmisks pētījums parāda, kāpēc nevajadzētu pieņemt, ka fragments automātiski saglabā mātes molekulas aktivitāti.

N-gala reģions piedalījās receptora saistīšanā, turpretī C-gala reģions bija nepieciešams tā aktivācijai. Pētītie fragmenti neuzvedās vienkārši kā pilnās signāla molekulas īsākas versijas. [8]

Gremošana ir vēl viens process, kurā mainās molekulārā identitāte.

Pētījumā ar cilvēkiem pēc želatīna hidrolizātu lietošanas asinīs tika konstatēti specifiski no kolagēna atvasināti peptīdi. [13]

To apstiprina konkrētu fragmentu klātbūtne šī pētījuma nosacījumos.

Tomēr tas nenozīmē, ka:

• katrs no pārtikas iegūtais peptīds tiek uzsūkts nemainītā veidā;
• katrs peptīda fragments iziet cauri sagremošanas procesam;
• visi olbaltumvielu hidrolizāti uzvedas identiski;
• Pats peptīda fragmenta noteikums vien apstiprina noteiktu ieguvumu veselībai.

Kāpēc robeža starp peptīdu un olbaltumvielu nav viennozīmīga?

Dažādi termini atbild uz dažādiem jautājumiem

Termini peptīds, polipeptīds un olbaltumviela daļēji pārklājas, jo tie bieži uzsver dažādas molekulas īpašības.

Peptīds visbiežāk iesaka salīdzinoši īsu ķēdi.

Polipeptīds izceļ aminoskābju virknes ķīmisko dabu.

Olbaltumviela parasti attiecas uz noteiktu bioloģisko molekulu, molekulāro kompleksu vai vienību ar noteiktu strukturālo un funkcionālo kontekstu.

Tā kā šie jēdzieni atbild uz nedaudz atšķirīgiem aprakstošiem jautājumiem, to nozīmes var daļēji pārklāties.

Tas gan nenozīmē, ka visas atšķirības izzustu.

Brīva aminoskābe ķīmiski paliek cita molekula nekā savienotā ķēde.

Dipeptīds, kas sastāv no divām atlikuma grupām, ir daudz mazāks un strukturāli vienkāršāks par lielu olbaltumvielu kompleksu, kas sastāv no vairākām ķēdēm.

Nenoteiktība rodas galvenokārt tad, kad mēģina izveidot vienu universālu skaitlisko robežu kas atdala visus peptīdus no visiem olbaltumvielu savienojumiem.

Zinātniski piemēri, kas parāda vienkāršu likumu ierobežojumus

Šie piemēri ir iegūti no strukturāliem, sintētiskiem un bioķīmiskiem pētījumiem, nevis no publikācijas, kas nosaka vienu oficiālu klasifikācijas slieksni.

To nozīme galvenokārt slēpjas pārāk vienkāršotu definīciju ierobežojumu parādīšanā. [1] [2] [3] [7] [9]

Dabiska vai sintētiska izcelsme neizšķir klasifikāciju

Peptīdu nenosaka tas, ka tas ir ražots laboratorijā.

Līdzīgi arī olbaltumviela netiek definēta ar to, ka tā ir izolēta no dzīva organisme.

Šūnas dabiski sintetizē peptīdus un olbaltumvielas, savukārt zinātnieki var iegūt daudzas aminoskābju ķēdes, izmantojot:

• ķīmisko sintēzi;
• rekombinēto ekspresiju;
• bezšūnu sintēze;
• citas kontrolētas ražošanas sistēmas.

Pētījums, kurā salīdzināja baktēriju ekspresiju ar cietfāzes sintēzi sekvencēm, kas satur 20–40 atlikumus, parādīja, ka ražošanas metodes izvēle citu starpā ir atkarīga no konkrētās sekvences un pētnieciskajām prasībām. [5]

Molekula nepāriet citā ķīmiska vielas kategorijā tikai tāpēc, ka ir mainīts tās ražošanas veids.

Līdzīgi sintētiskā BPTI pētījumi liecina, ka ķīmiskā sintēze var novest pie molekulas saņemšanas, kas tiek klasificēta kā olbaltumviela. [9]

Tikai nosaukums sintētisks neapstiprina pilnu molekulāro ekvivalenci, bet arī sintētiskā izcelsme neizslēdz klasifikāciju kā olbaltumvielu.

Kā precīzi aprakstīt molekulu?

Noderīgam zinātniskajam aprakstam vajadzētu norādīt molekulas nosaukumu un attiecīgajos gadījumos arī:

• aminoskābju secību;
• atlikumu skaitu;
• molekulāro masu;
• informāciju par to, vai struktūra ir lineāra vai cikliska;
• ķēžu skaitu;
• kovalentas šķērssaites;
• ķīmiskās vai posttranslatīvās modifikācijas;
• eksperimentāli apstiprinātas strukturālās īpašības;
• apstiprinātu bioloģisko funkciju.

Piemēram, apzīmējums:

„desmitatūžu peptīds, ko pēta kā minibaltumu ar beta-hairpin struktūru”

sniedz daudz vairāk informācijas nekā strīds par to, vai molekulai ir jāpieder tikai peptīdu vai olbaltumvielu kategorijai.

Līdzīgi arī termins:

„iekšēji nesakārtots olbaltumviela”

ir zinātniski korekts apraksts, nevis pretruna. [1] [3]

Šim izšķīrumam ir īpaša nozīme, interpretējot apgalvojumus par bioloģisko iedarbību.

Pierādījumus par vienu peptīdu nevar automātiski attiecināt uz citu tikai tāpēc, ka abas molekulas ir īsas aminoskābju atlikumu ķēdes.

Klasifikācija mums pasaka, ar kāda veida molekulu mums ir darīšana. Savukārt, lai noskaidrotu, ko konkrētā molekula dara, ir nepieciešami pētījumi, kas attiecas tieši uz šo sekvenci un šo molekulāro formu.

Biežāk uzdotie jautājumi

1. Vai visi peptīdi ir olbaltumvielas?

Nē. Peptīdiem un olbaltumvielām ir kopīgs ķīmiskais pamats aminoskābju ķēžu veidā, taču ne katrs peptīds tiek klasificēts kā olbaltumviela. Īsas ķēdes parasti dēvē par peptīdiem, turpretī termins „olbaltumviela” ietver arī bioloģisko, strukturālo un vēsturisko kontekstu. CLN025 parāda, kāpēc stingru robežu ir grūti novilkt: pētnieki šo desmit atlikumu sekvenču aprakstīja kā miniolbaltumvielu ar sakārtotu beta-hairpin struktūru. Tas tomēr nenozīmē, ka katrs īss peptīds ir olbaltumviela. Tas tikai parāda, ka jēdzieni daļēji pārklājas un neviens atsevišķs atlikumu skaits neatrisina visus klasifikācijas gadījumus. [1]

2. Vai peptīdi ir tas pats, kas aminoskābes?

Nē. Aminoskābes ir atsevišķas molekulāras vienības, turpretī peptīdi satur aminoskābju atlikumus, kas savienoti ar peptīdsaitēm. Aminoskābju savienošana rada molekulu, kurai ir sava secība, ķēdes gali, kovalentas saites un ķīmiskās īpašības. Tāpēc tā nav tikai sākotnējo aminoskābju the maisījums. Pētījumi par sistemīnu parāda noteiktās secības nozīmi: savienotā peptīda dažādas daļas atšķirīgi piedalījās receptoru saistīšanā un aktivēšanā. Rezultāti attiecas uz konkrētu augu sistēmu, taču tie labi ilustrē vispārējo principu, ka peptīda identitāte ir atkarīga no tā apvienotās molekulārās struktūras. [8]

3. Kāds polimērs veidojas no aminoskābēm?

Ķēdi, kas izveidota, savienojot aminoskābju atlikumus ar peptīdsaitēm, dēvē par polipeptīds. Viņa vai vairākas polipeptīdu ķēdes var veidot olbaltumvielu, lai gan pats termins polipeptīds nenorāda uz konkrētu telpisko struktūru vai bioloģisko funkciju. Literatūrā šis termins ir lietots arī attiecībā uz salīdzinoši īsām secībām, kas satur 20–40 atlikumus. Tāpēc visprecīzākā vispārējā atbilde ir „polipeptīds”, savukārt termins „olbaltumviela” tiek lietots, ja tas atbilst attiecīgās molekulas vai kompleksa plašākajai bioloģiskajai identitātei. [5]

4. Ar ko aminoskābe atšķiras no aminoskābes atlikuma?

Aminoskābe ir atsevišķa molekula, kas veido pamatelementu, savukārt aminoskābes atlikums ir tai atbilstošā vienība pēc iekļaušanās peptīdu vai olbaltumvielu ķēdē. Atšķirība izriet no šīs vienības dalības skeleta savienojumos un tās noteiktās pozīcijas secībā. Peptīdu strukturālajos pētījumos bieži runā par atsevišķu atlikumu pozīcijām, jo tās ietekmē lokālo ģeometriju un molekulāro mijiedarbību. Sarunvalodā apzīmējums „aminoskābes olbaltumvielā” ir saprotams, taču termins „aminoskābes atlikums” ir ķīmiski precīzāks attiecībā uz gatavo ķēdi. [4]

5. Vai polipeptīds vienmēr ir olbaltumviela?

Nē. Polipeptīds primāri apraksta aminoskābju virkni un nebūt nenozīmē, ka molekula automātiski tiek klasificēta kā olbaltumviela. Šis termins parādās pētījumos par salīdzinoši īsām molekulām, piemēram, 29 atlikumu kalatu B1, kā arī darbos par secībām, kas satur 20–40 atlikumus. Jēdziena lietojums ir atkarīgs no jomas, tāpēc pats vārds „polipeptīds” nenosaka nemainīgu garumu, apstiprinātu locījumu vai bioloģisko funkciju. Vispirms to vajadzētu uztvert kā ķīmiskās dabas aprakstu virknei, bet pārējās iezīmes noteikt, pamatojoties uz konkrētās molekulas pētījumiem. [2] [5]

6. Cik aminoskābēm jāsatur olbaltumvielai?

Neeksistē viena minimālā atlikumu skaits, kas derētu visos gadījumos. Uz garumu balstītas konvencijas ir noderīgas izglītībā un klasifikācijā, taču pastāv vispāratzīti izņēmumi. Piemēram, CLN025 satur desmit atlikumus, un tomēr tas ir pētīts kā strukturēts minibalbaltviļums ar beta-hairpin struktūru. Tas nenozīmē, ka praktiskā robežšķirtne starp īsiem peptīdiem un lielākiem olbaltumumiem ir bezvērtīga. Tas tikai parāda, ka vislabāk ir norādīt faktisko atlikumu skaitu, tā vietā lai uzrādītu vienu slieksni kā universālu nosaukumu piešķiršanas likumu. [1]

7. Vai 50 aminoskābju robeža ir stingrs zinātnisks princips?

Nē. Aptuveni 50 atlikumu robeža ir praktiska konvencija, ko izmanto dažos kontekstos, nevis universāls ķīmisks likums. Peptīdsaišu ķīmija pēkšņi nemainās brīdī, kad no 50 atlikumiem pāriet uz 51. Pētījumi, kuros īsas ķēdes raksturo kā minibalbaltumvielas vai polipeptīdus, parāda, ka terminoloģija var būt atkarīga arī no struktūras, bioloģiskā konteksta un pētniecības tradīcijas. Dažādās nozarēs var tikt izmantotas atšķirīgas operatīvās definīcijas, tāpēc skaitliskais slieksnis būtu jāpasniedz kā konvencija, nevis absolūts likums. [1] [5]

8. Vai īss peptīds var veidot stabilu struktūru?

Jā. Daži īsi peptīdi piemērotos apstākļos var iegūt sakārtotas struktūras. CLN025 tika pētīts kā desmit aminoskābju atlikumu beta matadatas struktūra, savukārt cikliskā kalata B1 uzrādīja sakārtotu arhitektūru parkundz, neskatoties uz to, ka tajā ir tikai 29 atlikumi. Šie rezultāti parāda konkrētu secību, nevis visu īso peptīdu iespējas. Salocīšanās cita starpā ir atkarīga no secības, molekulārajiem ierobežojumiem, šķīdinātāja, temperatūras, koncentrācijas un modifikācijām. Tāpēc strukturālā stabilitāte ir jāvērtē attiecībā uz konkrētu molekulu un eksperimentālo vidi. [1] [2]

9. Vai visiem olbaltumvielām ir stabils trīsdimensiju forma?

Nē. Daži olbaltumvielu vai to reģioni ir iekšēji nekārtoti un pastāv kā dinamiski dažādu konformāciju ansambļi, nevis kā viena stabila, kompakta struktūra. KISS1 pētījumi ir apstiprinājuši tieši šādu stāvokli. Tas nenozīmē, ka visas olbaltumvielas ir nekārtotas vai ka nekārtotība ir pielīdzināma bojājumam. Olbaltumvielu struktūra aptver spektru no stabiliem salocītiem domēniem līdz elastīgiem reģioniem un dinamiskiem konformācijas ansambļiem. Pareizais apraksts ir atkarīgs no konkrētās molekulas un eksperimentālajiem apstākļiem. [3]

10. Vai divi peptīdi ar vienādu garumu var darboties atšķirīgi?

Tā tad. Tāda pati atlikumu skaits nenozīmē tādu pašu secību, struktūru, ķīmiju vai bioloģisko aktivitāti. Sānu ķēžu veids un aminoskābju secība ietekmē molekulārās mijiedarbības. Pētījumi par sistemīnu parādīja, ka dažādi sekvences fragmenti atšķirīgi piedalījās receptora saistīšanā un aktivācijā. Tā nav visu iespējamo vienāda garuma peptīdu salīdzināšana, bet tas parāda, kāpēc pats atlikumu skaits neļauj paredzēt funkciju. Salīdzinot divus peptīdus, ir jāanalizē to secība, struktūra un tiešie eksperimentālie dati. [8]

11. Vai smagāka molekula vienmēr satur vairāk aminoskābju?

Nē. Molekulmasa ir atkarīga no aminoskābju atlikumu skaita un veida, kā arī no papildu ķīmisko grupu klātbūtnes. Diviem peptīdiem, kas satur vienādu atlikumu skaitu, var būt atšķirīga masa, jo atsevišķas aminoskābes atšķiras pēc masas. Ķīmiskās modifikācijas var papildus palielināt masu, nepalielinot atlikumu skaitu karkasā. Tādējādi atlikumu skaits un molekulmasa raksturo dažādas īpašības, un neviena no tām pati par sevi nenosaka universālu robežu starp peptīdu un olbaltumvielu.

Vai katrs olbaltumvielu molekula sastāv tikai no vienas ķēdes?

Nē. Olbaltumvielas var saturēt vienu vai vairākus savstarpēji saistītus polipeptīdu ķēdes. Tādējādi vienas ķēdes garums un pilnīgas olbaltumvielas sastāvs ir atsevišķa informācija. Labs bioloģiskās apstrādes piemērs ir insulīns: tā nobriedusī forma satur divas ķēdes, ko savieno disulfīda tiltiņi un kas rodas proinsulīna apstrādes un C peptīda noņemšanas rezultātā. Pārvērtību produktu pētījumos šīs formas tiek nošķirtas, nevis priekštecis un nobriedušais hormons tiek uzskatīti par identiskām molekulām. Tāpēc, norādot atlikumu skaitu, ir jānosaka, vai tas attiecas uz vienu ķēdi, visām ķēdēm, priekšteci vai nobriedušo formu. [6] [7]

13. Vai peptīdi un olbaltumvielas pilda vienādas funkcijas?

Tās var piedalīties līdzīgās bioloģijas jomās, taču atsevišķas molekulas pilda dažādas funkcijas. GLP-1 pētījumos tika analizēts specifisks peptīds attiecībā uz inkretīna aktivitāti cilvēkiem, savukārt glutationa pētījumi attiecās uz tāda tripeptīda sintēzi, kas piedalās šūnu redoksprocesu bioloģijā. Tas nenozīmē, ka visi peptīdi uzrāda kādu no šīm darbībām, līdzīgi kā visām olbaltumvielām nav vienas kopīgas funkcijas. Zinātniski pamatotam salīdzinājumam jāattiecas uz konkrētām molekulām, to secību un eksperimentāli apstiprinātām īpašībām. [11] [12]

14. Vai peptīda fragments saglabā mātes molekulas funkciju?

Nebūtiski. Sašķelšanās var noņemt reģionu, kas atbild par saistīšanos, reģionu, kas nepieciešams aktivācijai, atsegt jaunu fragmentu vai novest pie produkta ar pilnīgi citu bioloģisko funkciju. Sistemīnas pētījumā fragmenti vienkārši neatjaunoja pilnu saistīšanās un receptora aktivācijas īpašību savienojumu, kas novērots visai molekulai. Rezultāts ir atkarīgs no konkrētās secības, un to nevar automātiski attiecināt uz visiem šķelšanas produktiem. Fragments ir jāuztver kā atsevišķa molekulārā forma, kurai nepieciešami savi dati par struktūru un aktivitāti. [8]

15. Vai denaturācija pārvērš olbaltumvielas aminoskābēs?

Nē. Denaturācija izjauc augstākos olbaltumvielas strukturālās organizācijas līmeņus, taču pēc definīcijas tā neprasa tās peptīdu karkasa saraušanu. Īsāku peptīdu vai brīvu aminoskābju veidošanās prasa peptīdu saišu hidrolīzi jeb citu ķīmisko procesu. Arī pati strukturālā nesakārtotība nebūt nenozīmē degradāciju, piemērs tam ir neskarta, iekšēji nesakārtotā KISS1 olbaltumviela. Ļoti agresīvos apstākļos denaturācija un ķīmiskā degradācija var norisināties vienlaikus, taču tie joprojām ir atsevišķi procesi: locījuma zaudēšana nav tas pats, kas kovalentās ķēdes saraušana. [3]

16. Vai sintēziska molekula joprojām var būt olbaltumviela?

Tā. Ķīmiskā sintēze neizslēdz molekulas klasifikāciju par olbaltumvielu. Pētnieki ķīmiski sintetizēja liellopu aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitoru un pēc atbilstošas oksidācijas un locīšanās ieguva materiālu, kas atbilst dabiskajam olbaltumvielam aprakstītajos analītiskajos un funkcionālajos salīdzinājumos, tostarp inhibējošās aktivitātes ziņā. Rezultāts bija atkarīgs no pareizas secības izveides, locīšanās un raksturojuma, un tas nenozīmē, ka katrs sintētiskais polipeptīds automātiski iegūst pareizo struktūru. Par klasifikāciju izšķir molekulārā identitāte un konteksts, savukārt ražošanas veids ir atsevišķa pazīme. [9]

17. Vai pārtikas olbaltumvielas, olbaltumvielu hidrolizāti un brīvās aminoskābes ir viens un tas pats?

Nē. Uztura olbaltumvielas ir lielākas saistītas molekulas, olbaltumvielu hidrolizāti satur šķelšanas produktu maisījumus, savukārt brīvās aminoskābes ir atsevišķas molekulārās vienības. Tāpēc to sastāvs un molekulārās formas atšķiras. Pētījumā ar cilvēkiem asinīs tika konstatēti specifiski no kolagēna atvasināti peptīdi pēc želatīna hidrolizātu lietošanas uzturā, kas parāda, ka gremošanas un uzsūkšanās procesā var pastāvēt identificējami peptīdu fragmenti. Tomēr pētījums neapstiprināja visu peptīdu universālu uzsūkšanos nemainītā veidā vai visu olbaltumvielu produktu līdzvērtīgu iedarbību. [13]

18. Ar ko peptīds atšķiras no polipeptīda?

Abi termini apraksta aminoskābju atlikumu ķēdes, kas savienotas ar peptīdsaitēm. Apzīmējums „peptīds” bieži tiek lietots salīdzinoši īsām ķēdēm, savukārt „polipeptīds” uzsver izvērstu aminoskābju ķēdi un tiek izmantots garākām secībām. Tomēr nepastāv universāls skaitlisks punkts, kuru pārsniedzot viens termins ir jāaizstāj ar otru. Pētījumi, kuros 29 atlikumu kalata B1 tiek aprakstīta kā polipeptīds, un darbi par 20–40 atlikumu polipeptīdiem parāda šīs terminoloģijas pārklāšanos. Tāpēc faktiskais atlikumu skaits un molekulārā arhitektūra sniedz vairāk informācijas nekā pieņēmums par stingru robežu. [2] [5]

19. Vai tās pašas aminoskābes var veidot dažādus peptīdus?

Tieši tā. Tas pats aminoskābju veidu komplekts var novest pie dažādu peptīdu veidošanās, ja mainās to secumē. Piemēram, glicilalanīns un alanilglicīns satur glicīnu un alanīnu, bet to secības maiņa rada citu molekulāro secību. Garākos peptīdos secības maiņa var ietekmēt lādiņa sadalījumu, hidrofobajos reģionus, saistīšanās virsmas un strukturālās tendences. Tāpēc peptīda identitāte ir atkarīga ne tikai no tā, kādas aminoskābes tas satur, bet arī no to secības un savienošanās veida.

20. Kāpēc secība ir svarīgāka par pašu vārdu „peptīds”?

Termins „peptīds” apraksta plašu ķīmisko kategoriju, nevis vienu bioloģiskās aktivitātes veidu. Divi peptīdi var pilnībā atšķirties pēc secības, garuma, struktūras, lokalizācijas, apstrādes veida un molekulārajiem mērķiem. Sistemīnas pētījumi eksperimentāli parāda, ka pat vienas molekulas dažādi reģioni var spēlēt atšķirīgas lomas receptora saistīšanā un aktivēšanā. [8] Šī iemesla dēļ rezultātus, kas attiecas uz vienu peptīdu, nevar attiecināt uz citu tikai tāpēc, ka abas molekulas pieder tai pašai kategorijai. Bioloģiskās funkcijas noteikšanai ir nepieciešami dati par konkrētu secību un konkrētu molekulu.

Peptīdu un olbaltumvielu klasifikācijas ierobežojumi

Lietojot apzīmējumus aminokābe, peptīds, polipeptīds un olbaltumviela, ir jāpatur prātā vairāki ierobežojumi.

Pirmkārt, nepastāv universāla skaitliska robeža starp peptīdu un olbaltumvielu. Slieksnis, piemēram, 50 atlikumi, var būt noderīga konvencija, taču zinātniskajā literatūrā ir sastopami skaidri izņēmumi. [1] [2] [5]

Otrkārt, arī struktūra neveido vienkāršu robežu. Daži īsi peptīdi pieņem sakārtotas struktūras, bet dažas atzītas olbaltumvielas paliek lielā mērā iekšēji nesakārtotas. [1] [2] [3]

Treškārt, molekulmasa un atlikumu skaits ir saistīti, bet atšķirīgi parametri. Modifikācijas, dažādi atlikumu veidi un vairāku ķēžu klātbūtne varmainīt masu bez vienkāršas attiecināmības uz vienas ķēdes garumu.

Ceturtkārt, ir jānošķir prekursoru un nobriedušās formas. Bioloģiskā apstrāde var mainīt ķēdes garumu, savienojuma veidu un molekulāro identitāti, ko ilustrē proinsulīna apstrāde. [6] [7]

Piektkārt, ražošanas metode nenosaka klasifikāciju. Dabiski ražotām un ķīmiski sintetizētām daļiņām var būt viena un tā pati pamata molekulārā identitāte, ja ir apstiprināta to secība, struktūra un citas būtiskas īpašības. [5] [9]

Sestkārt, kategorijas piederība neļauj paredzēt bioloģisko darbību. Peptīdiem nav viena kopīga fizioloģiskā efekta tikai tāpēc, ka tie ir peptīdi, līdzīgi kā visas olbaltumvielas neveic vienu un to pašu funkciju. [8] [11] [12]

Visbeidzot, strukturālie novērojumi ir jāinterpretē tajos apstākļos, kādos tie ir iegūti. Peptīds, kas vienā šķīdinātājā vai eksperimentālā vidē pieņem noteiktu konformāciju, citos apstākļos var uzvesties citādi. [10]

Šie ierobežojumi nenozīmē, ka terminoloģija ir beznoderīga. Tie tomēr parāda, kāpēc vislabāk to lietot kopā ar precīzāku molekulāro īpašību aprakstu.

Kopsavilkums

Aminoskābes, peptīdi, polipeptīdi un olbaltumvielas pieder pie vienas plašas ķīmiskās hierarhijas, taču tās raksturo dažādus molekulārās organizācijas līmeņus.

Aminoskābes ir atsevišķas celtniecības vienības.

Kad aminoskābju atlikumi tiek kovalenti savienoti ar peptīdsaitēm, veidojas peptīdi un polipeptīdu ķēdes.

Baltkrievija sastāv no vienas vai vairākām šādām ķēdēm, aplūkotām plašākā strukturālā un bioloģiskā kontekstā.

Pāreja no aminoskābes uz peptīdu ir ķīmiski nepārprotama, jo peptīdsaites veidošanās rezultātā rodas jauna, savienota molekula.

Robeža starp peptīdu un olbaltumvielu ir daudz mazāk nepārprotama.

Ķēdes garums sniedz noderīgu aprakstošu informāciju, taču nepastāv viens universāls atlikumu skaita slieksnis, kas pareizi klasificētu katru molekulu. Pētījumi par desmit atlikumu minipeptīdu CLN025, 29 atlikumu ciklisko kalatīnu B1 un iekšēji nesakārtoto olbaltumvielu KISS1 parāda, kāpēc vienkāršiem noteikumiem ir nepieciešams papildu konteksts. [1] [2] [3]

Arī struktūra nenoraka universālu robežu. Īsi peptīdi var iegūt sakārtotas konformācijas, turpretim dažas olbaltumvielas var saturēt ievērojamu nesakārtotības pakāpi.

Līdzīgi arī molekulmasa, dabiskā vai sintētiskā izcelsme un bioloģiskā funkcija nav pietiekamas pašas par sevi, lai noteiktu, vai jebkuru aminoskābju virkni vajadzētu saukt par peptīdu vai olbaltumvielu.

Tāpēc zinātniskajā komunikācijā visinformatīvākais ir precīzi aprakstīt konkrētas molekulas:

tās sekvences, atlikumu skaitu, arhitektūras, modifikāciju, eksperimentāli novērotās struktūras, apstrādes stāvokļa un apstiprināto bioloģisko īpašību.

Svarīgāko atšķirību var rezumēt šādi:

aminoskābes ir celtniecības vienības; peptīdsaites savieno šīs vienības peptīdos un polipeptīdu ķēdēs, savukārt olbaltumvielas ir bioloģiskas molekulas, kas sastāv no vienas vai vairākām šādām ķēdēm. Tomēr robeža starp peptīdu un olbaltumvielu izriet no zinātniskās vienošanās un molekulārā konteksta, nevis no viena universāla aminoskābju skaita.

Atruna

Rakstam ir tikai izglītojošs un zināniski informatīvs raksturs. Tas izskaidro terminoloģiju, molekulāro uzbūvi, peptīdu un olbaltumvielu klasifikāciju, molekulu bioloģisko apstrādi, kā arī sniedz piemērus no publicētiem pētījumiem. Tas nav medicīnisks vai uztura padoms, ārstēšanas norādījums, produktu ieteikums vai padoms par peptīdu, olbaltumvielu, aminoskābju produktu, uztura bagātinātāju vai saistīto vielu lietošanu. Strukturālo, biochemisko, ar dzīvniekiem un cilvēkiem veikto pētījumu rezultāti ir jāinterpretē konkrēto darbu metožu, apstākļu un ierobežojumu kontekstā.

Atsauces

1. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). Beta matu sprādzi veidojošā miniproteīna CLN025 VCD spektroskopiskās īpašības dažādos šķīdinātājos. Biopolimēri, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
2. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Elucidation of the primary and three-dimensional structure of the uterotonic polypeptide kalata B1. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
3. Ibanez de Opakua, A., Merino, N., Villate, M., Cordeiro, T. N., Ormaza, G., Sanchez-Carbayo, M., Diercks, T., Bernado, P., & Blanco, F. J. (2017). Metastāžu supresors KISS1 ir iekšēji nestrukturēts olbaltumums, kas ir nedaudz izstieptāks nekā nejauša spirāle. PLOS ONE, 12(2), e0172507. pants. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
4. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptīda saites deformācijas no planaritātes: jaunas atziņas no kvantu mehāniskiem aprēķiniem un peptīdu/olbaltumvielu kristālu struktūrām. PLOS ONE, 6(9), e24533. pants. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
5. Straner, P., Taricska, N., Szabo, M., Toth, G. K., & Perczel, A. (2016). Bacterial expression and/or solid phase peptide synthesis of 20-40 amino acid long polypeptides and miniproteins, the case study of Class B GPCR ligands. Current Protein & Peptide Science, 17(2), 147–155. https://doi.org/10.2174/1389203716666151102105215
6. Linde, S., Velinders, B. S., un Nīlsens, J. H. (1993). Proinsulīna un tā konversijas produktu analīze ar reversās fāzes augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfiju. Hromatogrāfijas žurnāls, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r
7. Deividsons, H. V., un Hatons, D. Dž. (1987). Insulīna sekretoro granulu karboksipeptidāze H. Attīrīšana un iesaistīšanās pierādījums proinsulīna apstrādē. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
8. 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
9. Ferrers, M., Vudvards, K., un Baranī, G. (1992). Liellopu aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitora (BPTI) un divu analogu cietfāzes sintēze. Ķīmiska pieeja disulfīda tiltiņu nozīmes izvērtēšanai olbaltumvielu locīšanā un stabilitātē. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed ieraksts
10. 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
11. Kreimans, B., Viljamss, G., Gatejs, M. A., & Blūms, S. R. (1987). Ar glikagonu līdzīgais peptīds-1 7-36: Fizioloģisks inkretīns cilvēkam. The Lancet, 2(8571), 1300–1304. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(87)91194-9
12. Cabral, C. B., Bullock, K. H., Bischoff, D. J., Tompkins, R. G., Yu, Y. M., & Kelleher, J. K. (2008). Glutations sintēzes novērtēšana ar deuterētu ūdeni: peptīdu biosintēzes modelis. Analytical Biochemistry, 379(1), 40–44. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.042
13. Iwai, K., Hasegawa, T., Taguchi, Y., Morimatsu, F., Sato, K., Nakamura, Y., Higashi, A., Kido, Y., Nakabo, Y., & Ohtsuki, K. (2005). Pārtikas izcelsmes kolagēna peptīdu identifikācija cilvēka asinīs pēc želatīna hidrolizātu iekšķīgas lietošanas. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p