Peptiden versus eiwitten versus aminozuren: de belangrijkste verschillen

Aminozuren zijn de fundamentele moleculaire eenheden waaruit peptiden en eiwitten bestaan. Peptiden zijn ketens van aminozuurresiduen die voornamelijk door peptidebindingen zijn verbonden, terwijl eiwitten bestaan uit één of meer polypeptidenketens waarvan de sequentie, structuur, onderlinge interacties, biologische verwerking en functionele context hun identiteit bepalen. Al deze groepen zijn chemisch met elkaar verbonden, maar de begrippen kunnen niet door elkaar worden gebruikt.

Het verschil tussen een vrij aminozuur en een peptide is relatief eenvoudig te bepalen: de verbinding van aminozuren door middel van peptidebindingen leidt tot de vorming van een nieuw molecuul met een specifieke sequens en manier van atoomverbinding. De grens tussen tussen een peptide en een eiwit is aanzienlijk minder eenduidig.

Kettinglengte is een nuttig oriënterend criterium. In educatieve materialen of sommige classificatiesystemen komt men bijvoorbeeld een conventionele grens van ongeveer 50 aminozuurresiduen tegen. De wetenschappelijke literatuur hanteert echter geen enkel universeel limiet. Een ketting bestaande uit tien residuen werd beschreven als kleine eiwit, werdt een structureel geordende molecuul bestaande uit 29 residuen gedefinieerd als polypeptide, en sommige eiwitten kunnen in aanzienlijk ongerangschikte toestand voorkomen in plaats van één vaste, compacte structuur aan te nemen. [1] [2] [3]

Deze voorbeelden tonen een belangrijk principe aan: de lengte van de sequentie levert cruciale informatie, maar is op zich niet voldoende om elke aminozuurketen eenduidig te classificeren.

Om beter te onderscheiden peptiden, polypeptiden en eiwitten, is het de moeite waard om tegelijkertijd rekening te houden met verschillende kenmerken:

• het aantal aminozuurresten;
• hun sequentie;
• of het molecuul lineair, cyclisch, vertakt of multichain is;
• manier van covalente bindingen;
• experimenteel bevestigde structuur;
• posttranslationele of chemische modificaties;
• methode voor biologische verwerking van een molecuul;
• de in de wetenschappelijke literatuur voor een specifiek molecuul aangenomen terminologie.

In dit artikel leggen we uit hoe aminozuren, peptiden, polypeptiden en eiwitten met elkaar zijn verbonden, hoe de lengte van de keten de gebruikte terminologie beïnvloedt, hoe peptidebindingen ketens vormen en waarom de kennis sequentie, moleculaire architectuur en experimenteel bevestigde eigenschappen is informatiever dan de categorienaam zelf.

Wat is het verschil tussen aminozuren, peptiden en eiwitten?

Aminozuren zijn de afzonderlijke bouwstenen

Typisch alfa-aminozuur bevat een centraal koolstofatoom dat is verbonden met een aminogroep, een carboxylgroep, een waterstofatoom en een variabele zijketen.

Dit is precies wat de zijketen onderscheidt van de andere aminozuren.

Onder de omstandigheden in veel biologische milieus komen amino- en carboxylgroepen vaak voor in geladen vormen. Een populaire, neutrale structuurformule zoals die in de basischemie wordt gebruikt, is daarom een nuttige manier om een aminozuur voor te stellen, maar deze hoeft niet per se de dominante ionische toestand onder alle biologische omstandigheden weer te geven.

De zijketens van de afzonderlijke aminozuren verschillen onder andere in:

• grootte;
• elektrische lading;
• polariteit;
• hydrofobiciteit;
• het vermogen om waterstofbindingen te vormen;
• ruimtelijke eigenschappen;
• chemische reactiviteit.

Bijvoorbeeld heeft glycine als zijketen een enkel waterstofatoom, waardoor het structureel kleiner is dan de overige standaard aminozuren. Cysteïne daarentegen bevat een zijketen met een zwavelatoom, dat kan deelnemen aan de vorming van disulfidebindingen.

Andere aminozuren kunnen aromatische, zure, basische, polaire of voornamelijk niet-polaire zijketens bevatten.

Deze verschillen helpen begrijpen waarom het vervangen van het ene aminozuur door het andere de eigenschappen van een peptide of eiwit kan veranderen. Het skelet van het molecuul kan nog steeds verbonden zijn via dezelfde soort peptidebindingen, maar de chemische eigenschappen die voortvloeien uit de aanwezigheid van specifieke zijketens veranderen.

Een aminozuur kan ook voorkomen en deelnemen aan de stofwisseling los van het peptide of eiwit.

Vrije aminozuren zijn afzonderlijke moleculen.

Wanneer ze worden opgenomen in een peptide- of eiwitketen, worden de afzonderlijke eenheden nauwkeuriger aangeduid als aminozuurresiduen.

In de omgangstaal is de bewering dat een eiwit een „keten van aminozuren” is, begrijpelijk. Vanuit het perspectief van de structurele chemie is de term „keten van aminozuurresiduen” echter nauwkeuriger, omdat de opname van een aminozuur in de keten de chemische context ervan verandert.

Peptiden bevatten aminozuren die door peptidebindingen met elkaar zijn verbonden

In een typisch peptide-ruggegraat is het koolstofatoom van de carbonylgroep afkomstig van de carboxylgroep van één residu verbonden met het stikstofatoom dat gebonden is aan het volgende residu.

Deze covalente amidebinding wordt genoemd peptidetbinding.

De verbinding van twee residuen leidt tot de vorming van dipeptide.

Drie resten vormen tripeptide.

Vier vormen tetrapeptide, en verdere verlenging van de keten leidt tot de vorming van steeds langere peptiden en polypeptiden die zijn gebaseerd op hetzelfde algemene type chemisch ruggengraat.

Het ontluikende molecuul is meer dan alleen een verzameling van zijn bestanddelen.

Een mengsel dat losse moleculen glycine en alanine bevat, verschilt chemisch van het dipeptide. glycylalanine.

Het gecombineerde molecuul heeft:

• een bepaalde sequentie;
• gedefinieerde covalente bindingen;
• specifieke eindgroepen;
• haar eigen molecuulgewicht;
• mogelijke conformaties;
• chemische eigenschappen die verschillen van die van de afzonderlijke aminozuren.

Het omkeren van de volgorde leidt tot het ontstaan alanylglycine.

Glycylalanine en alanylglycine bevatten dezelfde soorten aminozuren, maar hebben een andere sequentie.

Dit eenvoudige voorbeeld toont een van de basisprincipes van de peptidechemie:

De aminozuursamenstelling is niet hetzelfde als de aminozuursequentie.

Peptidebindingen hebben ook kenmerkende structurele eigenschappen. Hun elektronensystemen beperken de rotatie rond de koolstof-stikstofbinding in de ruggengraat, terwijl naburige bindingen verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van de conformationele flexibiliteit van de keten.

Experimentele en berekeningsmatige studies tonen aan dat de peptidegroep ongeveer vlak is, hoewel kleine afwijkingen van de ideale planarity mogelijk zijn. [4]

Eiwitten bevatten één of meer polypeptidenketens

Eiwit wordt meestal begrepen als een biologische macromolecuul opgebouwd uit van één of meer polypeptideketens.

Deze ketens kunnen vormen:

• zwarte globulaire structuren;
• langwerpige structuren;
• membraangerelateerde structuren;
• flexibele regio's;
• interne ongestructureerde regio's;
• complexen bestaande uit meerdere ketens;
• combinaties van verschillende structurele elementen.

Sommige eiwitten bevatten ook gebonden koolhydraten, lipiden, metaalionen, prosthetische groepen, covalente modificaties of andere daaraan gerelateerde componenten.

Het bestempelen van een bepaald molecuul als een eiwit brengt daarom meestal meer informatie over dan alleen de constatering van de aanwezigheid van peptidebindingen.

Deze term plaatst het molecuul in een bredere structurele en biologische context.

Dit betekent echter niet dat elke als eiwit aangeduide molecule het volgende moet hebben:

• een bepaalde minimale lengte;
• een permanent stijve structuur;
• slechts één polypeptideketen;
• enzymatische activiteit;
• één specifiek type biologische functie.

Een goed voorbeeld is het KISS1-eiwit.

Onderzoekers gebruikten onder andere nucleaire magnetische resonantie en röntgenkleinehoekverstrooiing om KISS1 te karakteriseren als een intrinsiek ongestructureerd eiwit dat iets uitgestrekter is dan een typische statistische polymeerkluwen. De classificatie als eiwit hangt dus niet af van de aanwezigheid van één compacte en stabiele structuur. [3]

Aminozuren, peptiden en eiwitten – een vergelijking

De tabel toont conventionele verschillen en stelt geen enkele formele grens vast die geldt voor alle moleculen.

Voorbeelden van korte geordende moleculen en intrinsiek ongestructureerde eiwitten tonen aan waar vereenvoudigde definities extra uitleg behoeven. [1] [2] [3]

Welk polimeer wordt gevormd uit aminozuren?

Wanneer vele aminozuurresiduen worden verbonden door een herhalende ruggengraat die peptidebindingen bevat, ontstaat er polypeptide.

Eiwit kan één polypeptidenketen bevatten of meerdere ketens die in een grotere structuur zijn verbonden.

Deze begrippen benadrukken dus ietwat andere kenmerken:

polypeptide heeft vooral betrekking op de chemische structuur van de keten;

eiwit het beschrijft gewoonlijk een compleet biologisch molecuul of moleculair complex.

Dit onderscheid is handig bij het lezen van wetenschappelijke publicaties.

In de ene publicatie kunnen de auteurs de synthese van een polypeptide beschrijven voordat ze de ruimtelijke structuur of biologische activiteit ervan bepalen. In een andere kunnen ze een eiwit analyseren dat uit meerdere polypeptideketens bestaat.

In geen van deze gevallen betekent dit een verandering in de fundamentele chemie van de aminozuren.

In een studie waarin bacteriële expressie werd vergeleken met VSP-peptidesynthese (synthese op vaste fase), werden 20 tot 40 residuen tellende peptiden geanalyseerd „polypeptiden en minieiwitten”. De toegepaste terminologie laat zien dat deze begrippen elkaar gedeeltelijk kunnen overlappen, afhankelijk van de lengte, de structurele eigenschappen en de wetenschappelijke context. [5]

Kettinglengte en classificatie

Wat betekenen dipeptide, tripeptide, oligopeptide en polypeptide?

Dipeptide bevat twee aminozuurresiduen.

Tripeptide bevat er drie.

Analoog hieraan bevatten een tetrapeptide en een pentapeptide respectievelijk vier en vijf residuen.

Deze namen maken het mogelijk om het exacte aantal residuen te bepalen, indien ze betrekking hebben op de hele geanalyseerde keten.

Oligopeptide betekent meestal een relatief korte keten.

Polypeptide benadrukt de aanwezigheid van vele aminozuurresiduen in één keten en wordt vaak, hoewel niet altijd, gebruikt met betrekking tot langere sequenties.

De numerieke grenzen tussen termen als oligopeptide, peptide en polypeptide variëren per discipline en publicatie.

Daarom is de daadwerkelijke sequentie of het door de auteurs opgegeven aantal residuen betrouwbaarder dan ervan uit te gaan dat alle onderzoekers dezelfde conventie hanteren.

In een typische onvertakte, lineaire keten die n reszt komt voor:

n − 1 peptidebindingen in het ruggengraat.

Een tripeptide bevat dus drie residuen, maar twee peptidebindingen.

Een open keten die uit tien resten bestaat, heeft negen van dergelijke bindingen.

Deze afhankelijkheid heeft betrekking op een enkele open keten.

Een cyclisch peptide dat is gesloten door verbinding van de N- en C-terminus heeft een extra binding die het ruggenmerg sluit, en bevat daarom bij n residuen n peptidebindingen in het ruggenmerg.

De bindingen tussen de zijketens moeten afzonderlijk worden geanalyseerd.

Vormt 50 aminozuren de grens tussen een peptide en een eiwit?

Lengte ongeveer 50 aminozuurresiduen het wordt gebruikt als een praktische educatieve conventie om onderscheid te maken tussen peptiden en eiwitten.

Dit is echter geen universele chemische wet.

De overgang van 50 naar 51 residuen veroorzaakt geen plotselinge chemische verandering die een peptide automatisch in een eiwit verandert.

Verschillende wetenschapsterreinen passen deze begrippen op een iets andere manier toe, en sommige moleculen behouden historisch geaccepteerde namen die niet overeenkomen met een eenvoudige numerieke limiet.

Een goed voorbeeld is CLN025.

CLN025 bevat slechts tien residuen en toch beschreven de onderzoekers het als kleine eiwit en zij analyseerden de beta-hairpin-structuur ervan met behulp van spectroscopie en moleculaire dynamica. De geringe lengte belette hem niet om onder de onderzochte omstandigheden een geordende conformatie aan te nemen. [1]

Dit betekent niet dat elk peptide dat uit tien residuen bestaat een eiwit moet worden genoemd.

Het laat daarentegen zien waarom te categorische stellingen, zoals:

„Elk eiwit bevat meer dan 50 aminozuren”

of

„Elke keten die korter is dan 50 aminozuren is een wanordelijk peptide”

zijn een te grote vereenvoudiging.

Een nauwkeuriger benadering is om het aantal residuen te behandelen als een van de verschillende kenmerken die een molecuul beschrijven.

Een kort peptide kan ook een polypeptide worden genoemd

Een ander goed voorbeeld is kalata B1.

In het oorspronkelijke structurele onderzoek werd dit 29-residu tellende plantenmolecuul beschreven als polypeptide, haar cyclische skelet werd bevestigd en de driedimensionale structuur werd onderzocht. [2]

Het combineert dus:

• relatief korte sequentie;
• cyclische skeletarchitectuur;
• extra covalente beperkingen;
• een geordende ruimtelijke structuur.

De term polypeptide hoeft daarom geen zeer groot molecuul te betekenen.

Afhankelijk van de context kan het eenvoudigweg benadrukken dat het geanalyseerde molecuul een keten van aminozuurresiduen is.

Daarom is het bij de interpretatie van wetenschappelijke literatuur de moeite waard om de werkelijke sequentiële volgorde, het aantal residuen, de moleculaire architectuur en de experimentele resultaten te controleren, in plaats van extra betekenis toe te kennen uitsluitend op basis van de gebruikte naam.

Het aantal residuen en de molecuulmassa zijn twee verschillende maatstaven

Het aantal restanten bepaalt, hoeveel aminozuureenheden bevinden zich in het molecuul.

Masa cząsteczkowa opisuje natomiast masę całej cząsteczki na poziomie molekularnym.

Wartości te są ze sobą powiązane, ale nie są równoważne.

Poszczególne reszty aminokwasowe mają różne masy. Dwa łańcuchy zawierające tę samą liczbę reszt mogą więc mieć różną masę cząsteczkową, jeśli różnią się sekwencją.

Modyfikacje chemiczne również mogą wpływać na masę.

Przyłączenie węglowodanu, lipidu, grupy fosforanowej, modyfikacji końcowej lub innego składnika może zwiększyć masę cząsteczki bez zwiększenia liczby aminokwasów w jej szkielecie.

Białko może ponadto składać się z kilku łańcuchów.

Łączna liczba reszt w całym białku może więc różnić się od długości każdego pojedynczego łańcucha.

Precyzyjny opis naukowy powinien określać, czy podawana wartość dotyczy:

• długości jednego łańcucha;
• całkowitej liczby reszt w kompleksie;
• masy cząsteczkowej pojedynczego łańcucha;
• masy całego kompleksu molekularnego.

Żaden z tych parametrów sam w sobie nie określa aktywności biologicznej ani jakości dowodów dotyczących deklarowanego działania cząsteczki.

Należy liczyć rzeczywistą formę molekularną, której dotyczy analiza

Prekursora i jego produktów przetwarzania nie należy automatycznie traktować jako tej samej sekwencji molekularnej.

Przykładowo proinsulina jest przetwarzana poprzez formy pośrednie do insuliny i peptydu C.

Przegląd analityczny dotyczący produktów konwersji proinsuliny pokazuje, dlaczego rozróżnianie tych form ma znaczenie podczas interpretowania wyników pomiarów. [6]

Badania enzymu obecnego w ziarnistościach wydzielających insulinę wykazały ponadto selektywne usuwanie zasadowych reszt z substratów pochodzących z proinsuliny bez dalszej degradacji dojrzałej insuliny w zastosowanym teście. [7]

Był to eksperyment dotyczący przetwarzania biochemicznego, a nie dowód na to, że wszystkie peptydy podlegają takiemu samemu schematowi rozszczepiania.

Jeśli publikacja podaje długość, masę, stężenie lub aktywność peptydu, warto więc ustalić, czy badana wartość dotyczy:

• prekursora;
• formy pośredniej;
• dojrzałego peptydu;
• fragmentu powstałego w wyniku rozszczepienia;
• jednego łańcucha cząsteczki wielołańcuchowej;
• kompletnego kompleksu molekularnego.

Bez takiego rozróżnienia dwa poprawne naukowo opisy mogą pozornie sobie przeczyć, choć w rzeczywistości odnoszą się do różnych form tej samej lub powiązanej cząsteczki.

Struktura, fałdowanie i funkcja biologiczna

Struktura pierwszorzędowa: wszystko zaczyna się od sekwencji

Struktura pierwszorzędowa oznacza sekwencję aminokwasową, a w bardziej kompletnym opisie chemicznym również istotne połączenia kowalencyjne.

Rodzaj i kolejność reszt określają, jakie łańcuchy boczne są dostępne i w których miejscach szkieletu się znajdują.

Sekwencji nie można więc utożsamiać ze składem.

Dwa łańcuchy mogą zawierać dokładnie te same rodzaje i liczby aminokwasów, a jednocześnie mieć je ułożone w innej kolejności.

Zmiana kolejności może wpływać między innymi na:

• rozmieszczenie ładunku;
• rozmieszczenie regionów hydrofobowych;
• lokalną elastyczność;
• możliwe układy wiązań wodorowych;
• tendencję do tworzenia określonych struktur drugorzędowych;
• rozpoznawanie przez inne cząsteczki;
• aktywność biologiczną.

Pełna sekwencja zawiera więc znacznie więcej informacji niż zwykła lista aminokwasów obecnych w cząsteczce.

Zmiany sekwencji mogą również wpływać na relację pomiędzy wiązaniem cząsteczki a odpowiedzią biologiczną.

W badaniu roślinnego peptydu sygnałowego systeminy wykazano, że różne regiony sekwencji w odmienny sposób uczestniczyły w wiązaniu receptora i jego aktywacji. Pełna cząsteczka i jej krótsze fragmenty nie były funkcjonalnie równoważne. [8]

Struktura drugorzędowa, trzeciorzędowa i czwartorzędowa

Struktura drugorzędowa opisuje powtarzające się lokalne ułożenia szkieletu, takie jak alfa-helisy i beta-kartki.

Ich powstawaniu sprzyjają między innymi uporządkowane układy wiązań wodorowych w szkielecie.

Nie powstają one jednak poprzez zastąpienie wiązań peptydowych odpowiedzialnych za strukturę pierwszorzędową.

Struktura trzeciorzędowa opisuje szerszą, trójwymiarową organizację pojedynczego łańcucha polipeptydowego.

Struktura czwartorzędowa odnosi się do sposobu organizacji kilku łańcuchów polipeptydowych w większym kompleksie molekularnym.

Białko zbudowane z jednego łańcucha nie musi więc posiadać struktury czwartorzędowej.

Podobnie krótki peptyd nie musi wykazywać wszystkich poziomów organizacji strukturalnej, aby posiadać określone właściwości biologiczne.

Do organizacji struktury molekularnej mogą przyczyniać się między innymi:

• wiązania wodorowe;
• oddziaływania elektrostatyczne;
• oddziaływania van der Waalsa;
• efekt hydrofobowy;
• oddziaływania aromatyczne;
• koordynacja jonów metali w niektórych cząsteczkach;
• kowalencyjne połączenia poprzeczne, takie jak mostki disiarczkowe.

Mostki disiarczkowe, jeśli występują, łączą atomy siarki pochodzące z reszt cysteiny.

Są chemicznie inne niż wiązania peptydowe tworzące szkielet łańcucha.

Badania syntetycznego bydlęcego trzustkowego inhibitora trypsyny (BPTI) dobrze pokazują różnicę pomiędzy zbudowaniem łańcucha a uzyskaniem jego prawidłowo pofałdowanej i aktywnej formy.

Badacze chemicznie zsyntetyzowali liniową sekwencję, a następnie przeprowadzili proces utleniania i fałdowania, uzyskując materiał odpowiadający naturalnemu białku w opisanych analizach strukturalnych i funkcjonalnych. [9]

Czy peptydy mogą mieć stabilną strukturę trójwymiarową?

Bedankt.

Krótki łańcuch nie musi automatycznie oznaczać cząsteczki pozbawionej uporządkowanej struktury.

CLN025 tworzył strukturę beta-hairpin w badanych środowiskach, natomiast cykliczna kalata B1 wykazywała uporządkowaną architekturę pomimo obecności zaledwie 29 reszt. [1] [2]

Są to jednak obserwacje dotyczące konkretnych cząsteczek.

Nie oznaczają, że każdy krótki peptyd tworzy równie stabilną strukturę.

To, czy konkretny peptyd przyjmuje uporządkowaną konformację, zależy między innymi od:

• sekwencji;
• oddziaływań pomiędzy resztami;
• ograniczeń wynikających z cykliczności;
• mostków disiarczkowych;
• oplosmiddel;
• temperaturen;
• concentraties;
• obecności partnerów wiążących;
• modyfikacji chemicznych.

Szczególnie istotne może być środowisko.

W badaniu syntetycznego neuropeptydu Y, zawierającego 36 reszt, analizowano konformację w mieszaninie rozpuszczalników zawierającej głównie trifluoroetanol. Zaobserwowano region helikalny w pobliżu C-końca, podczas gdy część N-końcowa nie wykazywała porównywalnie regularnej struktury. [10]

Obserwacji dokonanej w takim środowisku nie należy przedstawiać jako dowodu, że peptyd przyjmuje dokładnie tę samą strukturę we wszystkich warunkach biologicznych.

Dlatego podczas interpretacji badań strukturalnych należy zwracać uwagę na warunki eksperymentalne.

Stelling:

„Peptyd tworzył helisę w badanych warunkach”

jest naukowo bardziej precyzyjne niż:

„Peptyd zawsze ma strukturę helikalną”.

Czy wszystkie białka mają jedną stałą strukturę?

Nee.

Wiele białek zawiera stabilnie pofałdowane domeny, ale inne posiadają rozległe regiony wewnętrznie nieuporządkowane, a niektóre mogą być w dużym stopniu nieuporządkowane.

Takie cząsteczki występują jako dynamiczne zespoły różnych konformacji, zamiast pozostawać przez cały czas w jednej sztywnej strukturze trójwymiarowej.

Badania KISS1 stanowią bezpośredni przykład takiej sytuacji.

Wyniki uzyskane za pomocą kilku metod eksperymentalnych potwierdzały jego wewnętrznie nieuporządkowany charakter. [3]

Pokazuje to ograniczenie uproszczonego modelu edukacyjnego, w którym każde białko przedstawiane jest jako zwarta i nieruchoma cząsteczka.

Nie oznacza to jednak, że białko wewnętrznie nieuporządkowane nie może wykazywać organizacji, swoistości oddziaływań czy znaczenia biologicznego.

Wewnętrzne nieuporządkowanie należy również odróżnić od denaturacji.

Może ono stanowić naturalną właściwość danej sekwencji w określonych warunkach.

Denaturacja oznacza natomiast zaburzenie istniejącej organizacji strukturalnej cząsteczki.

Żadne z tych zjawisk samo w sobie nie oznacza hydrolizy wiązań peptydowych ani rozpadu cząsteczki do wolnych aminokwasów.

Funkcja zależy od konkretnej cząsteczki

Aminokwasy, peptydy i białka uczestniczą w wielu nakładających się procesach biologicznych, ale przynależność do jednej z tych kategorii nie oznacza wspólnego działania.

Peptyd sygnałowy, wewnątrzkomórkowy tripeptyd, enzym i białko strukturalne mogą być zbudowane z reszt aminokwasowych, a jednocześnie pełnić zupełnie odmienne funkcje.

Przykładowo w badaniu fizjologicznym z udziałem ludzi analizowano GLP-1(7–36) jako inkretynę i mierzono odpowiedzi podczas infuzji u siedmiu ochotników. [11]

Badanie dotyczyło określonej cząsteczki sygnałowej i konkretnego protokołu eksperymentalnego.

Nie pozwala ono wnioskować, że inne peptydy wywołują takie same efekty dotyczące wydzielania insuliny.

Innym przykładem jest glutathion.

Jest to tripeptyd uczestniczący w biologii komórkowych procesów redoks. W jednym z badań wykorzystano znakowaną izotopowo wodę do oszacowania syntezy glutationu u królików, pokazując, że nawet bardzo mały peptyd może być badany jako regulowana metabolicznie cząsteczka. [12]

Było to badanie dotyczące biosyntezy, a nie badanie suplementacji u ludzi.

Z naukowego punktu widzenia właściwe pytanie brzmi więc:

Co robi ta konkretna cząsteczka lub sekwencja, w jakich warunkach i na podstawie jakich dowodów?

Określenia „peptyd” i „białko” pomagają opisać tożsamość molekularną.

Nie określają uniwersalnej funkcji biologicznej.

Rozerwanie łańcucha może zmienić jego tożsamość i aktywność

Hydroliza prowadzi do rozszczepienia wiązań peptydowych.

Pojedyncze rozszczepienie może prowadzić do powstania krótszych łańcuchów peptydowych, natomiast odpowiednio rozległa hydroliza może ostatecznie uwolnić pojedyncze aminokwasy.

Jedno przecięcie długiego łańcucha zazwyczaj nie powoduje natychmiastowego uwolnienia wszystkich jego reszt.

Biologiczne przetwarzanie cząsteczek może wykorzystywać selektywne rozszczepianie między innymi do:

• aktywowania prekursorów;
• usuwania sekwencji sygnałowych;
• oddzielania regionów funkcjonalnych;
• tworzenia dojrzałych peptydów;
• kończenia aktywności;
• powstawania cząsteczek o odmiennych funkcjach biologicznych.

Badanie systeminy pokazuje, dlaczego nie należy zakładać, że fragment automatycznie zachowuje aktywność cząsteczki macierzystej.

Region N-końcowy uczestniczył w wiązaniu receptora, natomiast region C-końcowy był potrzebny do jego aktywacji. Badane fragmenty nie zachowywały się po prostu jak krótsze wersje pełnej cząsteczki sygnałowej. [8]

Trawienie jest kolejnym procesem, w którym zmienia się tożsamość molekularna.

W badaniu z udziałem ludzi wykryto we krwi określone peptydy pochodzące z kolagenu po spożyciu hydrolizatów żelatyny. [13]

Potwierdza to obecność konkretnych fragmentów w warunkach tego badania.

Dit betekent echter niet dat:

• każdy peptyd pochodzący z żywności jest wchłaniany w niezmienionej formie;
• każdy fragment peptydowy przeżywa proces trawienia;
• wszystkie hydrolizaty białkowe zachowują się identycznie;
• samo wykrycie fragmentu peptydowego potwierdza określoną korzyść zdrowotną.

Dlaczego granica między peptydem a białkiem nie jest jednoznaczna?

Różne terminy odpowiadają na różne pytania

Określenia peptyd, polipeptyd i białko częściowo się pokrywają, ponieważ często podkreślają inne właściwości cząsteczki.

Peptide najczęściej sugeruje stosunkowo krótki łańcuch.

Polypeptide podkreśla chemiczną naturę łańcucha aminokwasowego.

Białko zwykle odnosi się do określonej biologicznej cząsteczki, kompleksu molekularnego albo jednostki o ustalonym kontekście strukturalnym i funkcjonalnym.

Ponieważ pojęcia te odpowiadają na nieco inne pytania opisowe, ich znaczenia mogą się częściowo nakładać.

Nie oznacza to jednak, że wszystkie różnice znikają.

Wolny aminokwas pozostaje chemicznie inną cząsteczką niż połączony łańcuch.

Dipeptyd złożony z dwóch reszt jest znacznie mniejszy i strukturalnie prostszy od dużego kompleksu białkowego złożonego z wielu łańcuchów.

Niepewność pojawia się przede wszystkim wtedy, gdy próbuje się ustanowić jedną uniwersalną granicę liczbową oddzielającą wszystkie peptydy od wszystkich białek.

Przykłady naukowe pokazujące ograniczenia prostych reguł

Przykłady te pochodzą z badań strukturalnych, syntetycznych i biochemicznych, a nie z publikacji ustanawiającej jeden oficjalny próg klasyfikacyjny.

Ich znaczenie polega przede wszystkim na pokazaniu ograniczeń zbyt uproszczonych definicji. [1] [2] [3] [7] [9]

Naturalne czy syntetyczne pochodzenie nie rozstrzyga klasyfikacji

Peptyd nie jest definiowany przez to, że został wytworzony w laboratorium.

Podobnie białko nie jest definiowane przez to, że zostało wyizolowane z żywego organizmu.

Komórki naturalnie syntetyzują peptydy i białka, natomiast naukowcy mogą otrzymywać wiele łańcuchów aminokwasowych poprzez:

• chemische synthese;
• ekspresję rekombinowaną;
• syntezę bezkomórkową;
• inne kontrolowane systemy produkcji.

Badanie porównujące ekspresję bakteryjną z syntezą na fazie stałej dla sekwencji zawierających 20–40 reszt pokazało, że wybór metody produkcji zależy między innymi od konkretnej sekwencji i wymagań badawczych. [5]

Cząsteczka nie przechodzi do innej kategorii chemicznej tylko dlatego, że zmieniono sposób jej produkcji.

Podobnie badania syntetycznego BPTI pokazują, że synteza chemiczna może prowadzić do otrzymania cząsteczki klasyfikowanej jako białko. [9]

Samo określenie syntetyczny nie potwierdza pełnej równoważności molekularnej, ale syntetyczne pochodzenie również nie wyklucza klasyfikacji jako białko.

Jak dokładnie opisywać cząsteczkę?

Przydatny opis naukowy powinien podawać nazwę cząsteczki, a w odpowiednich przypadkach również:

• sekwencję aminokwasową;
• liczbę reszt;
• masę cząsteczkową;
• informację, czy struktura jest liniowa czy cykliczna;
• liczbę łańcuchów;
• istotne kowalencyjne połączenia poprzeczne;
• modyfikacje chemiczne lub potranslacyjne;
• właściwości strukturalne potwierdzone eksperymentalnie;
• potwierdzoną funkcję biologiczną.

Przykładowo określenie:

„dziesięcioresztowy peptyd badany jako minibiałko o strukturze beta-hairpin”

przekazuje znacznie więcej informacji niż spór o to, czy cząsteczka musi należeć wyłącznie do kategorii peptydów albo białek.

Podobnie określenie:

„białko wewnętrznie nieuporządkowane”

jest naukowo poprawnym opisem, a nie sprzecznością. [1] [3]

Rozróżnienie to ma szczególne znaczenie podczas interpretowania twierdzeń dotyczących działania biologicznego.

Dowodów dotyczących jednego peptydu nie można automatycznie przenosić na inny tylko dlatego, że obie cząsteczki są krótkimi łańcuchami reszt aminokwasowych.

Klasyfikacja mówi nam, z jakiego rodzaju cząsteczką mamy do czynienia. Do ustalenia, co konkretnie robi dana cząsteczka, potrzebne są natomiast badania dotyczące właśnie tej sekwencji i tej formy molekularnej.

Veelgestelde vragen

1. Czy wszystkie peptydy są białkami?

Nie. Peptydy i białka mają wspólną podstawę chemiczną w postaci łańcuchów aminokwasowych, ale nie każdy peptyd jest klasyfikowany jako białko. Krótkie łańcuchy zazwyczaj określa się jako peptydy, natomiast termin „białko” uwzględnia również kontekst biologiczny, strukturalny i historyczny. CLN025 pokazuje, dlaczego ścisła granica jest trudna do ustalenia: badacze opisali tę dziesięcioresztową sekwencję jako minibiałko o uporządkowanej strukturze beta-hairpin. Nie oznacza to jednak, że każdy krótki peptyd jest białkiem. Pokazuje jedynie, że pojęcia częściowo się pokrywają i żadna pojedyncza liczba reszt nie rozwiązuje wszystkich przypadków klasyfikacyjnych. [1]

2. Czy peptydy są tym samym co aminokwasy?

Nie. Aminokwasy są pojedynczymi jednostkami molekularnymi, natomiast peptydy zawierają reszty aminokwasowe połączone wiązaniami peptydowymi. Połączenie aminokwasów prowadzi do powstania cząsteczki mającej własną sekwencję, końce łańcucha, połączenia kowalencyjne i właściwości chemiczne. Nie jest to więc jedynie mieszanina pierwotnych aminokwasów. Badania systeminy pokazują znaczenie określonej sekwencji: różne części połączonego peptydu odmiennie uczestniczyły w wiązaniu i aktywacji receptora. Wyniki dotyczą konkretnego układu roślinnego, ale dobrze ilustrują ogólną zasadę, że tożsamość peptydu zależy od jego połączonej struktury molekularnej. [8]

3. Jaki polimer powstaje z aminokwasów?

Łańcuch powstały poprzez połączenie reszt aminokwasowych wiązaniami peptydowymi określa się jako polypeptide. Jeden lub więcej łańcuchów polipeptydowych może tworzyć białko, choć samo określenie polipeptyd nie wskazuje konkretnej struktury przestrzennej ani funkcji biologicznej. W literaturze termin ten stosowano również wobec stosunkowo krótkich sekwencji zawierających 20–40 reszt. Najbardziej precyzyjna ogólna odpowiedź brzmi więc „polipeptyd”, natomiast termin „białko” stosuje się, gdy odpowiada on szerszej tożsamości biologicznej danej cząsteczki lub kompleksu. [5]

4. Czym różni się aminokwas od reszty aminokwasowej?

Aminokwas jest pojedynczą cząsteczką stanowiącą jednostkę budulcową, natomiast reszta aminokwasowa to odpowiadająca jej jednostka po włączeniu do łańcucha peptydowego lub białkowego. Różnica wynika z udziału tej jednostki w połączeniach szkieletu oraz jej określonej pozycji w sekwencji. W badaniach strukturalnych peptydów często mówi się o pozycjach poszczególnych reszt, ponieważ wpływają one na lokalną geometrię i oddziaływania molekularne. W języku potocznym określenie „aminokwasy w białku” jest zrozumiałe, ale termin „reszta aminokwasowa” jest dokładniejszy chemicznie w odniesieniu do gotowego łańcucha. [4]

5. Czy polipeptyd zawsze jest białkiem?

Nie. Polipeptyd opisuje przede wszystkim łańcuch aminokwasowy i nie musi automatycznie oznaczać, że cząsteczka jest klasyfikowana jako białko. Termin ten pojawia się w badaniach stosunkowo krótkich cząsteczek, takich jak 29-resztowa kalata B1, a także w pracach dotyczących sekwencji zawierających 20–40 reszt. Sposób użycia pojęcia zależy od dziedziny, dlatego samo słowo „polipeptyd” nie określa stałej długości, potwierdzonego pofałdowania ani funkcji biologicznej. Najlepiej traktować je jako opis chemicznej natury łańcucha, a pozostałe cechy określać na podstawie badań konkretnej cząsteczki. [2] [5]

6. Ile aminokwasów musi zawierać białko?

Nie istnieje jedna minimalna liczba reszt, która sprawdzałaby się we wszystkich przypadkach. Konwencje oparte na długości są przydatne w edukacji i klasyfikacji, ale istnieją uznane wyjątki. CLN025 zawiera na przykład dziesięć reszt, a mimo to badano go jako uporządkowane minibiałko o strukturze beta-hairpin. Nie oznacza to, że praktyczne rozróżnienie pomiędzy krótkimi peptydami a większymi białkami jest bezwartościowe. Pokazuje jedynie, że najlepiej podawać rzeczywistą liczbę reszt zamiast przedstawiać jeden próg jako uniwersalną zasadę nazewnictwa. [1]

7. Czy granica 50 aminokwasów jest ścisłą zasadą naukową?

Nie. Granica około 50 reszt jest praktyczną konwencją stosowaną w niektórych kontekstach, a nie uniwersalnym prawem chemicznym. Chemia wiązań peptydowych nie zmienia się nagle w chwili przejścia od 50 do 51 reszt. Badania opisujące krótkie łańcuchy jako minibiałka lub polipeptydy pokazują, że terminologia może zależeć również od struktury, kontekstu biologicznego i tradycji badawczej. Różne dziedziny mogą stosować odmienne definicje operacyjne, dlatego próg liczbowy powinien być przedstawiany jako konwencja, a nie bezwzględna zasada. [1] [5]

8. Czy krótki peptyd może tworzyć stabilną strukturę?

Tak. Niektóre krótkie peptydy mogą przyjmować uporządkowane struktury w odpowiednich warunkach. CLN025 badano jako dziesięcioresztową strukturę beta-hairpin, natomiast cykliczna kalata B1 wykazywała uporządkowaną architekturę pomimo obecności tylko 29 reszt. Wyniki te pokazują możliwości konkretnych sekwencji, a nie wszystkich krótkich peptydów. Fałdowanie zależy między innymi od sekwencji, ograniczeń molekularnych, rozpuszczalnika, temperatury, stężenia i modyfikacji. Stabilność strukturalną należy więc oceniać w odniesieniu do konkretnej cząsteczki i środowiska eksperymentalnego. [1] [2]

9. Czy wszystkie białka mają stały trójwymiarowy kształt?

Nie. Niektóre białka lub ich regiony są wewnętrznie nieuporządkowane i występują jako dynamiczne zespoły różnych konformacji zamiast jednej trwałej, zwartej struktury. Badania KISS1 potwierdziły właśnie taki stan. Nie oznacza to, że wszystkie białka są nieuporządkowane ani że nieuporządkowanie jest równoznaczne z uszkodzeniem. Struktura białek obejmuje spektrum od stabilnych domen pofałdowanych po elastyczne regiony i dynamiczne zespoły konformacyjne. Właściwy opis zależy od konkretnej cząsteczki i warunków eksperymentalnych. [3]

10. Czy dwa peptydy o tej samej długości mogą działać inaczej?

Tak. Taka sama liczba reszt nie oznacza takiej samej sekwencji, struktury, chemii ani aktywności biologicznej. Rodzaj łańcuchów bocznych i kolejność aminokwasów wpływają na oddziaływania molekularne. Badania systeminy wykazały, że różne fragmenty sekwencji odmiennie uczestniczyły w wiązaniu i aktywacji receptora. Nie jest to porównanie wszystkich możliwych peptydów o tej samej długości, ale pokazuje, dlaczego sama liczba reszt nie pozwala przewidywać funkcji. Porównując dwa peptydy, należy analizować ich sekwencję, strukturę oraz bezpośrednie dane eksperymentalne. [8]

11. Czy cięższa cząsteczka zawsze zawiera więcej aminokwasów?

Nie. Masa cząsteczkowa zależy od liczby i rodzaju reszt aminokwasowych oraz od obecności dodatkowych grup chemicznych. Dwa peptydy zawierające tę samą liczbę reszt mogą mieć różną masę, ponieważ poszczególne aminokwasy różnią się masą. Modyfikacje chemiczne mogą dodatkowo zwiększać masę bez zwiększania liczby reszt w szkielecie. Liczba reszt i masa cząsteczkowa opisują więc różne właściwości i żadna z nich sama nie wyznacza uniwersalnej granicy pomiędzy peptydem a białkiem.

12. Czy każde białko składa się tylko z jednego łańcucha?

Nie. Białka mogą zawierać jeden lub kilka powiązanych ze sobą łańcuchów polipeptydowych. Długość pojedynczego łańcucha i skład kompletnego białka są więc odrębnymi informacjami. Dobrym przykładem biologicznego przetwarzania jest insulina: jej dojrzała postać zawiera dwa łańcuchy połączone mostkami disiarczkowymi, powstające w wyniku przetwarzania proinsuliny i usunięcia peptydu C. Badania produktów konwersji rozróżniają te formy zamiast traktować prekursor i dojrzały hormon jako identyczne cząsteczki. Podając liczbę reszt, należy więc określić, czy dotyczy ona jednego łańcucha, wszystkich łańcuchów, prekursora czy dojrzałej postaci. [6] [7]

13. Czy peptydy i białka pełnią takie same funkcje?

Mogą uczestniczyć w podobnych obszarach biologii, ale poszczególne cząsteczki pełnią różne funkcje. W badaniach GLP-1 analizowano określony peptyd pod kątem aktywności inkretynowej u ludzi, natomiast badania glutationu dotyczyły syntezy tripeptydu uczestniczącego w biologii komórkowych procesów redoks. Nie oznacza to, że wszystkie peptydy wykazują którekolwiek z tych działań, podobnie jak wszystkie białka nie mają jednej wspólnej funkcji. Naukowo uzasadnione porównanie powinno dotyczyć konkretnych cząsteczek, ich sekwencji i eksperymentalnie potwierdzonych właściwości. [11] [12]

14. Czy fragment peptydu zachowuje funkcję cząsteczki macierzystej?

Niekoniecznie. Rozszczepienie może usunąć region odpowiedzialny za wiązanie, region potrzebny do aktywacji, odsłonić nowy fragment lub doprowadzić do powstania produktu o zupełnie innej funkcji biologicznej. W badaniu systeminy fragmenty nie odtwarzały po prostu pełnego połączenia właściwości związanych z wiązaniem i aktywacją receptora obserwowanych dla całej cząsteczki. Wynik zależy od konkretnej sekwencji i nie można go automatycznie przenosić na wszystkie produkty rozszczepienia. Fragment należy traktować jako odrębną formę molekularną wymagającą własnych danych dotyczących struktury i aktywności. [8]

15. Czy denaturacja zmienia białko w aminokwasy?

Nie. Denaturacja zaburza wyższe poziomy organizacji strukturalnej białka, ale z definicji nie wymaga rozerwania jego szkieletu peptydowego. Powstanie krótszych peptydów lub wolnych aminokwasów wymaga hydrolizy wiązań peptydowych, czyli innego procesu chemicznego. Samo nieuporządkowanie strukturalne również nie musi oznaczać degradacji, czego przykładem jest nienaruszone, wewnętrznie nieuporządkowane białko KISS1. W bardzo agresywnych warunkach denaturacja i degradacja chemiczna mogą zachodzić jednocześnie, ale nadal są to odrębne procesy: utrata pofałdowania nie jest tym samym co rozerwanie kowalencyjnego łańcucha. [3]

16. Czy syntetyczna cząsteczka nadal może być białkiem?

Tak. Synteza chemiczna nie wyklucza klasyfikacji cząsteczki jako białka. Badacze chemicznie zsyntetyzowali bydlęcy trzustkowy inhibitor trypsyny, a po odpowiednim utlenieniu i fałdowaniu uzyskali materiał odpowiadający naturalnemu białku w opisanych porównaniach analitycznych i funkcjonalnych, w tym pod względem aktywności hamującej. Wynik zależał od prawidłowego zbudowania sekwencji, fałdowania i charakterystyki i nie oznacza, że każdy syntetyczny polipeptyd automatycznie przyjmuje właściwą strukturę. O klasyfikacji decyduje tożsamość molekularna i kontekst, natomiast sposób produkcji jest odrębną cechą. [9]

17. Czy białka spożywcze, hydrolizaty białkowe i wolne aminokwasy są tym samym?

Nie. Białka spożywcze są większymi połączonymi cząsteczkami, hydrolizaty białkowe zawierają mieszaniny produktów rozszczepienia, natomiast wolne aminokwasy są pojedynczymi jednostkami molekularnymi. Ich skład i formy molekularne są więc różne. W badaniu z udziałem ludzi wykryto we krwi określone peptydy pochodzące z kolagenu po spożyciu hydrolizatów żelatyny, pokazując, że w procesie trawienia i wchłaniania mogą występować możliwe do zidentyfikowania fragmenty peptydowe. Badanie nie potwierdziło jednak uniwersalnego wchłaniania wszystkich peptydów w niezmienionej formie ani równoważnego działania wszystkich produktów białkowych. [13]

18. Czym różni się peptyd od polipeptydu?

Oba terminy opisują łańcuchy reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Określenie „peptyd” jest często stosowane wobec stosunkowo krótkich łańcuchów, natomiast „polipeptyd” podkreśla rozbudowany łańcuch aminokwasowy i bywa używane wobec dłuższych sekwencji. Nie istnieje jednak uniwersalny punkt liczbowy, po którego przekroczeniu jeden termin musi zostać zastąpiony drugim. Badania opisujące 29-resztową kalatę B1 jako polipeptyd oraz prace dotyczące 20–40-resztowych polipeptydów pokazują nakładanie się tej terminologii. Rzeczywista liczba reszt i architektura molekularna są więc bardziej informacyjne niż założenie sztywnej granicy. [2] [5]

19. Czy te same aminokwasy mogą tworzyć różne peptydy?

Tak. Ten sam zestaw rodzajów aminokwasów może prowadzić do powstania różnych peptydów, jeśli zmieni się ich kolejność. Przykładowo glicyloalanina i alanyloglicyna zawierają glicynę oraz alaninę, ale odwrócenie ich kolejności prowadzi do powstania innej sekwencji molekularnej. W dłuższych peptydach zmiana sekwencji może wpływać na rozmieszczenie ładunku, regionów hydrofobowych, powierzchni wiążących i tendencji strukturalnych. Dlatego tożsamość peptydu zależy nie tylko od tego, jakie aminokwasy zawiera, ale również od ich kolejności i sposobu połączenia.

20. Dlaczego sekwencja jest ważniejsza niż samo określenie „peptyd”?

Termin „peptyd” opisuje szeroką kategorię chemiczną, a nie jeden rodzaj aktywności biologicznej. Dwa peptydy mogą całkowicie różnić się sekwencją, długością, strukturą, lokalizacją, sposobem przetwarzania i celami molekularnymi. Badania systeminy pokazują eksperymentalnie, że nawet różne regiony jednej cząsteczki mogą odgrywać odmienne role w wiązaniu i aktywacji receptora. [8] Z tego powodu wyników dotyczących jednego peptydu nie można przenosić na inny tylko dlatego, że obie cząsteczki należą do tej samej kategorii. Do ustalenia funkcji biologicznej potrzebne są dane dotyczące konkretnej sekwencji i konkretnej cząsteczki.

Ograniczenia klasyfikacji peptydów i białek

Podczas stosowania określeń aminokwas, peptyd, polipeptyd i białko należy pamiętać o kilku ograniczeniach.

Po pierwsze, nie istnieje uniwersalna liczbowa granica między peptydem a białkiem. Próg taki jak 50 reszt może być przydatną konwencją, ale literatura naukowa zawiera wyraźne wyjątki. [1] [2] [5]

Po drugie, struktura również nie tworzy prostej granicy. Niektóre krótkie peptydy przyjmują uporządkowane struktury, podczas gdy niektóre uznane białka pozostają w znacznym stopniu wewnętrznie nieuporządkowane. [1] [2] [3]

Po trzecie, masa cząsteczkowa i liczba reszt są powiązanymi, ale odrębnymi parametrami. Modyfikacje, różne rodzaje reszt oraz obecność kilku łańcuchów mogą zmieniać masę bez prostego przełożenia na długość pojedynczego łańcucha.

Po czwarte, należy rozróżniać formy prekursorowe i dojrzałe. Biologiczne przetwarzanie może zmieniać długość łańcucha, sposób połączeń i tożsamość molekularną, czego przykładem jest przetwarzanie proinsuliny. [6] [7]

Po piąte, metoda produkcji nie określa klasyfikacji. Cząsteczki wytwarzane naturalnie i syntetyzowane chemicznie mogą mieć tę samą podstawową tożsamość molekularną, jeśli potwierdzono ich sekwencję, strukturę i inne istotne właściwości. [5] [9]

Po szóste, przynależność do kategorii nie pozwala przewidzieć działania biologicznego. Peptydy nie mają jednego wspólnego efektu fizjologicznego tylko dlatego, że są peptydami, podobnie jak wszystkie białka nie pełnią jednej funkcji. [8] [11] [12]

Wreszcie obserwacje strukturalne należy interpretować w warunkach, w których zostały uzyskane. Peptyd przyjmujący określoną konformację w jednym rozpuszczalniku lub środowisku eksperymentalnym może zachowywać się inaczej w innych warunkach. [10]

Ograniczenia te nie oznaczają, że terminologia jest bezużyteczna. Pokazują natomiast, dlaczego najlepiej stosować ją razem z dokładniejszym opisem właściwości molekularnych.

Samenvatting

Aminokwasy, peptydy, polipeptydy i białka należą do tej samej szerokiej hierarchii chemicznej, ale opisują różne poziomy organizacji molekularnej.

Aminozuren są pojedynczymi jednostkami budulcowymi.

Gdy reszty aminokwasowe zostają kowalencyjnie połączone wiązaniami peptydowymi, powstają peptydy i łańcuchy polipeptydowe.

Eiwitten składają się z jednego lub kilku takich łańcuchów rozpatrywanych w szerszym kontekście strukturalnym i biologicznym.

Przejście od aminokwasu do peptydu jest chemicznie wyraźne, ponieważ utworzenie wiązania peptydowego prowadzi do powstania nowej, połączonej cząsteczki.

Granica pomiędzy peptydem a białkiem jest znacznie mniej jednoznaczna.

Długość łańcucha dostarcza użytecznych informacji opisowych, ale nie istnieje jeden uniwersalny próg liczby reszt, który prawidłowo klasyfikowałby każdą cząsteczkę. Badania dziesięcioresztowego minibiałka CLN025, 29-resztowej cyklicznej kalaty B1 oraz wewnętrznie nieuporządkowanego białka KISS1 pokazują, dlaczego proste reguły wymagają dodatkowego kontekstu. [1] [2] [3]

Struktura również nie wyznacza uniwersalnej granicy. Krótkie peptydy mogą przyjmować uporządkowane konformacje, natomiast niektóre białka mogą zawierać znaczny stopień nieuporządkowania.

Podobnie masa cząsteczkowa, naturalne lub syntetyczne pochodzenie oraz funkcja biologiczna nie wystarczają samodzielnie do określenia, czy każdy łańcuch aminokwasowy należy nazwać peptydem czy białkiem.

Dlatego w komunikacji naukowej najbardziej informacyjne jest dokładne opisanie konkretnej cząsteczki:

jej sekwencji, liczby reszt, architektury, modyfikacji, eksperymentalnie obserwowanej struktury, stanu przetworzenia oraz potwierdzonych właściwości biologicznych.

Najważniejszą różnicę można podsumować następująco:

aminokwasy są jednostkami budulcowymi; wiązania peptydowe łączą te jednostki w peptydy i łańcuchy polipeptydowe; białka są natomiast biologicznymi cząsteczkami zbudowanymi z jednego lub kilku takich łańcuchów. Granica między peptydem a białkiem wynika jednak z konwencji naukowej i kontekstu molekularnego, a nie z jednej uniwersalnej liczby aminokwasów.

Disclaimer

Artykuł ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Wyjaśnia terminologię, budowę molekularną, klasyfikację peptydów i białek, biologiczne przetwarzanie cząsteczek oraz przykłady pochodzące z opublikowanych badań. Nie stanowi porady medycznej, żywieniowej, wskazówki dotyczącej leczenia, rekomendacji produktu ani porady dotyczącej stosowania peptydów, białek, produktów aminokwasowych, suplementów lub powiązanych substancji. Wyniki badań strukturalnych, biochemicznych, badań na zwierzętach i badań z udziałem ludzi należy interpretować w kontekście metod, warunków i ograniczeń poszczególnych prac.

Referenties

1. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). VCD spectroscopic properties of the beta-hairpin forming miniprotein CLN025 in various solvents. Biopolymers, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
2. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). 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). The metastasis suppressor KISS1 is an intrinsically disordered protein slightly more extended than a random coil. PLOS ONE, 12(2), Article e0172507. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
4. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptide bond distortions from planarity: New insights from quantum mechanical calculations and peptide/protein crystal structures. PLOS ONE, 6(9), Article e24533. 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., Welinder, B. S., & Nielsen, J. H. (1993). Analysis of proinsulin and its conversion products by reversed-phase high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography, 614(2), 185–204. https://doi.org/10.1016/0378-4347(93)80309-r
7. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). The insulin-secretory-granule carboxypeptidase H. Purification and demonstration of involvement in proinsulin processing. 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. The Plant Cell, 10(9), 1561–1570. https://doi.org/10.1105/tpc.10.9.1561
9. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Solid-phase synthesis of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and two analogues. A chemical approach for evaluating the role of disulfide bridges in protein folding and stability. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed record
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. Kreymann, B., Williams, G., Ghatei, M. A., & Bloom, S. R. (1987). Glucagon-like peptide-1 7-36: A physiological incretin in man. 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). Estimating glutathione synthesis with deuterated water: A model for peptide biosynthesis. 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). Identification of food-derived collagen peptides in human blood after oral ingestion of gelatin hydrolysates. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(16), 6531–6536. https://doi.org/10.1021/jf050206p