Peptiden: wat ze zijn, hoe ze werken en hoe ze worden geclassificeerd

Peptiden zijn moleculen die zijn opbouwden uit aminozuren die door peptidebindingen met elkaar zijn verbonden. Sommige zijn betrokken bij de communicatie tussen cellen, andere spelen een rol bij de verdediging tegen micro-organismen, en weer andere ontstaan tijdens de verwerking of afbraak van grotere eiwitten. Het woord „peptide” beschrijft een brede categorie moleculen — het betekent niet één specifieke stof met één bepaalde functie.

Wetenschappelijk onderzoek toont deze enorme verscheidenheid duidelijk aan. Wetenschappers analyseerden onder meer een van nature voorkomend menselijk darmhormoon, een cyclisch peptide dat uit een plant is geïsoleerd en kleine peptidefragmenten die in het bloed worden aangetroffen na de consumptie van eiwithydrolysaat. Om dergelijke moleculen goed te begrijpen, volstaat het dus niet te weten dat het „peptiden” zijn. Ook hun aminozuursequens, moleculaire structuur, oorsprong, chemische modificaties, biologische context en de experimentele methoden die zijn gebruikt om ze te onderzoeken, zijn van belang. [1] [2] [3]

Deze diversiteit verklaart ook waarom algemene uitspraken zoals „peptiden doen X” verwarrend kunnen zijn. Twee moleculen kunnen tot de peptiden behoren en toch aanzienlijk verschillen in lengte, vorm, stabiliteit, biologisch doel, locatie in de cel en functie. Resultaten met betrekking tot het ene peptide kunnen niet automatisch worden doorgetrokken naar een ander, alleen omdat beide tot dezelfde categorie moleculen behoren.

In dit artikel leggen we de basis van de peptidechemie uit, hun rol in biologische systemen en de verschillende manieren waarop ze kunnen worden geclassificeerd. We maken ook onderscheid tussen wat direct is gemeten in individuele onderzoeken en bredere conclusies waarvan de bevestiging aanvullend bewijs zou vereisen.

Wat zijn peptiden?

Peptiden zijn met elkaar verbonden aminozuren

aminozwurem aminozuurresidue.

Dit kan worden vergeleken met letters die een woord vormen. Losse letters zijn de bouwstenen, maar pas een bepaalde volgorde ervan vormt een specifiek woord. Op vergelijkbare wijze wordt een peptide bepaald door de volgorde van de aminozuurresiduen en de bindingen en modificaties die de volledige structuur vormen. Alleen de wetenschap welke aminozuren aanwezig zijn is niet voldoende om de identiteit van het molecuul vast te stellen.

Twee peptiden kunnen bijvoorbeeld dezelfde set aminozuren bevatten, maar deze in een andere volgorde hebben gerangschikt. Ze vormen dan verschillende moleculaire sequenties en kunnen verschillende fysische, chemische of biologische eigenschappen hebben.

De vorming van een peptidebinding is een chemisch proces dat experimenteel wordt onderzocht. Stachelhaus en medewerkers analyseerden hoe elementen van enzymen die deelnemen aan de niet-ribosomale peptidesynthese een product vormden dat uit twee residuen bestaat. Verandering van de voorgestelde katalytische plaats maakte de condensatiereactie in het onderzochte experimentele systeem onmogelijk. De studie toont aan dat de vorming van een peptide een specifiek chemisch mechanisme vereist — aminozuren vormen niet zomaar een gedefinieerd peptide omdat ze zich naast elkaar bevinden. [4]

Afspraak peptide het verwijst dus naar de gecombineerde chemische structuur. Het mag niet worden gebruikt als synoniem voor aminozuren, eiwitsupplementen of enig mengsel van stoffen dat aminozuren bevat.

Peptide, polypeptide en eiwit — gerelateerde begrippen

De term „peptide” wordt meestal gebruikt voor een relatief korte aminozuurketen. „Polypeptide” benadrukt de aanwezigheid van een keten die vele aminozuurresiduen bevat, terwijl „eiwit” doorgaans een biologisch molecuul betekent dat is opgebouwd uit één of meer polypeptideketens.

Deze concepten overlappen elkaar gedeeltelijk en er bestaat geen enkel algemeen aanvaard aantal aminozuurresiduen dat een absolute grens hiertussen vormt.

Dit blijkt uit de wetenschappelijke literatuur zelf. Saether en medewerkers beschreven kalate B1 als een „polypeptide” van 29 residuen, terwijl Mierke en medewerkers neuropeptide Y van de mens met 36 residuen bestudeerden. Het molecuul verandert zijn chemie niet volledig alleen omdat de ene auteur het een peptide noemt en de andere een polypeptide. [2] [5]

In sommige educatieve materialen worden benaderde numerieke waarden gebruikt om peptiden en eiwitten te scheiden. Dergelijke vereenvoudigingen kunnen nuttig zijn tijdens het leren, maar mogen niet worden beschouwd als een absolute chemische wet. De gebruikte terminologie wordt ook beïnvloed door de manier waarop het molecuul zich vouwt, de biologische verwerking, de functie en de historische naamgeving.

Daarom zijn in een nauwkeurige beschrijving de werkelijke sequenties en het aantal aminozuurresiduen vaak informatiever dan de categorienaam zelf. Het onderscheid tussen een peptide en een eiwit moet ook niet worden beschouwd als een hiërarchie van complexiteit, biologisch belang, potentie of onderzoekskwaliteit.

Een kort peptide kan een zeer specifieke biologische activiteit vertonen, terwijl een aanzienlijk groter eiwit een heel andere structurele of enzymatische functie kan vervullen. De lengte van het molecuul is slechts één van de kenmerken ervan.

Alleen de term „peptide” zegt niets over hoe het molecuul werkt

Niet alle peptiden zijn hormonen, antimicrobiële stoffen, signaalmoleculen of therapeutische stoffen, en ze vertonen ook niet op dezelfde manier biologische activiteit. Dit zijn extra eigenschappen die voor specifieke moleculen moeten worden aangetoond.

Zelfs binnen één onderzoeksgebied kunnen zeer vergelijkbare sequenties zich verschillend gedragen.

In experimenten waarin bijvoorbeeld de volledige systeminemolecuul, een plantaardig signaalpeptide, werd vergeleken met kortere fragmenten daarvan, werd vastgesteld dat de fragmenten de responsen van het volledige peptide niet nabootsten. Een van de fragmenten werkte in de onderzochte systemen zelfs tegengesteld. Dit is een directe herinnering dat resultaten met betrekking tot een volledig molecuul niet automatisch kunnen worden overgedragen op een fragment ervan alleen omdat het een vergelijkbare naam heeft. [6]

Hetzelfde principe geldt breder. De verandering van één aminozuurrest, het inkorten van de sequenties, de modificatie van een eindgroep, de cyclisatie van het molecuul of de introductie van een andere chemische modificatie kunnen het gedrag van het peptide veranderen.

Daarom is het vanuit wetenschappelijk oogpunt zelden zo dat de meest nuttige vraag simpelweg luidt:

„Wat doen peptiden?”

Veel preciezer is de vraag:

„Wat doet dit specifieke peptide met een bepaalde sequentie en structuur onder bepaalde experimentele omstandigheden?”

Dit onderscheid is van fundamenteel belang voor de juiste interpretatie van peptide-onderzoek.

Waar zijn peptiden van gemaakt?

Aminozuurresiduen en de peptide-ruggegraat

Peptiden bevatten een ruggengraat die is gevormd uit gekoppelde aminozuurresiduen. In een typische peptidebinding is het koolstofatoom van de carbonylgroep afkomstig van de carboxylgroep van het ene aminozuur verbonden met het stikstofatoom afkomstig van de aminogroep van het andere aminozuur.

Elk aminozuurresidu draagt eveneens een zijketen bij, in de chemische notatie vaak weergegeven als groep R, dat helpt bij het bepalen van de eigenschappen van het molecuul.

Zijketens zijn niet slechts vervangbare toevoegingen. Verschillen in elektrische lading, polariteit, grootte, hydrofobiciteit, aromatisch karakter en chemische reactiviteit beïnvloeden het gedrag van het peptide in oplossing en de interacties ervan met andere moleculen.

De opbouw van een peptide omvat dus zowel een herhalend ruggenmerg als chemisch gedifferentieerde groepen die daaraan zijn gehecht.

Sommige zijketens kunnen extra interacties vormen binnen dezelfde molecuul of met omliggende moleculen. Deze interacties kunnen van invloed zijn op de vouwing, oplosbaarheid, moleculaire herkenning, interactie met membranen en andere experimenteel meetbare eigenschappen.

In onderzoek naar LL-37, een menselijk afweerpeptide, werd de relatie geanalyseerd tussen de sequentie, vouwing, zelforganisatie en interactie met membranen. Vergelijking met een verwant rhesuspeptide toonde ander gedrag onder de onderzochte omstandigheden. De resultaten benadrukken het belang van moleculaire details in plaats van aan te nemen dat vergelijkbare peptiden identiek moeten functioneren. [7]

Peptiderichting: N-terminus en C-terminus

Een typisch lineair peptide heeft twee chemisch verschillende uiteinden.

Einde staat voor het aminouiteinde van de keten, terwijl C-einde — het carboxyiteinde.

Peptidenstromen worden conventioneel geschreven van het N-uiteinde naar het C-uiteinde. Deze richting is belangrijk omdat het omkeren van de volgorde van de residuen leidt tot een andere moleculaire sequentie.

Bijvoorbeeld, een hypothetisch peptide Ala-Gly-Ser is niet chemisch identiek aan Ser-Gly-Ala, ondanks dat beide alanine, glycine en serine bevatten.

Deze conventie stelt wetenschappers in staat om sequenties consistent te noteren en is met name van belang bij het vergelijken van peptiden, hun fragmenten, precursorsequenties en synthetische varianten.

De eindgroepen van een molecuul kunnen ook chemische modificaties ondergaan. Als dergelijke modificaties optreden, moeten deze in de beschrijving van het peptide worden opgenomen, aangezien de chemie van de uiteinden de eigenschappen van het molecuul kan beïnvloeden.

Volgorde en driedimensionale structuur

Volgorde bepaalt de volgorde van de aminozuurresiduen in een peptide. De driedimensionale structuur daarentegen beschrijft de manier waarop dit gekoppelde molecuul in de ruimte is gerangschikt. Dit zijn gerelateerde informatie, maar ze betekenen niet hetzelfde.

De sequentie geeft aan welke residuen met elkaar zijn verbonden en in welke volgorde. Structurele analyse kan bovendien vouwingen, bochten, helices, lussen, ringen, disulfidebruggen en andere ruimtelijke kenmerken onthullen.

Mierke en collega's voerden een chemische synthese uit van menselijk neuropeptide Y en analyseerden vervolgens de conformatie ervan met behulp van verschillende methoden, waaronder nucleaire magnetische resonantiespectroscopie. Structurele onderzoeken werden uitgevoerd in een specifiek oplosmiddelmengsel. De resultaten beschrijven het peptide daarom onder deze specifieke omstandigheden en mogen niet worden gepresenteerd als bewijs dat het molecuul exact dezelfde structuur aanneemt in elke biologische omgeving. [5]

De conformatie van een peptide kan onder meer afhangen van de samenstelling van het oplosmiddel, temperatuur, pH, ionische omgeving, concentratie, de aanwezigheid van andere moleculen en de membraanomgeving.

Een volledige wetenschappelijke beschrijving kan daarom het verstrekken van de sequentie, chemische modificaties, de experimentele omgeving en de toegepaste meetmethode vereisen.

Alleen de notatie van de aminozuursequentie bevat niet alle informatie die wordt verkregen uit structureel onderzoek.

Lineaire kettingen, ringen en extra verbindingen

Niet alle peptiden hebben een open ruggengraat. Sommige vormen een gesloten ring en andere bevatten extra verbindingen tussen de zijketens van aminozuren.

De term „lineair” verwijst naar een open verbindingsarchitectuur en betekent niet dat het molecuul in de ruimte fysiek recht hoeft te blijven. Een lineair peptide kan buigen, zich vouwen en geordende conformaties aannemen.

Cyclische peptiden bevatten een covalente gesloten structuur. De manier waarop de ring wordt gevormd kan per molecuul verschillen.

Peptiden kunnen ook bevatten disulfide-bindingen, dat wil zeggen covalente bindingen die meestal ontstaan tussen cysteïneresiduen. Dergelijke bindingen kunnen de mogelijke ruimtelijke rangschikkingen beperken en deelnemen aan de organisatie van de structuur.

Kalata B1 is een goed voorbeeld van een dergelijke architectuur. Wetenschappers isoleerden het uit de plant Oldenlandia affinis, ze 29 aminozuurresiduen bepaald, en door middel van onderzoek met enzymatische klyving bevestigden ze het cyclische karakter van het ruggenmerg. Ze analyseerden ook de driedimensionale organisatie en de disulfidebindingen. [2]

Deze resultaten beschrijven de structuur van dit specifieke peptide. Ze bewijzen niet dat cyclische peptiden over het algemeen actiever, stabieler, biologisch belangrijker of nuttiger zijn dan lineaire peptiden.

Peptiden kunnen worden gevormd uit grotere precursors

Een biologisch actieve peptide ontstaat niet altijd direct in zijn uiteindelijke vorm. De cel kan eerst een grotere precursormolecuul, die vervolgens verder wordt verwerkt, met inbegrip van splitsing en verwijdering van specifieke fragmenten.

Dit betekent dat er tijdens de vorming van het uiteindelijke peptide verschillende aan elkaar gerelateerde moleculaire vormen aanwezig kunnen zijn.

Proinsuline illustreert dit principe goed. Een overzicht van analytische methoden beschrijft de omzetting van proinsuline in insuline en C-peptide via tussenliggende vormen. Het legt ook uit waarom laboratoriummethoden onderscheid moeten maken tussen nauw verwante precursors en verwerkte moleculen, in plaats van deze als één parameter te behandelen. [8]

Eerste experimentele onderzoeken leveren een gedetailleerder voorbeeld. Davidson en Hutton isoleerden uit ratten-insulinomeweefsel een enzym dat in staat is om basische aminozuurresiduen te verwijderen uit substraten afgeleid van pro-insuline, wat leidt tot de vorming van insuline. In de gebruikte test veroorzaakte het enzym geen verdere afbraak van mature insuline. Dit resultaat ondersteunt het concept van selectieve verwerking, hoewel de weefselbron en het laboratoriumkarakter van het experiment de mogelijkheid van een breder interpretatie van een enkel onderzoek beperken. [9]

De verwerking van precursors laat een ander belangrijk principe zien: verwante moleculen die deelnemen aan één biologische route moeten niet automatisch als uitwisselbaar worden beschouwd. De precursor, de intermediaire vorm, het fragment dat ontstaat na splitsing en het uiteindelijke product kunnen een afwijkende structuur en biologische eigenschappen hebben.

Hoe ontstaan peptiden?

Peptiden kunnen ontstaan als gevolg van verschillende biologische en laboratoriumprocessen.

In veel biologische systemen worden precursormoleculen die peptidensequenties bevatten geproduceerd door ribosomale vertaling, waarbij de genetische informatie uiteindelijk de volgorde van de aminozuren in de zich vormende keten bepaalt. De gevormde precursor kan vervolgens worden onderworpen aan enzymatische splitsing en andere posttranslationele modificaties.

Andere peptiden ontstaan in het proces niet-ribosomale peptide synthese, waarin gespecialiseerde enzymsystemen componenten afkomstig van aminozuren verbinden zonder gebruik te maken van het ribosome op de traditionele manier. Het onderzoek van Stachelhaus en medewerkers vormt een experimenteel voorbeeld van de analyse van het mechanisme vanbindingsvorming in een dergelijk systeem. [4]

Peptiden kunnen in het laboratorium ook worden verkregen door chemische synthese. Dit stelt wetenschappers in staat om specifieke sequenties voor te bereiden voor structurele, biochemische, analytische en andere experimenten.

De bereidingswijze beschrijft het proces waarmee het molecuul wordt gevormd. Op zichzelf geeft deze echter geen uitsluitsel over de vraag of het peptide biologisch actief, klinisch bruikbaar, van natuurlijke oorsprong of geschikt voor een bepaalde toepassing is.

Welke rol spelen peptiden in het lichaam?

Er bestaat niet één enkele functie die gemeenschappelijk is voor alle peptiden.

De biologische rol van een specifiek peptide hangt af van de sequentie, structuur, concentratie, locatie, moleculaire doelwit, verwerkingswijze en de biologische omgeving.

Sommige peptiden geven signalen door tussen cellen

Sommige peptiden fungeren als biologische boodschappers. Hun werking hangt af van de cellen die het signaal ontvangen en de aanwezigheid van geschikte moleculaire systemen die erop kunnen reageren.

Het signaal is dus niet uitsluitend een eigenschap van het peptide zelf — ook de biologische context eromheen is van belang.

In een studie bij mensen analyseerden Kreymann en collega's GLP-1 7-36 amide, een uit het maag-darmkanaal afkomstig peptide. De onderzoekers detecteerden dit in darmweefsel, observeerden veranderingen in de concentratie ervan in het bloed na de inname van voedingsstoffen en analyseerden insulinegerelateerde reacties tijdens gecontroleerde infusie-experimenten. Deze waarnemingen hielpen bij het vaststellen van de fysiologische signaalfunctie van dit specifieke peptide. Ze betekenen echter niet dat peptiden als een hele groep de bloedglucosespiegel reguleren. [1]

Dit onderscheid is belangrijk. Bewijs dat de hormonale functie van één peptide bevestigt, kan niet worden gegeneraliseerd naar alle moleculen die peptidebindingen bevatten.

Sommige peptiden nemen deel aan de verdediging van het organisme

Peptiden kunnen ook wisselwerkingen aangaan met micro-organismen of biologische membranen.

LL-37 is een voorbeeld van een peptide dat wordt onderzocht in de context van menselijke afweermechanismen. In experimenten zijn onder meer de zelforganisatie en interacties met verschillende membraanmilieus geanalyseerd.

Het onderzoek van Xhindoli en collega's legde een verband tussen het structurele gedrag van het peptide en verschillen in membraaninteractie en de permeabiliteit van bacteriële membranen. Dit is mechanistisch bewijs: het helpt te begrijpen hoe het molecuul zich gedraagt in experimentele systemen. Op zichzelf is dit echter geen klinisch onderzoek dat de werking aantoont van een product dat LL-37 bevat bij mensen. [7]

Defensieve peptiden illustreren goed waarom de moleculaire context ertoe doet. Activiteit die in het laboratorium wordt waargenomen tegen een micro-organisme of modelmembraan is niet automatisch gelijk aan werkzaamheid, veiligheid of klinische bruikbaarheid bij de mens.

Sommige peptiden vervullen intracellulaire biochemische functies

Niet elk peptide werkt als een signaal dat van de ene cel naar de andere wordt overgedragen.

Glutathion is een intracellulair tripeptide dat betrokken is bij redoxreacties, oftewel biochemische processen die verband houden met de overdracht van elektronen.

Cabral en collega's onderzochten de glutathionsynthese bij konijnen met behulp van gelabeld water en massaspectrometrie. Hun werk was gericht op het meten van de wijze waarop dit molecuul wordt aangemaakt en vernieuwd. Het toont een peptide aan dat betrokken is bij het intracellulaire metabolisme, en geen hormoon dat signalen doorgeeft tussen organen. Dit was een methodologisch onderzoek bij dieren, en geen bewijs met betrekking tot de effecten van het innemen van een product dat glutathion bevat. [10]

Glutathion laat ook zien dat de lengte van een peptide de biologische betekenis ervan niet bepaalt. Het bestaat uit slechts drie aminozuurresiduen en is toch betrokken bij fundamentele chemische processen die in cellen plaatsvinden.

Sommige peptiden zijn verwerkings- of afbraakproducten

Alleen de detectie van een peptide in een biologisch monster verklaart niet automatisch waarom het zich daar bevindt.

Hij kan een signaalfunctie vervullen, een tussenproduct zijn van een verwerkingsproces of ontstaan door de afbraak van een groter molecuul.

Proinsulineonderzoeken maken onderscheid tussen precursor moleculen, tussenproducten en eindproducten. Voedselonderzoeken daarentegen hebben de aanwezigheid van peptidefragmenten in het bloed aangetoond na consumptie van gelatinehydrolysaten. Dit zijn zeer verschillende biologische contexten, ook al gaan beide over peptiden. [8] [3]

Het gedetecteerde fragment moet daarom worden geïnterpreteerd in relatie tot de bron, structuur, concentratie, timing en onderzoeksvraag.

De detectie van een molecuul is bewijs van zijn aanwezigheid. Het is niet automatisch bewijs van zijn biologische functie.

Dit onderscheiding is met name belangrijk bij het interpreteren van analytische onderzoeken die peptiden identificeren in bloed, weefsels, voedselmonsters en andere complexe biologische materialen.

Wat tonen deze onderzoeken aan — en wat bewijzen ze niet?

Verschillende soorten onderzoek beantwoorden verschillende wetenschappelijke vragen.

Structurele methoden kunnen de structuur van een molecuul karakteriseren. Biochemische experimenten maken het mogelijk om moleculaire reacties en interacties te analyseren. Dierproeven maken het mogelijk om biologische processen in het hele organisme te observeren. Fysiologisch onderzoek bij mensen kan specifieke reacties bij deelnemers meten.

Soorten van dit bewijs kunnen elkaar aanvullen, maar zijn niet uitwisselbaar.

De belangrijkste regel is dat de kracht en het belang van bewijs hangen af van de vraag die we proberen te beantwoorden.

Het massaspectrometrieresultaat dat een peptide identificeert beantwoordt een andere vraag dan het cel-experiment dat receptoractiviteit aantoont. Beide beantwoorden op hun beurt weer een andere vraag dan een gecontroleerd menselijk onderzoek dat een fysiologisch of klinisch effect meet.

Hoe worden peptiden geclassificeerd?

Peptiden kunnen op meerdere manieren tegelijk worden geclassificeerd. Er bestaat geen enkel classificatiesysteem dat al hun belangrijke kenmerken omvat.

Classificatie op basis van het aantal aminozuurresiduen

Namen op basis van lengte bepalen het aantal aminozuurresiduen in het peptide.

Dipeptide bevat twee residuen, tripeptide drie, tetrapeptide vier, a pentapeptide vijf.

Termen zoals oligopeptide i polypeptide beschrijven grotere groepen naar grootte, maar hun grenzen kunnen per bron verschillen.

Deze namen laten niet toe de functie van het molecuul te voorspellen.

Tripeptide kan deelnemen aan het intracellulaire metabole proces, terwijl een langer peptide kan fungeren als signaalmolecuul of een compacte cyclische structuur kan aannemen. Glutathion, neuropeptide Y en kalata B1 tonen verschillende combinaties van lengte en biologische context. [10] [5] [2]

De lengte beantwoordt dus de vraag:

„Hoeveel aminozuurresiduen bevat het molecuul?”

Het beantwoordt daarentegen niet zelfstandig de vraag:

„Hoe werkt dit molecuul?”

Classificatie naar structuur

Structurele beschrijvingen omvatten onder meer openketenpeptiden, cyclische peptiden en structuren met disulfidebindingen.

Wetenschappers kunnen ook specifieke vouwingspatronen, dwarsverbindingen of chemische modificaties beschrijven als deze met analytische methoden zijn bevestigd.

Structuur en lengte beantwoorden verschillende vragen. Kalata B1 kan zowel worden beschreven als een molecuul dat 29 residuen bevat, als als een peptide met een cyclisch ruggenmerg. Geen van beide beschrijvingen vervangt de andere. Evenzo brengt de peptidesequentie op zich niet alle relevante informatie over zijn driedimensionale organisatie over. [2]

Classificatie naar biologische rol

Functionele categorieën omvatten onder andere peptidehormonen, neuropeptiden, peptiden die betrokken zijn bij de afweer van het organisme en peptiden die deelnemen aan intracellulaire biochemische processen.

Deze categorieën kunnen elkaar gedeeltelijk overlappen en het toekennen eraan moet gebaseerd zijn op bewijs met betrekking tot het specifieke molecuul.

De aangehaalde onderzoeken leveren verschillende voorbeelden: GLP-1 vervult een bevestigde hormonale functie in de menselijke fysiologie, LL-37 wordt onderzocht in de context van de afweer van het organisme, terwijl glutathion deelneemt aan intracellulaire redoxprocessen. „Peptide” is een brede chemische omschrijving, terwijl de functionele naam een specifieke biologische rol beschrijft. [1] [7] [10]

Functionele klassificatie zou daarom moeten voortkomen uit bewijs, en niet uitsluitend worden afgeleid op basis van de lengte van de sequentie of de term „peptide” zelf.

Classificatie naar herkomst en productiewijze

Peptiden kunnen ook worden beschreven op basis van hun oorsprong of bereidingswijze.

Termen als „van menselijke oorsprong” of „van plantaardige oorsprong” verwijzen naar de biologische bron. „Chemisch gesynthetiseerd” beschrijft daarentegen de productiemethode.

Dit zijn geen elkaar uitsluitende eigenschappen. In een laboratorium kan een peptide worden gesynthetiseerd met een sequentie die van nature in het organisme voorkomt.

De synthese van menselijk neuropeptide Y door Mierke en medewerkers illustreert dit verschil goed. De sequentiestructuur was afkomstig uit de menselijke biologie, terwijl het experimentele materiaal chemisch werd verkregen. Dit betekent niet dat elk synthetisch preparaat in elk belangrijk opzicht identiek is — daarom pasten de onderzoekers analytische methoden toe om het verkregen materiaal te karakteriseren. [5]

Een ander onderscheid betreft de biologische ontstaanswijze. Veel peptideketens ontstaan via ribosomale synthese en kunnen vervolgens verder worden verwerkt. Andere peptiden worden buiten het ribosoom samengesteld door gespecialiseerde enzymsystemen. Stachelhaus en medewerkers hebben de vorming van peptidebindingen door componenten van een dergelijk niet-ribosomaal systeem direct onderzocht. Dit onderscheid beschrijft de biosynthese en niet een hiërarchie van biologische waarde. [8] [4]

Eén enkel peptide kan dus tegelijkertijd meerdere correcte benamingen hebben.

Bijvoorbeeld kan dezelfde molecuul worden beschreven aan de hand van het aantal residuen, de cyclische architectuur, de biologische oorsprong en de experimenteel bevestigde functie.

Classificatie is het nuttigst wanneer de auteur duidelijk aangeeft welke eigenschap van het molecuul wordt beschreven.

Wat betekenen de termen „bio peptide” en „bioactive peptide”?

De term „bio peptide” is geen voldoende nauwkeurige wetenschappelijke term om op basis daarvan een specifiek molecuul, een specifieke sequens of een bevestigde activiteit te identificeren.

Als een dergelijke term op een etiket, in een productbeschrijving of in een internetzoekopdracht verschijnt, moet er in de eerste plaats worden vastgesteld op welke substantiële stof deze daadwerkelijk betrekking heeft.

De term „bioactive peptide”, oftewel bioactief peptide, betekent meestal dat onder bepaalde omstandigheden enige biologische activiteit is waargenomen.

Het belangrijkste is dan om vast te stellen:

• welke molecuul werd onderzocht;
• wat was de sequentie en structuur ervan;
• welke experimentele opstelling is gebruikt;
• welke concentratie of blootstelling werd onderzocht;
• welk effect is gemeten;
• kwam de waarneming uit een biochemisch, cellulair, dierlijk of menselijk onderzoek.

De remming van de signaaltransductie bij planten, de interactie met het bacterieel membraan en de invloed op de hormonale respons van de mens zijn verschillende soorten biologische activiteit. Ze kunnen niet worden gereduceerd tot één algemene eigenschap die wordt omschreven als „werking”. [6] [7] [1]

Waarom bepaalt de classificatie de klinische status niet?

Een structurele of functionele categorie is geen categorie van medische goedkeuring.

Het bestempelen van een molecuul als natuurlijk, synthetisch, cyclisch, hormonaal of bioactief betekent niet dat het beschikt over het bewijs dat vereist is voor medisch gebruik.

Het overzicht van Lau en Dunn over de ontwikkeling van therapeutische peptiden laat zien hoe individuele moleculen door verschillende stadia van onderzoek en ontwikkeling gaan. Deze publicatie heeft het karakter van een historisch overzicht en is geen actueel register van goedgekeurde producten. In deze context toont het echter een belangrijk principe: de chemie van een peptide en de status ervan in de klinische ontwikkeling zijn twee verschillende zaken. [11]

Een molecuul kan dus wetenschappelijk interessant, biologisch actief of breed onderzocht zijn, zonder tegelijkertijd een goedgekeurd geneesmiddel te zijn.

Waar komen peptiden voor?

In het menselijk lichaam

Peptiden komen voor in verschillende weefsels en biologische vloeistoffen van de mens.

Hun locatie hangt af van het specifieke molecuul en het geanalyseerde proces. GLP-1-onderzoeken hebben de relatie met het maagdarmkanaal aangetoond en veranderingen in de bloedconcentratie, terwijl pro-insuline-onderzoeken betrekking hebben op de vorming en verwerking ervan in de alvleesklier. Dit zijn concrete voorbeelden en geen bewijs dat elk peptide in alle delen van het lichaam voorkomt. [1] [8]

Het is ook de moeite waard om onderscheid te maken tussen drie vragen:

• Waar wordt het peptide geproduceerd?
• Waar kan het worden gedetecteerd?
• Waar oefent het zijn biologische werking uit?

Deze plaatsen hoeven niet dezelfde te zijn.

Een peptide dat in het ene weefsel wordt geproduceerd, kan in de bloedsomloop terechtkomen en in een ander weefsel een effect hebben. Andere peptiden zijn daarentegen vooral betrokken bij lokale of intracellulaire processen.

Alleen de detectie van het peptide in het bloed bepaalt dus de concentratie of biologische activiteit ervan in andere weefsels niet.

In planten en microbiële systemen

Peptidenbiologie gaat ver buiten het menselijk organisme.

Plantenonderzoek omvatte onder meer systemine-gerelateerde signalering en de structuur van kalatase B1. Het onderzoek naar niet-ribosomale enzymsystemen betrof daarentegen een andere manier van het samenstellen van peptide-moleculen. [6] [2] [4]

Deze voorbeelden laten zien hoe een brede betekenis het woord „peptide” heeft.

Een plantenpeptide wordt niet automatisch een humaan hormoon, en het experiment met betrekking tot de enzymatische assemblage van het molecuul is geen klinische studie. De biologische bron en het experimentele model blijven essentiële onderdelen van de beschrijving.

Interspecifieke vergelijkingen kunnen waardevolle wetenschappelijke informatie opleveren, maar de resultaten moeten altijd worden gekoppeld aan het organisme en het experimentele systeem waarin ze zijn verkregen.

In eiwitfragmenten afkomstig uit voeding

Eiwitten in de voeding kunnen tijdens de spijsvertering kleinere peptidefragmenten vormen.

Men moet echter onderscheid maken tussen intact eiwit, eiwithydrolysaat en een enkel gezuiverd peptide — dit zijn verschillende materialen.

Eiwit hydrolysaat bevat producten die zijn ontstaan door de afbraak van grotere eiwitten tot kleinere componenten. Afhankelijk van de bereidingswijze kunnen deze peptiden van verschillende lengte en vrije aminozuren bevatten.

Iwai en collega's onderzochten gelatinehydrolysaten en identificeerden na inname verschillende van collageen afkomstige peptiden in menselijk bloed. De resultaten tonen aan dat het onder bepaalde onderzoeksomstandigheden mogelijk was om specifieke fragmenten te detecteren. Ze bewijzen echter niet dat alle uit voeding afkomstige peptiden het spijsverteringsproces in ongewijzigde vorm doorstaan, noch dat de detectie ervan op zich een fysiologisch voordeel impliceert. [3]

Een nauwkeurige beschrijving moet daarom het uitgangsmateriaal aangeven en — indien bekend — de specifieke gedetecteerde fragmenten.

De beweringen „bevat eiwit”, „bevat peptiden” en „bevat dit specifieke, geïdentificeerde peptide” communiceren verschillende informatieniveaus.

In materialen die worden gebruikt in laboratoriumonderzoek

Peptiden kunnen worden gesynthetiseerd zodat wetenschappers een bekende sequentie kunnen onderzoeken, varianten kunnen vergelijken, de moleculaire structuur, het analytisch gedrag of specifieke biochemische hypothesen kunnen analyseren.

In het onderzoek naar neuropeptide Y werd chemische synthese gecombineerd met chromatografie, massaspectrometrie, sequentie-analyse en structurele methoden. Dit toont aan dat Het produceren van een peptide en het bevestigen van de eigenschappen ervan zijn gerelateerde, maar afzonderlijke taken.. [5]

Chemische synthese levert het materiaal dat een bepaalde moleculaire structuur moet vertegenwoordigen. Analytische karakterisering helpt vast te stellen of het verkregen materiaal daadwerkelijk de verwachte kenmerken bezit.

Hetzelfde principe geldt bij het interpreteren van een wetenschappelijke publicatie: de identiteit van het onderzochte materiaal is van belang.

Alleen de gemeenschappelijke naam van een peptide is niet voldoende om te veronderstellen dat elk preparaat een identieke sequentie, zuiverheid, chemische vorm of analytische kenmerken heeft, of dat het onder gelijkwaardige omstandigheden is onderzocht.

Waarom zijn de sequentie, structuur en experimentele context van belang?

Peptidenonderzoek wordt een stuk eenvoudiger te interpreteren wanneer we drie fundamentele vragen van elkaar scheiden:

Welke molecuul werd onderzocht?

Dit omvat de sequentie, het aantal residuen, chemische modificaties en structurele kenmerken.

Waar en op welke manier is haar onderzocht?

Er moet worden vastgesteld of het experiment betrekking had op gezuiverde moleculen, celweefselkwecarrières, celkweken, geïsoleerde weefsels, dieren of mensen.

Welk resultaat is daadwerkelijk gemeten?

Wykrycie cząsteczki, wiązanie z receptorem, interakcja z błoną, ekspresja genów, odpowiedź fizjologiczna i wynik kliniczny są różnymi punktami końcowymi.

Problemy interpretacyjne często pojawiają się wtedy, gdy dowody z jednego poziomu wykorzystuje się do uzasadnienia twierdzenia dotyczącego innego poziomu.

Bijvoorbeeld:

peptyd wykryto we krwi → dlatego przynosi korzyści kliniczne

nie jest automatycznie prawidłowym wnioskiem.

Vergelijkbaar:

peptyd wpływa na komórki w hodowli → dlatego wywołuje taki sam efekt u człowieka

wymaga dodatkowych dowodów.

Oddzielenie tożsamości cząsteczki, modelu eksperymentalnego i rzeczywiście zmierzonego wyniku stanowi praktyczny sposób czytania badań nad peptydami bez wyciągania wniosków wykraczających poza dostępne dane.

Veelgestelde vragen

1. Czy peptydy występują naturalnie w organizmie?

Tak, wiele peptydów naturalnie występuje w organizmie człowieka. W badaniach z udziałem ludzi wykryto GLP-1 w tkance jelitowej i obserwowano zmiany jego stężenia we krwi po przyjęciu składników odżywczych, natomiast badania proinsuliny dotyczą przetwarzania naturalnie powstających cząsteczek prekursorowych. Wyniki te potwierdzają istnienie endogennych peptydów, ale nie oznaczają, że każda substancja określana jako peptyd naturalnie występuje u ludzi. Niektóre sekwencje występują w innych organizmach, część powstaje z większych cząsteczek, a inne mogą być tworzone lub modyfikowane eksperymentalnie. Naturalne występowanie należy więc ustalać dla konkretnej cząsteczki, a nie wnioskować o nim wyłącznie na podstawie słowa „peptyd”. [1] [8]

2. Ile aminokwasów tworzy peptyd?

Peptyd zawiera co najmniej dwie połączone reszty aminokwasowe, ale nie istnieje powszechnie stosowana maksymalna liczba jednoznacznie oddzielająca peptydy od białek. W badaniach naukowych często podaje się dokładną długość: kalata B1 ma 29 reszt, a neuropeptyd Y — 36, mimo częściowo nakładającego się użycia terminów peptyd i polipeptyd. Przybliżone granice liczbowe mogą być przydatne w edukacji, ale nie powinny być traktowane jako bezwzględne prawa chemiczne. Długość pomaga identyfikować cząsteczkę, ale nie tworzy uniwersalnej granicy biologicznej ani nie przewiduje funkcji. Dlatego podanie rzeczywistej liczby reszt jest bardziej precyzyjne niż stosowanie sztywnego progu. [2] [5]

3. Czy peptydy są tym samym co aminokwasy?

Nie. Peptydy są połączonymi cząsteczkami zbudowanymi z reszt aminokwasowych, natomiast wolne aminokwasy stanowią oddzielne jednostki molekularne. Badania nad nierybosomalną syntezą peptydów analizowały konkretne mechanizmy reakcji potrzebne do utworzenia produktu zawierającego wiązanie peptydowe. Rozróżnienie to jest ważne, ponieważ samo zmieszanie aminokwasów nie prowadzi automatycznie do powstania określonej sekwencji. Po włączeniu aminokwasów do peptydu ich kolejność i połączenia chemiczne stają się częścią tożsamości cząsteczki. Peptyd należy więc identyfikować na podstawie jego połączonej struktury, a nie tylko obecności poszczególnych aminokwasów. [4]

4. Czym jest wiązanie peptydowe?

Wiązanie peptydowe jest kowalencyjnym połączeniem pomiędzy grupami pochodzącymi od aminokwasów i stanowi część szkieletu peptydu. Z chemicznego punktu widzenia zazwyczaj łączy atom węgla grupy karbonylowej jednego aminokwasu z atomem azotu pochodzącym od drugiego. Stachelhaus i współpracownicy analizowali rolę domeny enzymatycznej w tworzeniu takiego wiązania w systemie nierybosomalnym, między innymi poprzez modyfikację, która uniemożliwiła badaną reakcję. Wyniki te dotyczą konkretnego mechanizmu składania peptydu, a nie wszystkich sposobów jego powstawania. Ogólna zasada jest taka, że wiązania peptydowe łączą reszty w określony łańcuch, ale same nie określają funkcji biologicznej tego łańcucha. [4]

5. Czym jest polipeptyd?

Polipeptyd jest łańcuchem zawierającym wiele reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Termin częściowo pokrywa się z określeniami „peptyd” i „białko”, zamiast oznaczać całkowicie odrębną klasę chemiczną. Na przykład w publikacji dotyczącej struktury kalaty B1 określenia „polipeptyd” użyto wobec cząsteczki zawierającej 29 reszt. Pokazuje to, dlaczego sama nazwa nie jest precyzyjną miarą wielkości. Poszczególne dziedziny nauki i publikacje mogą nieco inaczej używać określeń peptyd i polipeptyd. Sekwencja, liczba reszt, struktura i kontekst biologiczny zapewniają więc dokładniejszy opis badanej cząsteczki. [2]

6. Czym różnią się peptydy od białek?

Peptydy i białka mają wspólną chemię opartą na aminokwasach, natomiast określenie „białko” zazwyczaj odnosi się do bardziej rozbudowanych biologicznych cząsteczek utworzonych z jednego lub większej liczby łańcuchów polipeptydowych. Terminologia częściowo się pokrywa, a większy prekursor może zostać przetworzony w mniejsze produkty, czego przykładem jest konwersja proinsuliny. Wielkość jest częścią tego rozróżnienia, ale nie należy traktować jej jako uniwersalnej granicy. Białka często tworzą złożone struktury wyższego rzędu, chociaż peptydy również mogą przyjmować określone konformacje trójwymiarowe. Najbardziej użyteczne wyjaśnienie powinno więc wskazywać konkretną cząsteczkę, liczbę jej reszt, strukturę oraz miejsce w procesie biologicznym, zamiast opierać się wyłącznie na progu liczbowym. [8]

7. Czy peptydy zawierające te same aminokwasy mogą działać inaczej?

Tak. Zachowanie cząsteczki zależy nie tylko od tego, jakie aminokwasy zawiera, ale również od ich kolejności, połączeń chemicznych, modyfikacji i trójwymiarowego ułożenia. Badania strukturalne neuropeptydu Y oraz eksperymenty z fragmentami systeminy pokazują, dlaczego sekwencja i organizacja cząsteczki wymagają osobnej analizy. Nawet peptydy zawierające identyczny skład aminokwasowy mogą być różnymi cząsteczkami, jeśli reszty występują w innej kolejności. Badania te nie pozwalają przewidzieć zachowania każdej możliwej sekwencji, dlatego dwóch peptydów nie należy uznawać za równoważne tylko dlatego, że ich skład aminokwasowy wygląda podobnie. [5] [6]

8. Czy dłuższy peptyd działa silniej?

Nie istnieje ogólna zasada mówiąca, że dłuższy peptyd wywołuje silniejszy efekt biologiczny. Znaczenie mają między innymi sekwencja, struktura, cel molekularny, stężenie, stabilność i warunki eksperymentalne. Badania fragmentów systeminy wykazały, że zmiana cząsteczki wpływała na jej aktywność, ale nie potwierdziły uniwersalnej zależności między długością a siłą działania biologicznego. Krótki peptyd może pełnić ważną i bardzo specyficzną funkcję biochemiczną, czego przykładem jest glutation, podczas gdy znacznie dłuższe peptydy mogą pełnić zupełnie inne role. Długość jest więc parametrem opisującym cząsteczkę. Porównanie efektów biologicznych wymaga bezpośrednich badań konkretnych peptydów przy zastosowaniu tego samego, jasno zdefiniowanego punktu końcowego. [6] [10]

9. Co oznacza „peptyd bioaktywny”?

Peptyd bioaktywny to peptyd, dla którego wykazano określony efekt biologiczny w konkretnym układzie eksperymentalnym. Efekt może obejmować odpowiedź komórkową, interakcję z receptorem, oddziaływanie z błoną, reakcję biochemiczną lub zmianę parametru fizjologicznego. W badaniach LL-37 analizowano na przykład konkretne właściwości strukturalne i oddziaływania z błonami. Wyniki takie nie potwierdzają automatycznie działania klinicznego ani nie muszą odnosić się do każdego materiału wykorzystującego tę samą nazwę. „Bioaktywny” nie powinno więc być rozumiane jako ogólne stwierdzenie, że peptyd przynosi korzyści zdrowotne. Termin nabiera znaczenia naukowego dopiero wtedy, gdy określono cząsteczkę, układ eksperymentalny, mierzoną aktywność i rodzaj dowodów. [7]

10. Czy wszystkie peptydy są hormonami?

Nie. Hormon jest kategorią funkcjonalną obejmującą niektóre peptydy, a nie wszystkie. GLP-1 jest przykładem peptydu badanego jako ludzki hormon jelitowy, natomiast glutation jest wewnątrzkomórkowym tripeptydem analizowanym w kontekście procesów redoks i jego syntezy. Jeszcze inną kategorię stanowią peptydy związane z obroną organizmu. Przykłady te pokazują bardzo różne role w obrębie tej samej szerokiej klasy chemicznej. Nazwanie cząsteczki peptydem informuje o jej strukturze opartej na aminokwasach. Określenie jej jako hormonu wymaga dodatkowych dowodów potwierdzających rolę sygnałową w określonym układzie biologicznym. [1] [10]

11. Czym jest prekursor peptydu?

Prekursor peptydu jest cząsteczką, z której w wyniku biologicznego przetwarzania może powstać produkt peptydowy. Dobrze poznanym przykładem jest proinsulina, w której przypadku rozróżnia się produkty pośrednie konwersji, insulinę i peptyd C. Badania analityczne podkreślają konieczność oddzielnego mierzenia tych powiązanych form. Przetwarzanie może obejmować selektywne rozszczepianie enzymatyczne i inne zmiany molekularne zachodzące przed powstaniem dojrzałego produktu. Prekursorowi nie należy więc automatycznie przypisywać wszystkich właściwości jego produktu końcowego — jego tożsamość, etap przetwarzania, stężenie, lokalizacja i zmierzona aktywność biologiczna wymagają oddzielnej oceny. [8] [9]

12. Czym różnią się peptydy liniowe od cyklicznych?

Peptydy liniowe mają otwarty szkielet, natomiast peptydy cykliczne zawierają kowalencyjnie zamknięty pierścień utworzony przez szkielet lub połączenia łańcuchów bocznych. Określenie „liniowy” odnosi się do sposobu połączenia atomów, a nie oznacza, że cząsteczka musi pozostawać fizycznie prosta. Kalata B1 jest udokumentowanym przykładem peptydu cyklicznego o zamkniętym szkielecie i dodatkowych połączeniach disiarczkowych. Jej analiza strukturalna pokazuje organizację tej konkretnej cząsteczki, ale nie dowodzi, że wszystkie peptydy cykliczne zachowują się podobnie. Rozróżnienie opisuje przede wszystkim architekturę molekularną. Wpływ takiej struktury na stabilność, interakcje, aktywność biologiczną lub inne właściwości wymaga danych dotyczących konkretnego peptydu. [2]

13. Czy modyfikacje chemiczne mogą zmieniać właściwości peptydu?

Tak. Zmiany reszt aminokwasowych, grup końcowych, innych modyfikacji chemicznych lub sposobu połączenia cząsteczki mogą wpływać na fizyczne i biologiczne właściwości peptydu. Literatura dotycząca rozwoju peptydów omawia wykorzystanie różnych struktur i strategii chemii medycznej, natomiast badania strukturalne pokazują znaczenie dokładnego scharakteryzowania materiału eksperymentalnego. Modyfikacje mogą potencjalnie wpływać między innymi na ładunek, konformację, interakcje z innymi cząsteczkami oraz podatność na przemiany chemiczne i enzymatyczne. Sama modyfikacja nie gwarantuje jednak pożądanego ani przewidywalnego efektu. Zmienioną cząsteczkę należy oceniać osobno, zamiast zakładać, że wszystkie wyniki dotyczące pierwotnego peptydu nadal pozostają aktualne. [11] [5]

14. Czy naturalnie występujący peptyd można również otrzymać syntetycznie?

Tak. Naukowcy mogą chemicznie zsyntetyzować sekwencję, która występuje również naturalnie. Mierke i współpracownicy zrobili to w przypadku ludzkiego neuropeptydu Y, a następnie wykorzystali kilka metod analitycznych do scharakteryzowania otrzymanego materiału. Pokazuje to, że naturalne występowanie i sposób produkcji opisują dwa różne aspekty peptydu. „Naturalny” może odnosić się do miejsca występowania sekwencji w biologii, natomiast „syntetyczny” opisuje sposób przygotowania konkretnej próbki. Nie oznacza to, że każdy materiał występujący pod tą samą nazwą jest równoważny — podczas porównywania materiałów badawczych nadal znaczenie mają sekwencja, modyfikacje, postać chemiczna, skład, czystość i charakterystyka analityczna. [5]

15. Czy peptydy występują poza organizmem człowieka?

Tak. Peptydy występują w wielu układach biologicznych, w tym w roślinach i mikroorganizmach. Badania obejmowały między innymi roślinną systeminę, cykliczną kalatę B1 wyizolowaną z Oldenlandia affinis oraz mechanizmy nierybosomalnego składania peptydów. Przykłady te pokazują różnorodność pochodzenia, struktur i kontekstów biologicznych. Nie oznaczają jednak, że peptyd pochodzący z innego organizmu pełni taką samą funkcję u człowieka. Informacje dotyczące źródła biologicznego należy więc oddzielać od twierdzeń dotyczących działania u ludzi. Badania międzygatunkowe mogą dostarczać istotnych informacji mechanistycznych, ale przenoszenie wyników między organizmami wymaga dodatkowych dowodów. [6] [2] [4]

16. Czy wszystkie peptydy obecne w żywności przedostają się do krwi w niezmienionej postaci?

Nie. Dowody wskazujące, że określone fragmenty pochodzące z żywności pojawiają się we krwi, nie oznaczają, że wszystkie peptydy spożywcze są wchłaniane w niezmienionej postaci. Białka pokarmowe mogą podczas trawienia ulegać znacznemu rozkładowi, tworząc mieszaniny peptydów i aminokwasów. Iwai i współpracownicy zidentyfikowali konkretne fragmenty pochodzące z kolagenu po spożyciu przez uczestników hydrolizatów żelatyny. Eksperyment dotyczył określonego materiału i zmierzonych fragmentów, a nie wszystkich produktów zawierających białko. Samo wykrycie tych fragmentów również nie potwierdzało korzyści zdrowotnej. Wnioski dotyczące wchłaniania peptydów z żywności powinny więc pozostawać związane z konkretnym materiałem wyjściowym, analizowanymi cząsteczkami, zastosowanymi metodami i warunkami eksperymentalnymi. [3]

17. Jakich dowodów potrzeba, aby ustalić działanie peptydu?

Rodzaj dowodów powinien odpowiadać twierdzeniu, które chcemy zweryfikować. Analiza strukturalna pozwala określić cechy cząsteczki, eksperymenty biochemiczne mogą badać mechanizmy, badania komórkowe mierzą określone reakcje komórek, eksperymenty na zwierzętach pozwalają obserwować procesy w całym organizmie, a badania z udziałem ludzi mogą oceniać wyniki fizjologiczne lub kliniczne. Badania kalaty B1, systeminy i GLP-1 pokazują różne rodzaje pytań naukowych. Żaden pojedynczy typ badania nie odpowiada na wszystkie z nich, a samo wykrycie cząsteczki nie jest tym samym co wykazanie efektu. Podobnie efekt obserwowany w komórkach lub u zwierząt nie oznacza automatycznie takiego samego wyniku u człowieka. Rzetelny opis powinien więc określać, jaką cząsteczkę badano, jaki model eksperymentalny zastosowano, co rzeczywiście zmierzono oraz co nadal pozostaje niepewne. [2] [6] [1]

18. Czy sekwencja aminokwasowa określa tożsamość peptydu?

Sekwencja aminokwasowa jest podstawową częścią tożsamości peptydu, ponieważ określa kolejność reszt w łańcuchu. Sama sekwencja może jednak nie opisywać wszystkich istotnych właściwości cząsteczki. Dodatkowych informacji mogą dostarczać modyfikacje końców, cyklizacja, mostki disiarczkowe, inne modyfikacje chemiczne i organizacja trójwymiarowa. Badania strukturalne kalaty B1 i neuropeptydu Y pokazują, dlaczego zarówno sekwencja, jak i bardziej zaawansowana charakterystyka molekularna mogą mieć znaczenie. Dlatego dwóch materiałów występujących pod tą samą ogólną nazwą peptydu nie należy automatycznie uznawać za analitycznie identyczne bez dokładniejszej charakterystyki. [2] [5]

19. Czy peptydy syntetyczne różnią się od naturalnie występujących?

Określenia „syntetyczny” i „naturalnie występujący” opisują przede wszystkim pochodzenie lub sposób wytworzenia, a nie automatycznie inną sekwencję aminokwasową. Sekwencję występującą w organizmie można również przygotować chemicznie, czego przykładem jest synteza ludzkiego neuropeptydu Y. Ocena, czy dwa preparaty są równoważne pod względem molekularnym, wymaga uwzględnienia ich sekwencji, modyfikacji chemicznych, struktury, składu i charakterystyki analitycznej. Słowa „syntetyczny” nie należy więc automatycznie interpretować jako oznaczającego biologicznie inny, gorszy, lepszy, bezpieczniejszy lub bardziej aktywny. Są to odrębne pytania wymagające osobnych dowodów. [5]

20. Czy wykrycie peptydu we krwi dowodzi jego działania biologicznego?

Nie. Wykrycie oznacza, że zastosowana metoda analityczna zidentyfikowała peptyd lub materiał z nim związany w badanej próbce i w określonych warunkach. Wykazanie aktywności biologicznej wymaga dodatkowych dowodów. Iwai i współpracownicy wykryli fragmenty peptydowe pochodzące z kolagenu we krwi ludzi po spożyciu hydrolizatu żelatyny, ale samo ich wykrycie nie potwierdzało korzyści zdrowotnej. Z kolei badania GLP-1 łączyły pomiary peptydu z eksperymentami fizjologicznymi dotyczącymi określonych odpowiedzi organizmu. Przykłady te pokazują różnicę pomiędzy potwierdzeniem obecności cząsteczki a wykazaniem jej funkcji biologicznej. [3] [1]

Ograniczenia w interpretacji ogólnych badań nad peptydami

Pierwszym ważnym ograniczeniem jest to, że peptydy stanowią ogromną i bardzo zróżnicowaną kategorię cząsteczek. Wyników dotyczących jednego peptydu nie należy automatycznie uogólniać na inny peptyd o odmiennej sekwencji, strukturze lub kontekście biologicznym.

Drugim ograniczeniem jest terminologia. Określenia takie jak peptyd, polipeptyd, oligopeptyd, białko czy peptyd bioaktywny mogą być nieco inaczej stosowane w różnych dziedzinach nauki. Rzeczywista sekwencja i informacje strukturalne są często bardziej precyzyjne niż sama nazwa kategorii.

Po trzecie, znaczenie ma kontekst eksperymentalny. Peptyd może zachowywać się inaczej w zależności od rozpuszczalnika, pH, temperatury, stężenia, obecności innych cząsteczek, środowiska komórkowego lub organizmu. Obserwacji strukturalnych uzyskanych w określonych warunkach nie należy więc automatycznie przedstawiać jako uniwersalnego zachowania cząsteczki.

Po czwarte, dowody biologiczne istnieją na wielu poziomach. Identyfikacja chemiczna, interakcja z receptorem, aktywność komórkowa, efekty u zwierząt, odpowiedzi fizjologiczne u ludzi i wyniki kliniczne stanowią różne rodzaje dowodów.

Po piąte, naturalne występowanie nie oznacza przydatności terapeutycznej, a synteza chemiczna nie określa statusu klinicznego. Pochodzenie, sposób produkcji, aktywność biologiczna i dowody medyczne są odrębnymi cechami.

Wreszcie nie należy mylić wykrycia cząsteczki z wykazaniem jej funkcji. Zidentyfikowanie peptydu we krwi, tkance, materiale pochodzącym z żywności lub innej próbce potwierdza jego obecność w warunkach zastosowanej analizy. Ustalenie, jaką funkcję biologiczną — jeśli w ogóle — pełni wykryta cząsteczka, wymaga dodatkowych dowodów.

Samenvatting

Peptydy są cząsteczkami zbudowanymi z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi, ale ta prosta definicja obejmuje niezwykle szeroki zakres struktur i kontekstów biologicznych.

Mogą składać się z zaledwie kilku reszt lub tworzyć znacznie dłuższe łańcuchy. Mogą być liniowe, cykliczne, dodatkowo usieciowane, naturalnie wytwarzane, przetwarzane enzymatycznie, składane nierybosomalnie lub otrzymywane poprzez syntezę chemiczną. Niektóre pełnią funkcję sygnałów biologicznych, inne uczestniczą w obronie organizmu, część bierze udział w wewnątrzkomórkowych procesach biochemicznych, a jeszcze inne pojawiają się jako produkty pośrednie lub fragmenty podczas przetwarzania i rozpadu większych cząsteczek.

Z tego powodu określenie peptide należy traktować jako nazwę szerokiej kategorii molekularnej, a nie jako przewidywanie funkcji.

Aby właściwie zrozumieć konkretny peptyd, należy odpowiedzieć na kilka oddzielnych pytań:

• Jaka jest jego sekwencja aminokwasowa?
• Ile zawiera reszt?
• Jaka jest jego architektura molekularna?
• Czy zawiera dodatkowe modyfikacje chemiczne?
• Skąd pochodzi?
• W jaki sposób jest wytwarzany lub przetwarzany?
• W jakim modelu został przebadany?
• Jaką funkcję biologiczną rzeczywiście wykazano?
• Jaki rodzaj dowodów potwierdza ten wniosek?

Badania omówione w tym artykule pokazują, dlaczego takie rozróżnienia mają znaczenie. GLP-1 jest przykładem sygnalizacji peptydowej u człowieka; kalata B1 pokazuje cykliczną architekturę molekularną; neuropeptyd Y ilustruje syntezę chemiczną i charakterystykę strukturalną; LL-37 jest przykładem badań nad mechanizmami obronnymi; glutation reprezentuje wewnątrzkomórkową chemię peptydową; proinsulina pokazuje przetwarzanie prekursorów; natomiast fragmenty kolagenu pochodzące z żywności przypominają, dlaczego samo wykrycie peptydu nie oznacza automatycznie korzyści biologicznej. [1–10]

Najbardziej użytecznym sposobem rozumienia peptydów nie jest więc pytanie, co „peptydy” robią jako cała grupa. Lepiej najpierw zidentyfikować konkretną cząsteczkę, a następnie przeanalizować dowody dotyczące jej sekwencji, struktury, pochodzenia, roli biologicznej oraz kontekstu eksperymentalnego.

Disclaimer

Artykuł ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Wyjaśnia chemię peptydów, sposoby ich klasyfikacji, role biologiczne oraz przykłady pochodzące z opublikowanych badań. Nie stanowi porady medycznej, wskazówki diagnostycznej, zalecenia dotyczącego leczenia, informacji o dawkowaniu, porady dotyczącej wyboru produktu ani rekomendacji stosowania jakiegokolwiek peptydu lub produktu zawierającego peptydy. Aktywności biologicznej obserwowanej w badaniach biochemicznych, komórkowych, roślinnych, zwierzęcych lub innych modelach eksperymentalnych nie należy automatycznie interpretować jako dowodu bezpieczeństwa, skuteczności lub korzyści klinicznej u ludzi. Dowody dotyczące każdego konkretnego peptydu powinny być oceniane z uwzględnieniem badanej cząsteczki, modelu eksperymentalnego, mierzonego wyniku oraz jakości dostępnych badań.

Referenties

[1] 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.

[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] 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.

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

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

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

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

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

[9] 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.

[10] 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.

[11] Lau, J. L., & Dunn, M. K. (2018). Therapeutic peptides: Historical perspectives, current development trends, and future directions. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 26(10), 2700–2707. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.06.052.