Peptyd, polipeptyd i białko: czym jest polipeptyd?

Nie ma jednej oficjalnej granicy, więc warto wiedzieć, jaką konwencję stosuje dane źródło. MeSH wyznacza granicę między oligopeptydem a polipeptydem na około 12–13 aminokwasach. Przeglądy farmakologiczne zwykle definiują peptydy terapeutyczne jako łańcuchy złożone z mniej niż 50 aminokwasów, a jeden z nich dodaje masę cząsteczkową poniżej 10 kDa.^[1][4][5]

Regulatorzy wyznaczają własną granicę. Na potrzeby ram prawnych dla produktów biologicznych amerykańska FDA traktuje polimery złożone z 40 lub mniej aminokwasów jako peptydy, a nie białka. Produkty białkowe, takie jak insulina i ludzki hormon wzrostu, historycznie dopuszczane w zwykłej procedurze wniosków o dopuszczenie nowego leku, 23 marca 2020 roku uznano za posiadające licencje na produkty biologiczne.^[6]

Ta sama cząsteczka może więc być peptydem w jednym dokumencie i białkiem w innym. Dobrym przykładem jest tesamorelin: powszechnie nazywa się go peptydem, a jednak amerykańska informacja o produkcie opisuje 44-aminokwasową sekwencję ludzkiego czynnika uwalniającego hormon wzrostu z dodaną grupą heksenoilową — powyżej 40-resztowej granicy peptydu według FDA.^[13][6]

Nie do końca. MeSH definiuje białka jako liniowe polipeptydy syntetyzowane na rybosomach, które mogą być następnie modyfikowane, sieciowane, cięte lub składane w kompleksy złożone z kilku podjednostek, i podkreśla, że sekwencja aminokwasów decyduje o kształcie, jaki łańcuch przyjmuje podczas zwijania — a wraz z nim o funkcji białka.^[2]

To, jak sekwencja wyznacza zwiniętą strukturę, od pół wieku należy do centralnych pytań biologii. Symulacje komputerowe potrafią dziś dokładnie zwinąć niektóre małe białka, a przewidywanie struktury stało się znacznie skuteczniejsze, niż uważali za możliwe pierwsi badacze.^[7]

Wiele białek składa się z więcej niż jednego łańcucha. Hemoglobina to tetramer z dwóch łańcuchów alfa- i dwóch beta-globiny, z których każdy niesie grupę hemową. Insulina jest znacznie mniejsza, ale również ma dwa łańcuchy: łańcuch A złożony z 21 aminokwasów i łańcuch B złożony z 30.^[8][9]

Insulina pokazuje też, jak jeden łańcuch może stać się białkiem dwułańcuchowym. Powstaje jako większy prekursor, nazwany w 1967 roku proinsuliną, który jest przekształcany w dojrzały hormon; produkcja rekombinacyjna przebiega podobnie — prekursor jest ponownie zwijany i przekształcany w insulinę przez dwa enzymy.^[10][9]

Epitalon, badawczy tetrapeptyd, ma długość czterech aminokwasów (Ala-Glu-Asp-Gly). Semax i selank to heptapeptydy złożone z siedmiu. Według konwencji MeSH wszystkie trzy są oligopeptydami, czyli podzbiorem peptydów.^[11][12][3]

Tesamorelin (44 aminokwasy plus grupa heksenoilowa) i insulina (51 aminokwasów w dwóch łańcuchach) mieszczą się w strefie, w której konwencje się rozchodzą. Rekombinowany ludzki hormon wzrostu, somatropina, jest jednoznacznie białkiem: amerykańska informacja o produkcie opisuje 191 aminokwasów i masę cząsteczkową 22 124 daltonów, z sekwencją identyczną z przysadkowym hormonem wzrostu.^[13][9][14]

Peptydy powstają też przez cięcie białek. Większość bioaktywnych peptydów — peptydowe neuroprzekaźniki, neuropeptydy i hormony peptydowe — powstaje w wyniku proteolitycznego cięcia większych białek prekursorowych, a rozkład hemoglobiny daje peptydy o własnej aktywności biologicznej.^[8]

Krótkie peptydy wytwarza się zwykle chemicznie, po jednym aminokwasie, na stałym nośniku. Przegląd z 2016 roku opisuje syntezę peptydów w fazie stałej metodą Fmoc jako metodę z wyboru, przy czym wielotonowa produkcja peptydów terapeutycznych obniża koszt elementów budulcowych. Na przykład informacja o produkcie dla tesamorelin opisuje go jako wytwarzany syntetycznie.^[15][13]

Duże białka wytwarza się zwykle biologicznie. W 1979 roku syntetyczne geny łańcuchów A i B insuliny poddano osobno ekspresji w E. coli, a oczyszczone łańcuchy następnie mieszano, redukowano i ponownie utleniano, aż dało się wykryć insulinę. Somatropinę również wytwarza się technologią rekombinacji DNA w E. coli.^[16][14]

Produkcja biologiczna wiąże się z własnym problemem zwijania. Rekombinowana proinsulina wytwarzana w E. coli gromadzi się w ciałkach inkluzyjnych, które trzeba zdenaturować i ponownie zwinąć, zanim enzymy przekształcą ją w dojrzałą insulinę.^[9]

Wielkość zmienia zachowanie cząsteczek. Niemodyfikowane peptydy zwykle ulegają intensywnemu cięciu proteolitycznemu, co daje im krótkie okresy półtrwania, natomiast białka zależą od zwiniętej struktury, którą mogą utracić i którą czasem trzeba przywrócić przez ponowne zwinięcie.^[4][9]

Zmienia też sposób sprawdzania tożsamości i czystości. Laboratorium FDA wykazało, że chromatografia cieczowa ze spektrometrią mas wysokiej rozdzielczości potrafi w jednym przebiegu potwierdzić sekwencję peptydu, określić jego skład aminokwasowy i oznaczyć zanieczyszczenia poniżej 0,1% — to rodzaj dowodów, które powinny stać za certyfikatem analizy peptydu.^[17]