Peptidy

Peptidy ( řecky πεπτος  "výživový") - rodina látek, jejichž molekuly jsou sestaveny ze dvou nebo více aminokyselinových zbytků spojených v řetězci peptidovými (amidovými) vazbami -C (O) NH -. Obvykle se týká peptidů skládajících se z a-aminokyselin, tento termín však nevylučuje peptidy odvozené od jakýchkoli jiných aminokarboxylových kyselin [1] .

Peptidy, jejichž sekvence je kratší než přibližně 10-20 aminokyselinových zbytků, mohou být také nazývány oligopeptidy (z jiného řeckého ὀλίγος  "málo"); s delší sekvencí se nazývají polypeptidy (z řeckého πολυ- „mnoho“); polypeptidy mohou mít v molekule neaminokyselinové skupiny, jako jsou sacharidové zbytky. Proteiny se obvykle nazývají polypeptidy obsahující přibližně 50 aminokyselinových zbytků [2] s molekulovou hmotností vyšší než 5000 [3] , 6000 [4] nebo 10 000 [5] [6] daltonů .

Německý organický chemik Hermann Emil Fischer v roce 1900 vyslovil hypotézu, že peptidy se skládají z řetězce aminokyselin tvořeného určitými vazbami, a již v roce 1902 získal nezvratný důkaz o existenci peptidové vazby a do roku 1905 vyvinul obecnou metodu pomocí kterého bylo možné syntetizovat peptidy v laboratoři. Postupně vědci studovali strukturu různých sloučenin, vyvinuli metody pro separaci molekul polymerů na monomery a syntetizovali stále více peptidů [7] .

Oligo- a polypeptidy, proteiny

Hranice mezi oligopeptidy a polypeptidy (minimální velikost, při které molekula peptidu přestává být považována za oligopeptid a stává se polypeptidem) je spíše konvenční. Zdroje vymezující oligo- a polypeptidy zpravidla definují hranici mezi oligopeptidy a polypeptidy jako 10 (podle Chemické encyklopedie [4] ) nebo 10–20 (podle definice IUPAC [1] ) aminokyselinových zbytků. Někdy není jasná čára nakreslena vůbec (například podle Lehningerovy učebnice [6] je velikost oligopeptidů několik a polypeptidy jsou mnoho aminokyselinových zbytků) a formálně oligopeptidová molekula oxytocin , skládající se z 9 aminokyselinových zbytků , může být označován jako polypeptid.

Za proteiny lze považovat peptidy, jejichž hmotnost přesahuje 5000–10 000 a (nebo) délka přesahuje 50–90 aminokyselinových zbytků. Tato hranice je také podmíněna, avšak v hlavních zdrojích referenčních informací, kde je tato hranice uvedena (včetně IUPAC), leží ve stanovených mezích. Hmotnostní rozsah je konzistentní s velikostním rozsahem substitucí průměrné hmotnosti aminokyselinového zbytku (110 Da).

Historie

Peptidy byly nejprve izolovány z proteinových hydrolyzátů získaných fermentací.

• Termín peptid navrhl E. Fisher , který v roce 1905 vyvinul obecnou metodu pro syntézu peptidů [8] .

V roce 1953 V. Du Vigno syntetizoval oxytocin , první polypeptidový hormon . V roce 1963  byly na základě konceptu syntézy peptidů na pevné fázi (P. Merrifield ) vytvořeny automatické syntetizátory peptidů. Použití metod syntézy polypeptidů umožnilo získat syntetický inzulín a některé enzymy .

K dnešnímu dni je známo více než 1500 typů peptidů, byly stanoveny jejich vlastnosti a vyvinuty způsoby syntézy.

Pankreatické molekuly polypeptidového charakteru

• en:NPY
• Peptid YY
• APP Ptačí pankreatický polypeptid
• cs:HPP Lidský pankreatický polypeptid

Vlastnosti peptidů

Peptidy jsou neustále syntetizovány ve všech živých organismech, aby regulovaly fyziologické procesy. Vlastnosti peptidů závisí především na jejich primární struktuře  - sekvenci aminokyselin, dále na struktuře molekuly a její konfiguraci v prostoru ( sekundární struktura ).

Klasifikace peptidů a struktura peptidového řetězce

Peptidová molekula je sekvence aminokyselin: dva nebo více aminokyselinových zbytků spojených amidovou vazbou tvoří peptid. Počet aminokyselin v peptidu se může značně lišit. A podle jejich počtu rozlišují:

1. oligopeptidy - molekuly obsahující až deset aminokyselinových zbytků; někdy jejich název uvádí počet aminokyselin obsažených v jejich složení, například dipeptid, tripeptid, pentapeptid atd. [9] ;
2. polypeptidy jsou molekuly, které obsahují více než deset aminokyselin [9] .

Sloučeniny obsahující více než sto aminokyselinových zbytků se běžně označují jako proteiny. Toto dělení je však libovolné, některé molekuly, například hormon glukagon, který obsahuje pouze dvacet devět aminokyselin, se nazývají proteinové hormony. Podle kvalitativního složení rozlišují:

1. homomerní peptidy - sloučeniny sestávající pouze z aminokyselinových zbytků;
2. heteromerní peptidy jsou látky, které obsahují i ​​neproteinové složky.

Peptidy se také dělí podle způsobu, jakým jsou aminokyseliny spojeny:

1. homodetické - peptidy, jejichž aminokyselinové zbytky jsou spojeny pouze peptidovými vazbami;
2. Heterodetické peptidy jsou takové sloučeniny, ve kterých jsou kromě peptidových vazeb také disulfidové, etherové a thioetherové vazby.

Řetězec opakujících se atomů se nazývá peptidová kostra: (—NH—CH—OC—). Místo (—CH—) s radikálem aminokyseliny tvoří sloučeninu (—NH—C(R1)H—OC—), nazývanou zbytek aminokyseliny. N-koncový aminokyselinový zbytek má volnou a-aminoskupinu (-NH), zatímco C-koncový aminokyselinový zbytek má volnou a-karboxylovou skupinu (OC-). Peptidy se liší nejen složením aminokyselin, ale také množstvím a také umístěním a spojením aminokyselinových zbytků v polypeptidovém řetězci. Příklad: Pro-Ser-Pro-Ala-Gis a His-Ala-Pro-Ser-Pro - i přes stejné kvantitativní a kvalitativní složení mají tyto peptidy zcela odlišné vlastnosti .

Peptidová vazba

Peptidová (amidová) vazba je typ chemické vazby, která vzniká jako výsledek interakce α-aminoskupiny jedné aminokyseliny a α-karboxylové skupiny jiné aminokyseliny. Amidová vazba je velmi silná a za normálních buněčných podmínek (37°C, neutrální pH) se samovolně nerozbije. Působením speciálních proteolytických enzymů (proteázy, peptidové hydrolázy) na ni dochází ke zničení peptidové vazby [10] .

Význam

Peptidové hormony a neuropeptidy například regulují většinu procesů v lidském těle, včetně těch, které se účastní procesů regenerace buněk. Peptidy imunologického účinku chrání tělo před toxiny, které se do něj dostaly. Pro správné fungování buněk a tkání je nezbytné dostatečné množství peptidů. S věkem a patologií však nastává nedostatek peptidů, který výrazně urychluje opotřebení tkání, což vede ke stárnutí celého organismu. Dnes se problém nedostatku peptidů v těle naučil řešit. Peptidový pool buňky je doplněn laboratorně syntetizovanými krátkými peptidy.

Syntéza peptidů

K tvorbě peptidů v těle dochází během několika minut, zatímco chemická syntéza v laboratoři je poměrně zdlouhavý proces, který může trvat několik dní a vývoj technologie syntézy trvá několik let. Navzdory tomu však existují poměrně závažné argumenty ve prospěch provedení práce na syntéze analogů přírodních peptidů. Za prvé, chemickou modifikací peptidů je možné potvrdit hypotézu primární struktury. Aminokyselinové sekvence některých hormonů se staly známými právě díky syntéze jejich analogů v laboratoři.

Za druhé, syntetické peptidy umožňují podrobněji studovat vztah mezi strukturou aminokyselinové sekvence a její aktivitou. K objasnění vztahu mezi specifickou strukturou peptidu a jeho biologickou aktivitou bylo vynaloženo obrovské množství práce na syntéze více než tisíce analogů. V důsledku toho bylo možné zjistit, že nahrazení pouze jedné aminokyseliny ve struktuře peptidu může několikanásobně zvýšit jeho biologickou aktivitu nebo změnit jeho směr. Změna délky aminokyselinové sekvence pomáhá určit umístění aktivních center peptidu a místo interakce s receptorem.

Za třetí, díky modifikaci původní aminokyselinové sekvence bylo možné získat farmakologické přípravky. Vytvoření analogů přírodních peptidů umožňuje identifikovat "efektivnější" konfigurace molekul, které zvyšují nebo prodlužují biologický účinek.

Za čtvrté, chemická syntéza peptidů je ekonomicky životaschopná. Většina terapeutických léků by stála desetkrát více, pokud by byly vyrobeny z přírodního produktu.

Aktivní peptidy se v přírodě často vyskytují pouze v nanogramových množstvích. Navíc způsoby čištění a izolace peptidů z přírodních zdrojů nemohou zcela oddělit požadovanou aminokyselinovou sekvenci od peptidů opačného nebo jiného účinku. A v případě specifických peptidů syntetizovaných lidským tělem je lze získat pouze syntézou v laboratoři.

Biologicky aktivní peptidy

Peptidy, které mají vysokou fyziologickou aktivitu, regulují různé biologické procesy. Podle bioregulačního účinku se peptidy obvykle dělí do několika skupin:

• sloučeniny s hormonální aktivitou ( glukagon , oxytocin , vasopresin atd.);
• látky, které regulují trávicí procesy ( gastrin , žaludeční inhibiční peptid atd.);
• peptidy regulující chuť k jídlu ( endorfiny , neuropeptid-Y, leptin atd.);
• sloučeniny, které mají analgetický účinek ( opioidní peptidy );
• organické látky regulující vyšší nervovou činnost, biochemické procesy spojené s mechanismy paměti, učení, vznik pocitů strachu, vzteku apod.;
• peptidy regulující krevní tlak a cévní tonus ( angiotensin II, bradykinin atd.).
• peptidy, které mají protinádorové a protizánětlivé vlastnosti ( Lunasin )

Toto rozdělení je však podmíněné, protože působení mnoha peptidů není omezeno žádným směrem. Například vazopresin , kromě vazokonstrikčního a antidiuretického účinku, zlepšuje paměť.