Peptid vs. Polypeptid vs. Protein: Was ist ein Polypeptid?

Eine einzige offizielle Grenze gibt es nicht, daher hilft es zu wissen, welcher Konvention eine Quelle folgt. MeSH zieht die Grenze zwischen Oligopeptid und Polypeptid bei etwa 12 bis 13 Aminosäuren. Pharmakologische Übersichtsarbeiten definieren therapeutische Peptide meist als Ketten mit weniger als 50 Aminosäuren, eine davon ergänzt ein Molekulargewicht unter 10 kDa.^[1][4][5]

Regulierungsbehörden ziehen ihre eigene Grenze. Für ihren Biologika-Rahmen behandelt die US-amerikanische FDA Polymere aus 40 oder weniger Aminosäuren als Peptide statt als Proteine. Proteinprodukte wie Insulin und menschliches Wachstumshormon, historisch als gewöhnliche Zulassungsanträge für neue Arzneimittel genehmigt, galten ab dem 23. März 2020 als Biologika-Lizenzen.^[6]

Dasselbe Molekül kann also in einem Dokument ein Peptid und in einem anderen ein Protein sein. Tesamorelin ist ein gutes Beispiel: Es wird weithin als Peptid bezeichnet, doch seine US-Verschreibungsinformation beschreibt die Sequenz des menschlichen Growth-Hormone-Releasing-Faktors aus 44 Aminosäuren plus eine Hexenoylgruppe — oberhalb der Peptidgrenze der FDA von 40 Resten.^[13][6]

Nicht ganz. MeSH definiert Proteine als lineare Polypeptide, die an Ribosomen gebildet werden und anschließend modifiziert, quervernetzt, gespalten oder zu Komplexen aus mehreren Untereinheiten zusammengesetzt werden können, und betont, dass die Aminosäuresequenz bestimmt, welche Form die Kette beim Falten annimmt — und damit die Funktion des Proteins.^[2]

Wie eine Sequenz eine gefaltete Struktur vorgibt, ist seit einem halben Jahrhundert eine der zentralen Fragen der Biologie. Computersimulationen können inzwischen einige kleine Proteine präzise falten, und die Strukturvorhersage ist weit erfolgreicher geworden, als frühe Forschende es für möglich hielten.^[7]

Viele Proteine bestehen aus mehr als einer Kette. Hämoglobin ist ein Tetramer aus zwei Alpha- und zwei Beta-Globinketten, die jeweils eine Hämgruppe tragen. Insulin ist viel kleiner, hat aber ebenfalls zwei Ketten: eine A-Kette mit 21 Aminosäuren und eine B-Kette mit 30.^[8][9]

Insulin zeigt auch, wie aus einer Kette ein Protein mit zwei Ketten werden kann. Es wird als größerer Vorläufer gebildet, 1967 Proinsulin genannt, der zum reifen Hormon prozessiert wird; die rekombinante Herstellung folgt einem ähnlichen Weg, faltet den Vorläufer neu und wandelt ihn mit zwei Enzymen in Insulin um.^[10][9]

Epitalon, ein Forschungs-Tetrapeptid, ist vier Aminosäuren lang (Ala-Glu-Asp-Gly). Semax und Selank sind Heptapeptide aus sieben. Nach der MeSH-Konvention sind alle drei Oligopeptide, eine Untergruppe der Peptide.^[11][12][3]

Tesamorelin (44 Aminosäuren plus eine Hexenoylgruppe) und Insulin (51 Aminosäuren in zwei Ketten) liegen in der Zone, in der sich die Konventionen widersprechen. Rekombinantes menschliches Wachstumshormon, Somatropin, ist eindeutig ein Protein: Seine US-Verschreibungsinformation beschreibt 191 Aminosäuren und ein Molekulargewicht von 22.124 Dalton, mit einer Sequenz, die mit dem hypophysären Wachstumshormon identisch ist.^[13][9][14]

Peptide werden auch aus Proteinen herausgeschnitten. Die meisten bioaktiven Peptide — Peptid-Neurotransmitter, Neuropeptide und Peptidhormone — entstehen durch proteolytische Spaltung größerer Vorläuferproteine, und der Abbau von Hämoglobin liefert Peptide mit eigener biologischer Aktivität.^[8]

Kurze Peptide werden meist chemisch hergestellt, Aminosäure für Aminosäure, an einem festen Träger. Eine Übersichtsarbeit von 2016 beschreibt die Fmoc-Festphasen-Peptidsynthese als Methode der Wahl, wobei die Produktion therapeutischer Peptide im Mehrtonnenmaßstab die Kosten der Bausteine senkt. Die Verschreibungsinformation von Tesamorelin etwa beschreibt es als synthetisch hergestellt.^[15][13]

Große Proteine werden meist biologisch hergestellt. 1979 wurden synthetische Gene für die A- und B-Kette des Insulins getrennt in E. coli exprimiert, und die gereinigten Ketten wurden anschließend gemischt, reduziert und reoxidiert, bis Insulin nachweisbar war. Somatropin wird ebenfalls mittels rekombinanter DNA-Technologie in E. coli hergestellt.^[16][14]

Die biologische Herstellung bringt ihr eigenes Faltungsproblem mit sich. In E. coli exprimiertes rekombinantes Proinsulin reichert sich in Einschlusskörpern an, die denaturiert und neu gefaltet werden müssen, bevor Enzyme es in reifes Insulin umwandeln.^[9]

Die Größe verändert, wie sich Moleküle verhalten. Unmodifizierte Peptide unterliegen meist einer umfangreichen proteolytischen Spaltung, die ihnen kurze Halbwertszeiten verleiht, während Proteine auf eine gefaltete Struktur angewiesen sind, die verloren gehen kann und manchmal durch Rückfaltung wiederhergestellt werden muss.^[4][9]

Sie verändert auch, wie Identität und Reinheit geprüft werden. Ein FDA-Labor zeigte, dass Flüssigchromatographie mit hochauflösender Massenspektrometrie in einem einzigen Lauf die Sequenz eines Peptids bestätigen, seine Aminosäurezusammensetzung bestimmen und Verunreinigungen unter 0,1 % quantifizieren kann — die Art von Evidenz, die hinter ein Analysezertifikat für Peptide gehört.^[17]