Peptidi: kaj so, kako delujejo in kako se razvrščajo

Peptidi so molekule, sestavljene iz aminokislin, povezanih s peptidnimi vezi. Nekateri sodelujejo pri komunikaciji med celicami, drugi sodelujejo v obrambi pred mikroorganizmi, spet drugi pa nastajajo med predelavo ali razpadom večjih beljakovin. Beseda „peptid” opisuje široko kategorijo molekul – ne označuje ene določene snovi z eno določeno funkcijo.

Znanstvene raziskave dobro prikazujejo to ogromno raznolikost. Znanstveniki so med drugim analizirali naravni človeški črevesni hormon, ciklični peptid, izoliran iz rastline, in majhne peptidne fragmente, odkrite v krvi po zaužitju beljakovinskega hidrolizata. Za pravilno razumevanje takih molekul torej ni dovolj le vedeti, da so „peptidi”. Pomembni so tudi njihovo zaporedje aminokislin, molekularna struktura, izvor, kemijske modifikacije, biološki kontekst in eksperimentalne metode, uporabljene za njihovo preučevanje. [1] [2] [3]

Ta raznolikost pojasnjuje tudi, zakaj so splošne izjave, kot je „peptidi delajo X”, lahko zavajajoče. Dve molekuli lahko sodita med peptide, hkrati pa se bistveno razlikujeta po dolžini, obliki, stabilnosti, biološkem cilju, lokaciji v celici in funkciji. Rezultatov, ki veljajo za en peptid, ni mogoče samodejno prenesti na drugega samo zato, ker sta oba v isti kategoriji molekul.

V tem članku pojasnjujemo osnove kemije peptidov, njihovo vlogo v bioloških sistemih in različne načine njihove klasifikacije. Prav tako ločujemo med tem, kar je bilo neposredno izmerjeno v posameznih študijah, ter širšimi zaključki, za katere bi bila potrebna dodatna dokazila.

Kaj so peptidi?

Peptidi so med seboj povezane aminokisline

resnico aminokislinskim ostankom.

To je mogoče primerjati s črkami, ki sestavljajo besedo. Posamezne črke so sestavni deli, vendar šele njihovo določeno zaporedje tvori določeno besedo. Podobno je peptid opredeljen z zaporedjem svojih aminokislinskih ostankov ter vezmi in modifikacijami, ki sestavljajo njegovo celotno strukturo. Sama vednost o tem, katere aminokisline so prisotne, ne zadostuje za določitev identitete molekule.

Dva peptida lahko na primer vsebujeta enak nabor aminokislin, vendar sta ti razporejeni v drugačnem vrstnem redu. V tem primeru predstavljata različni molekulski zaporedji in imata lahko različne fizikalne, kemijske ali biološke lastnosti.

Nastanek peptidne vezi je kemijski proces, ki se preučuje eksperimentalno. Stachelhaus in sodelavci so analizirali, kako elementi encimov, ki sodelujejo pri neriebosomski sintezi peptidov, tvorijo produkt, sestavljen iz dveh ostankov. Sprememba predlaganega katalitskega mesta je onemogočila reakcijo kondenzacije v preučevanem eksperimentalnem sistemu. Študija pokazujeta, da tvorba peptida zahteva določen kemijski mehanizem – aminokisline ne tvorijo določenega peptida zgolj zato, ker se nahajajo druga ob drugi. [4]

Termin peptid se torej nanaša na povezano kemijsko strukturo. Ne sme se uporabljati kot sinonim za aminokisline, beljakovinska prehranska dopolnila ali katero koli mešanico snovi, ki vsebujejo aminokisline.

Peptid, polipeptid in beljakovina – povezani pojmi

Izraz „peptid” se običajno uporablja za relativno kratko verigo aminokislin. „Polipeptid” poudarja prisotnost verige, ki vsebuje veliko aminokislinskih ostankov, medtem ko „protein” or protein pomeni biološko molekulo, zgrajeno iz ene ali več polipeptidnih verig.

Ti pojizmi se delno prekrivajo in ne obstaja ena sploh veljavna števila aminokislinskih ostankov, ki bi predstavljala absolutno mejo med njimi.

To kaže sama strokovna literatura. Saether in sodelavci so kalato B1 opisali kot 29-ostatkovni „polipeptid”, medtem ko so Mierke in sodelavci preučevali 36-ostatkovni človeški nevropeptid Y. Molekula ne spremeni popolnoma svoje kemije samo zato, jo en avtor opredeli kot peptid, drugi pa kot polipeptid. [2] [5]

V nekaterih izobraževalnih gradivih se uporabljajo približne številske vrednosti, ki ločujejo peptide od beljakovin. Takšne poenostavitve so lahko koristne pri učenju, vendar jih ni treba obravnavati kot brezpogojnega kemijskega zakona. Na uporabljeno terminologijo vplivajo tudi način zvijanja molekule, njena biološka obdelava, funkcija in zgodovinsko poimenovanje.

Zato sta v nativnem opisu dejansko zaporedje in število aminokislinskih ostankov pogosto bolj informativna kot samo ime kategorije. Ločevanja med peptidom in beljakovino prav tako ne smemo obravnavati kot hierarhije zapletenosti, biološkega pomena, jakosti delovanja ali kakovosti raziskav.

Kratek peptid lahko izkazuje zelo specifično biološko aktivnost, medtem ko ima lahko precej večja beljakovina povsem drugo strukturno ali encimsko funkcijo. Dolžina molekule je le ena izmed njenih lastnosti.

Samo ime „peptid” ne pove, kako deluje molekula

Vsi peptidi niso hormoni, protimikrobne snovi, signalne molekule, terapevtske snovi niti ne izkazujejo biološke aktivnosti na enak način. To so dodatne lastnosti, ki jih je treba dokazati za posamezne molekule.

Tudi znotraj enega samega raziskovalnega področja se lahko zelo podobna zaporedja obnašajo različno.

Na primer, v poskusih, ki so primerjali celotno molekulo sistemina, rastlinskega signalnega peptida, z njegovimi krajšimi fragmenti, so ugotovili, da fragmenti niso ponovili odzivov, opazovanih pri celotnem peptidu. Eden od fragmentov je v preučevanih sistemih deloval celo nasprotno od njega. To je neposreden opomnik, da rezultatov, ki se nanašajo na celotno molekulo, ni mogoče samodejno prenesti na njen fragment samo zato, ker ima podobno ime. [6]

Ta isto načelo velja širše. Sprememba enega amino kislinskega ostanka, skrajšanje zaporedja, modifikacija končne skupine, ciklizacija molekule ali uvedba druge kemijske modifikacije lahko spremenijo obnašanje peptida.

Zato iz znanstvenega vidika najbolj uporabno vprašanje redko se glasi preprosto:

„Kaj delajo peptidi?”

Precej bolj natančno je vprašanje:

„Kaj počne ta konkretni peptid z določeno sekvenco in strukturo v danih eksperimentalnih pogojih?”

To razlikovanje je temeljnega pomena za pravilno interpretacijo raziskav peptidov.

Iz česa so zgrajeni peptidi?

Aminokislinski ostanki in peptidna hrbtenica

Peptidi vsebujejo ogrodje, ki je sestavljeno iz povezanih aminokislinskih ostankov. V tipični peptidni vezi je ogljikov atom karbonilne skupine, ki izhaja iz karboksilne skupine ene aminokisline, povezan z dušikovim atomom, ki izhaja iz aminokisline druge aminokisline.

Vsak aminokislinski ostatek prispeva tudi stransko verigo, ki je v kemičnem zapisu pogosto prikazana kot skupina R, ki pomaga določiti lastnosti molekule.

Stranske verige niso le zamenljivi dodatki. Razlike v električnem naboju, polarnosti, velikosti, hidrofobnosti, aromatskem značaju in kemijski reaktivnosti vplivajo na vedenje peptida v raztopini ter njegove interakcije z drugimi molekulami.

Gradnja peptida tako vključuje tako ponavljajoče se ogrodje kot nanj pritrjene kemično raznolike skupine.

Nekatere stranske verige lahko tvorijo dodatne interakcije znotraj iste molekule ali z okoliškimi molekulami. Te interakcije lahko vplivajo na zvijanje, topnost, molekularno prepoznavanje, interakcijo z membranami in druge eksperimentalno merljive lastnosti.

V raziskavah LL-37, človeškega obrambnega peptida, so analizirali razmerje med njegovo zaporedjem, zvijanjem, samoorganizacijo in interakcijo z membranami. Primerjava s sorodnim rhesus peptidom je pokazala drugačno obnašanje v preučevanih pogojih. Rezultati poudarjajo pomen podrobnosti v zgradbi molekule, namesto da bi domnevali, da morajo podobni peptidi delovati enako. [7]

Smer peptida: N-konec in C-konec

Tipičen linearni peptid ima dva kemično različna konca.

N-konec označuje aminokonec verige, medtem ko C-konec — njegov karboksilni konec.

Peptidne zaporedje se po dogovoru zapisuje od N-konca proti C-koncu. Ta smer je pomembna, saj obrat vrstnega reda ostankov vodi do nastanka drugačnega molekulskega zaporedja.

Na primer, hipotetični peptid Ala-Gly-Ser ni kemično identičen s Ser-Gly-Ala, čeprav oba vsebujeta alanin, glicin in serin.

Ta konvencija omogoča znanstvenikom dosledno zapisovanje zaporedij in je zlasti pomembna pri primerjavi peptidov, njihovih fragmentov, predhodnih zaporedij in sintetičnih različic.

Zaključne skupine molekule so lahko prav tako podvržene kemijskim spremembam. Če do takih sprememb pride, jih je treba vključiti v opis peptida, ker lahko kemija njegovih koncev vpliva na lastnosti molekule.

Zaporedje in tridimenzionalna struktura

Zaporedje določa zaporedje aminokislinskih ostankov v peptidu. Tridimenzionalna struktura pa opisuje način prostorske razporeditve te povezane molekule. To so povezani podatki, ki pa ne pomenijo istega.

Zaporedje obvešča, katere ostanki so med seboj povezani in v kakšnem vrstnem redu. Strukturna analiza lahko dodatno razkrije gubanje, zavoje, helikse, zanke, obroče, disulfidne mostičke in druge prostorske značilnosti.

Mierke in sodelavci so izvedli kemično sintezo človeškega nevropeptida Y in nato analizirali njegovo konformacijo z več metodami, vključno z nuklearno magnetno resonančno spektroskopijo. Strukturne raziskave so potekale v določeni mešanici topil. Rezultati zato opisujejo peptid v teh specifičnih pogojih in jih ne bi smeli predstavljati kot dokaz, da molekula zavzame popolnoma enako strukturo v vsakem biološkem okolju. [5]

Konformacija peptida lahko med drugim je odvisna od sestave topila, temperature, pH, ionskega okolja, koncentracije, prisotnosti drugih molekul ter membranskega okolja.

Popoln opis lahko zato zahteva navedbo zaporedja, kemijskih modifikacij, eksperimentalnega okolja in uporabljene merilne metode.

Samo zaporedje aminokislin ne vsebuje vseh informacij, pridobljenih s strukturnimi raziskavami.

Linearne verige, obroči in dodatne povezave

Vsi peptidi nimajo odprte hrbtenice. Nekateri tvorijo sklenjen obroč, drugi pa vsebujejo dodatne povezave med stranskimi verigami aminokislin.

Izraz „linearni” označuje odprto arhitekturo povezav in ne pomeni, da mora biti molekula v prostoru dejansko ravna. Linearni peptid se lahko upogiba, zvija in zavzema urejene konformacije.

Ciklični peptidi vsebujejo kovalentno sklenjeno strukturo. Način nastanka obroča se lahko pri posameznih molekulah razlikuje.

Peptidi lahko vsebujejo tudi disulfidne vezi, se pravi kovalentne vezi, ki nastanejo običajno med ostanki cisteina. Takšne vezi lahko omejujejo možne prostorske razporeditve in sodelujejo pri organizaciji strukture.

Kalata B1 je dober primer takšne arhitekture. Znanstveniki so jo izločili iz rastline Oldenlandia affinis, določili so njenih 29 aminokislinskih ostankov in z raziskavami z uporabo encimske cepitve potrdili celično naravo ogrodja. Analizirali so tudi njeno tridimenzionalno organizacijo in disulfidne vezi. [2]

Ti rezultati opisujejo zgradbo tega konkretnega peptida. Ne dokazujejo, da so ciklični peptidi na splošno bolj aktivni, stabilni, biološko pomembnejši ali uporabnejši od linearnih peptidov.

Peptidi lahko nastanejo iz večjih predhodnikov

Biološko aktiven peptid ne nastane vedno takoj v svoji končni obliki. Celica lahko najprej proizvede večjo prekursorsko molekulo, ki se nato nadalje obdeluje, vključno z razcepljanjem in odstranjevanjem določenih delov.

To pomeni, da se lahko med nastajanjem končnega peptida pojavlja več med seboj povezanih molekularnih oblik.

Proinzulin dobro ponazarja to načelo. Pregled analitskih metod opisuje pretvorbo proinzulina v inzulin in peptid C prek vmesnih oblik. Prav tako pojasnjuje, zakaj morajo laboratorijske metode razlikovati med tesno sorodnimi prekurzorji in predelanimi molekulami, namesto da bi jih obravnavale kot en sam parameter. [8]

Primarne eksperimentalne raziskave nudijo podrobnejši primer. Davidson in Hutton sta iz tkanka podatkovnega tumorja inzulunoma podgan izolatila encim, ki je sposoben odstranjevati bazične aminokislinske ostatke iz substratov, izvirajočih iz proinzulina, kar vodi do nastanka inzulina. V uporabljenem testu encim ni povzročal nadaljnjega razpada zrelega inzulina. Rezultat podpira koncept selektivne obdelave, čeprav vir tkiva in laboratorijska narava eksperimenta omejujeta možnost širše interpretacije posamezne raziskave. [9]

Obdelava prekurzorjev prikazuje še eno pomembno načelo: sorodnih molekul, ki sodelujejo v eni sami biološki poti, ne bi smeli samodejno obravnavati kot medsebojno zamenljivih. Prekurzor, vmesna oblika, fragment, nastao z razcepom, in zreli produkt imajo lahko različne strukture in biološke lastnosti.

Kako nastajajo peptidi?

Peptidi lahko nastanejo v rezultatu več različnih bioloških in laboratorijskih procesov.

V mnogih bioloških sistemih prekurzorske molekule, ki vsebujejo peptidne zaporedje, nastanejo z ribosomsko prevajanje, med katerimi genetska informacija dokončno določa zaporedje aminokislin v nastajajoči vergi. Nastali prekurzor je lahko nato podvržen encimskemu razcepu in drugim posttranslacijskim modifikacijam.

Drugi peptidi nastanejo v procesu neriibosomske sinteze peptidov, v katerem specializirani encimski sistemi brez tradicionalne uporabe ribosomov povezujejo sestavine, ki izvirajo iz aminokislin. Raziskave Stachelhausa in sodelavcev predstavljajo eksperimentalni primer analize mehanizma tvorjenja vezi v takem sistemu. [4]

Peptide je mogoče v laboratoriju pridobiti tudi s kemično sintezo. To znanstvenikom omogoča pripravo določenih zaporedij za strukturne, biokemične, analitske in druge poskuse.

Postopek pridobivanja opisuje pot nastajanja molekule. Vendar pa sam po sebi ne določa, ali je peptid biološko aktiven, klinično uporabak, naravno prisoten ali primeren za določeno uporabo.

Kakšno vlogo imajo peptidi v organizmu?

Ni ene same funkcije, ki bi bila skupna vsem peptiddom.

Biološka vloga določenega peptida je odvisna od njegove zaporedja, strukture, koncentracije, lokacije, molekularne tarče, načina obdelave in okoliškega biološkega okolja.

Nekateri peptidi prenašajo signale med celicami

Nekateri peptidi delujejo kot biološki prenašalci. Njihovo delovanje je odvisno od celic, ki sprejemajo signal, ter prisotnosti ustreznih molekularnih sistemov, sposobnih nanj odgovoriti.

Zato signal ni izključno lastnost samega peptida – pomemben je tudi biološki kontekst, ki ga obdaja.

V raziskavi na ljudeh so Kreymann in sodelavci analizirali GLP-1 7-36 amid, peptid, ki izhaja iz prebavil. Raziskovalci so ga zaznali v črevesnem tkivu, opazovali spremembe njegove koncentracije v krvi po zaužitju hranil in analizirali odzive, povezane z inzulinom, med nadzorovanimi poskusi z infuzijo. Ta opazovanja so pomagala določiti fiziološko signalno vlogo tega specifičnega peptida. Vendar pa to ne pomeni, da peptidi kot celotna skupina uravnavajo koncentracijo glukoze v krvi. [1]

To razlikovanje je pomembno. Dokazi, ki potrjujejo hormonsko funkcijo enega peptida, se ne smejo posploševati na vse molekule, ki vsebujejo peptidne vezi.

Nekateri peptidi sodelujejo pri obrambi organizma

Peptidi lahko medsebojno delujejo tudi z mikroorganizmi ali biološkimi membranami.

LL-37 je primer peptida, ki se preučuje v kontekstu človeških obrambnih mehanizmov. V poskusih so med drugim analizirali njegovo samoorganizacijo in interakcije z različnimi membranskimi okolji.

Raziskave, ki so jih izvedli Xhindoli in sodelavci, so strukturno vedenje peptida povezale z razlikami v medsebojnem delovanju z membranami in prepustnostjo bakterijskih membran. To je mehanistični dokaz — pomaga razumeti obnašanje molekule v eksperimentalnih sistemih. Vendar pa sam po sebi ni klinična študija, ki bi dokazovala učinek izdelka, ki vsebuje LL-37, pri ljudeh. [7]

Peptidi, povezani z obrambo organizma, dobro prikazujejo, zakaj je molekularni kontekst pomemben. Aktivnost, opažena proti mikroorganizmu ali modelni membrani v laboratorijskih pogojih, ni avtomatsko enakovredna učinkovitosti, varnosti ali klinični uporabnosti pri človeku.

Nekateri peptidi opravljajo znotrajcelične biokemične funkcije

Vsak peptid ne deluje kot signal, ki se prenaša iz ene celice v drugo.

Glutation je znotrajcelični tripeptid, ki sodeluje v redoks reakcijah, se pravi v biokemičnih procesih, povezanih s prenosom elektronov.

Cabral in sodelavci so preučevali sintezo glutationa pri kuncih z uporabo označene vode in masne spektrometrije. Njihovo delo se je osredotočilo na merjenje načina nastajanja in obnavljanja te molekule. Prikazuje peptid, ki sodeluje v zeliščni presnovi, in ne hormona, ki prenaša signale med organi. To je bila metodološka študija na živalih in ne dokaz o učinkih uživanja izdelka, ki vsebuje glutation. [10]

Glutation prav tako pokazuje, zakaj dolžina peptida ne določa njegovega biološkega pomena. Sestavljen je iz samo treh aminokislinskih ostankov, kljub temu pa sodeluje v osnovnih kemijskih procesih, ki potekajo v celicah.

Nekateri peptidi so produkti predelave ali razpada

Samo odkritje peptida v biološkem vzorcu še ne pojasni samodejno, zakaj je tam.

Lahko deluje kot signalna molekula, je vmesni produkt procesa obdelave ali pa nastane kot posledica razpada večje molekule.

Testi proinsulina razlikujejo med prekurzorskimi molekulami, vmesnimi produkti in končnimi produkti. Po drugi strani so raziskave hrane pokazale prisotnost peptidnih fragmentov v krvi po zaužitju želatinskih hidrolizatov. To sta zelo različna biološka konteksta, čeprav se oba nanašata na peptide. [8] [3]

Zaznačeni fragment je zato treba tolmačiti glede na njegov vir, strukturo, koncentracijo, čas pojava in raziskovalno vprašanje.

Zaznaka molekule je dokaz njene prisotnosti. Ni pa nujno tudi dokaz njene biološke funkcije.

To razlikovanje je še posebej pomembno pri interpretaciji analitskih raziskav, ki identificirajo peptide v krvi, tkivih, vzorcih, pridobljenih iz hrane, in drugih kompleksnih bioloških materialih.

Kaj te raziskave pokazujeta – in česa ne dokazujeta?

Različne vrste raziskav odgovarjajo na različna znanstvena vprašanja.

Strukturne metode lahko značilno opredelijo zgradbo molekule. Biokemijski poskusi omogočajo analizo reakcij in molekularnih interakcij. Poskusi na živalih omogočajo opazovanje bioloških procesov v celotnem organizmu. Fiziološke raziskave na ljudeh lahko merijo določene odzive pri udeležencih.

Vrste teh dokazov se lahko med seboj dopolnjujejo, niso pa medsebojno zamenljive.

Najpomembnejše pravilo je, da moč in pomen dokazov sta odvisna od vprašanja, na katero poskušamo odgovoriti.

Rezultat spektrometrii mas, ki identificira peptid, odgovarja na drugo vprašanje kot celični eksperiment, ki prikazuje receptorsko aktivnost. Oba pa spet odgovarjata na druga vprašanja kot klinično ali fiziološko nadzorovano klinično preskušanje z ljudmi.

Kako se klasificirajo peptidi?

Peptide je mogoče hkrati klasificirati na več načinov. Enotnega sistema klasifikacije, ki bi zajemal vse njihove pomembne lastnosti, ni.

Razvrstitev glede na število aminokislinskih ostankov

Imena, ki temeljijo na dolžini, določajo število aminokislinskih ostankov v peptidu.

Dipeptid vsebuje dva ostanka, tripeptid tri, tetrapeptid štiri, a pentapeptid pet.

Termini, kot so oligopeptid i polipeptid opisuje širše skupine glede na velikost, vendar se njihove meje lahko med viri razlikujejo.

Te imena ne omogočajo napovedovanja funkcije molekule.

Tripeptid lahko sodeluje v znotrajcelični presnovi, medtem ko lahko daljši peptid deluje kot signalna molekula ali zavzame kompaktno ciklično strukturo. Glutation, neuropeptid Y in kalata B1 prikazujejo različne kombinacije dolžine in biološkega konteksta. [10] [5] [2]

Dolžina tako odgovarja na vprašanje:

„Koliko aminokislinskih ostankov vsebuje molekula?”

Vendar pa samostojno ne odgovarja na vprašanje:

„Kako deluje ta molekula?”

Razvrstitev glede na strukturo

Strukturni opisi vključujejo med drugim odprtovatne peptide, ciklične peptide in strukture, ki vsebujejo disulfidne mostičke.

Znanstveniki lahko opisujejo tudi določene vzorce zgibanja, zamreženja ali kemične modifikacije, če so bile te potrjene z analitskimi metodami.

Struktura in dolžina odgovarjata na različna vprašanja. Kalato B1 lahko opišemo tako kot molekulo, ki vsebuje 29 ostankov, kot tudi kot peptid s cikličnim ogrodjem. Nobeden od teh opisov ne nadomešča drugega. Podobno samo zaporedje peptida ne posreduje vseh pomembnih informacij glede njegove tridimenzionalne organizacije. [2]

Razvrstitev glede na biološko vlogo

Funkcionalne kategorije med drugim vključujejo peptidne hormone, nevropeptide, peptide, povezane z obrambo organizma, in peptide, ki sodelujejo v znotrajceličnih biokemičnih procesih.

Te kategorije se lahko delno prekrivajo, njihova pripadnost pa mora izhajati iz dokazov o posamezni molekuli.

Navedene raziskave ponujajo več primerov: GLP-1 ima potrjeno hormonsko funkcijo v človeški fiziologiji, LL-37 se preučuje v kontekstu obrambe organizma, medtem ko glutation sodeluje v znotrajceličnih redoks procesih. „Peptid” je šrok kemijski opis, medtem ko funkcionalno ime opisuje določeno biološko vlogo. [1] [7] [10]

Funkcionalna klasifikacija bi morala zato izhajati iz dokazov in je ne bi smeli sklepati izključno na podlagi dolžine zaporedja ali samega izraza „peptid”.

Klasifikacija glede na izvor in način proizvodnje

Peptide je mogoče opisati tudi glede na njihov izvor ali način pridobivanja.

Izrazi, kot sta „človeškega izvora” ali „rastlinskega izvora”, se nanašajo na biološki izvor. „Kemično sintetizirano” pa opisuje način proizvodnje.

To niso izključujoče se lastnosti. V laboratoriju je mogoče sintetizirati peptid z zaporedjem, ki se naravno pojavlja v organizmu.

Sinteza človeškega nevropeptida Y, ki so jo izvedli Mierke in sodelavci, to razliko dobro ponazarja. Zaporedje je izviralo iz človeške biologije, medtem ko je bil eksperimentalni material pridobljen kemično. To ne pomeni, da je vsak sintetični pripravek v vseh bistvenih pogledih identičen – zato so raziskovalci uporabili analitske metode za karakterizacijo dobljenega materiala. [5]

Druga delitev se nanaša na biološki način nastajanja. Številne verige peptidov nastanejo v procesu ribosomske sinteze in se lahko nato dodatno obdelajo. Druge peptide sestavljajo specializirani encimski sistemi zunaj ribosoma. Stachelhaus in sodelavci so neposredno preučevali tvorbo peptidnih vezi z elementi takega neribosomskega sistema. Ta delitev opisuje biosintezo in ne hierarhije biološke vrednosti. [8] [4]

En sam peptid lahko tako istočasno ima več pravilnih poimenovanj.

Na primer, isto molekulo je mogoče opisati glede na število ostankov, ciklično arhitekturo, biološki izvor in eksperimentalno potrjeno funkcijo.

Klasifikacija je najkoristnejša takrat, ko avtor jasno določi, katero lastnost molekule opisuje.

Kaj pomenita izraza „bio peptide” in „bioactive peptide”?

Izraz „bio peptide” ni dovolj natančen znanstven izraz, da bi bilo mogoče na njegovi podlagi identificirati določeno molekulo, zaporedje ali potrjeno aktivnost.

Če se takšen izraz pojavi na etiketi, v opisu izdelka ali v spletnem poizvedovanju, je treba najprej ugotoviti, na katero snov se dejansko nanaša.

Izraz „bioaktivni peptid”, oziroma peptyd bioaktywny, zwykle oznacza, że w określonych warunkach zaobserwowano jakąś aktywność biologiczną.

Najważniejsze jest wtedy ustalenie:

• jaka cząsteczka była badana;
• jaką miała sekwencję i strukturę;
• jaki układ eksperymentalny zastosowano;
• jakie stężenie lub ekspozycję badano;
• jaki efekt mierzono;
• czy obserwacja pochodziła z badania biochemicznego, komórkowego, zwierzęcego czy z udziałem ludzi.

Hamowanie odpowiedzi sygnałowej u rośliny, oddziaływanie z błoną bakterii oraz wpływ na odpowiedź hormonalną człowieka są różnymi rodzajami aktywności biologicznej. Nie można sprowadzić ich do jednej ogólnej właściwości określanej jako „działanie”. [6] [7] [1]

Dlaczego klasyfikacja nie określa statusu klinicznego?

Kategoria strukturalna lub funkcjonalna nie jest kategorią zatwierdzenia medycznego.

Określenie cząsteczki jako naturalnej, syntetycznej, cyklicznej, hormonalnej czy bioaktywnej nie oznacza, że posiada ona dowody wymagane do zastosowania medycznego.

Przegląd Lau i Dunna dotyczący rozwoju terapeutycznych peptydów pokazuje, jak poszczególne cząsteczki przechodzą przez różne etapy badań i rozwoju. Publikacja ta ma charakter historycznego przeglądu, a nie aktualnego rejestru zatwierdzonych produktów. W tym kontekście pokazuje jednak ważną zasadę: chemia peptydu i jego status w rozwoju klinicznym to dwa odrębne zagadnienia. [11]

Cząsteczka może więc być interesująca naukowo, biologicznie aktywna lub szeroko badana, nie będąc jednocześnie zatwierdzonym lekiem.

Gdzie występują peptydy?

W organizmie człowieka

Peptydy występują w różnych tkankach i płynach biologicznych człowieka.

Ich lokalizacja zależy od konkretnej cząsteczki i analizowanego procesu. Badania GLP-1 wykazały jego związek z przewodem pokarmowym oraz zmiany stężenia we krwi, natomiast badania proinsuliny dotyczą jej powstawania i przetwarzania w trzustce. Są to konkretne przykłady, a nie dowód, że każdy peptyd występuje we wszystkich częściach organizmu. [1] [8]

Warto również rozróżnić trzy pytania:

• Gdzie peptyd jest wytwarzany?
• Gdzie można go wykryć?
• Gdzie wywiera działanie biologiczne?

Miejsca te nie muszą być takie same.

Peptyd wytwarzany w jednej tkance może dostać się do krążenia i oddziaływać na inną tkankę. Z kolei inne peptydy uczestniczą przede wszystkim w procesach lokalnych lub wewnątrzkomórkowych.

Samo wykrycie peptydu we krwi nie określa więc jego stężenia ani aktywności biologicznej w innych tkankach.

W roślinach i układach mikrobiologicznych

Biologia peptydów wykracza daleko poza organizm człowieka.

Badania roślin obejmowały między innymi sygnalizację związaną z systeminą oraz strukturę kalaty B1. Z kolei badania nierybosomalnych układów enzymatycznych dotyczyły innego sposobu składania cząsteczek peptydowych. [6] [2] [4]

Przykłady te pokazują, jak szerokie znaczenie ma słowo „peptyd”.

Peptyd roślinny nie staje się automatycznie ludzkim hormonem, a eksperyment dotyczący enzymatycznego składania cząsteczki nie jest badaniem klinicznym. Źródło biologiczne i model eksperymentalny pozostają istotnymi elementami opisu.

Porównania międzygatunkowe mogą dostarczać wartościowych informacji naukowych, ale wyniki należy zawsze wiązać z organizmem i układem eksperymentalnym, w którym zostały uzyskane.

W fragmentach białek pochodzących z żywności

Białka obecne w diecie mogą podczas trawienia tworzyć mniejsze fragmenty peptydowe.

Należy jednak odróżniać nienaruszone białko, hydrolizat białkowy i pojedynczy oczyszczony peptyd — są to różne materiały.

Hydrolizat białkowy zawiera produkty powstałe w wyniku rozkładu większych białek na mniejsze składniki. W zależności od sposobu przygotowania mogą znajdować się w nim peptydy różnej długości oraz wolne aminokwasy.

Iwai i współpracownicy badali hydrolizaty żelatyny i zidentyfikowali kilka peptydów pochodzących z kolagenu we krwi ludzi po ich spożyciu. Wyniki pokazują, że w określonych warunkach badania możliwe było wykrycie konkretnych fragmentów. Nie dowodzą jednak, że wszystkie peptydy pochodzące z żywności przechodzą przez proces trawienia w niezmienionej postaci ani że samo ich wykrycie oznacza występowanie korzyści fizjologicznej. [3]

Precyzyjny opis powinien więc wskazywać materiał wyjściowy oraz — jeśli jest to znane — konkretne wykryte fragmenty.

Stwierdzenia „zawiera białko”, „zawiera peptydy” i „zawiera ten konkretny, zidentyfikowany peptyd” przekazują różny poziom informacji.

W materiałach wykorzystywanych w badaniach laboratoryjnych

Peptydy mogą być syntetyzowane, aby naukowcy mogli badać znaną sekwencję, porównywać jej warianty, analizować strukturę cząsteczki, zachowanie analityczne lub określone hipotezy biochemiczne.

W badaniu neuropeptydu Y połączono syntezę chemiczną z chromatografią, spektrometrią mas, analizą sekwencji oraz metodami strukturalnymi. Pokazuje to, że wytworzenie peptydu i potwierdzenie jego właściwości to powiązane, ale odrębne zadania. [5]

Synteza chemiczna dostarcza materiału, który ma reprezentować określoną strukturę cząsteczkową. Charakterystyka analityczna pomaga ustalić, czy otrzymany materiał rzeczywiście posiada oczekiwane cechy.

Ta sama zasada obowiązuje podczas interpretowania publikacji naukowej: znaczenie ma tożsamość badanego materiału.

Sama wspólna nazwa peptydu nie wystarcza, aby założyć, że każdy preparat ma identyczną sekwencję, czystość, postać chemiczną czy charakterystykę analityczną albo że był badany w równoważnych warunkach.

Dlaczego sekwencja, struktura i kontekst eksperymentalny mają znaczenie?

Badania nad peptydami stają się znacznie łatwiejsze do interpretacji, gdy oddzielimy od siebie trzy podstawowe pytania:

Jaką cząsteczkę badano?

Obejmuje to jej sekwencję, liczbę reszt, modyfikacje chemiczne oraz cechy strukturalne.

Gdzie i w jaki sposób ją badano?

Należy ustalić, czy eksperyment obejmował oczyszczone cząsteczki, hodowle komórkowe, izolowane tkanki, zwierzęta czy ludzi.

Jaki wynik rzeczywiście zmierzono?

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.

Na przykład:

peptyd wykryto we krwi → dlatego przynosi korzyści kliniczne

nie jest automatycznie prawidłowym wnioskiem.

Podobno:

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.

Pogosto zastavljena vprašanja

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.

Povzetek

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 peptid 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.

Zavrnitev odgovornosti

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.

Reference

[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.