Сила пептидів

Сара С.П. Вільямс

У цьому розділі

Листопад/грудень 2015 року

Пептиди, що впливають на функціонування клітин, відомі як "біопептиди" - є важливим предметом дослідження в галузі протеоміки.
Багато біопептиди впливають на обмін речовин або на те, як організм перетравлює їжу, тоді як інші мають функціональні властивості, корисні в косметиці.
У цій статті ви дізнаєтесь про біопептиди, яких, ймовірно, стане більше в їжі та ліках, коли вчені дізнаються, як їх краще ізолювати, вивчити та виробляти.

У кожній клітині людського тіла мільйони білків вирують від активності. Деякі з них є масивними машинами, умовно кажучи, що спрямовують хімічні реакції; інші складають риштування, яке надає клітинам форму; а деякі виступають транспортними засобами для перенесення продуктів та повідомлень по всьому тілу. Немає сумнівів у їх важливості. Але існує інший клас молекул, що функціонують у тіні цих бегемотів: пептиди. Маленькі брати та сестри білків, пептиди - це менші молекули, що складаються з однакових будівельних блоків.

Незважаючи на їх мінімальний розмір - і часто через це - пептиди стали все більш важливими біологічними утвореннями, здатними лікувати хвороби, зменшувати запалення, робити продукти більш поживними, вбиваючи мікроби та зворотні старіння. Поки вчені вивчають негабаритні властивості петитів, вони починають з’ясовувати, як їх краще ізолювати, вивчити та продукувати. Це лише початок для біоактивних пептидів.

Основи біопептиду

Білки та пептиди складаються з ниток протеїногенних або стандартних амінокислот-22 органічних хімічних будівельних блоків, що знаходяться в людському організмі. Залежно від того, кого ви запитаєте, білок, щоб отримати своє ім’я, повинен мати більше 20, 40 або 50 амінокислот; середній білок в людському організмі, проте, набагато більший, ніж цей, десь близько 500 амінокислот. Пептид - це будь-яка нитка щонайменше з двох амінокислот, яка має менше, ніж зазначений відрізок, - кілька десятків будівельних блоків, а не кілька сотень.

Різниця між білками та пептидами, хоча вони кореняться в розмірах, не закінчується тим, наскільки вони великі чи малі. Оскільки пептиди настільки короткі, вони, як правило, не складаються в складні структури, як більші білки; замість того, щоб утворювати спіралі, аркуші, великі комплекси та глобули, пептиди залишаються пухкою двовимірною струною всередині клітин. І через їх невеликі розміри та відсутність організованої структури, пептиди, як правило, можуть пробиратися через простори, де більші білки не можуть поміститися - вони можуть проникати крізь стінки кишечника, шкіру людини, а в деяких випадках навіть навколо мембран клітин. Для виробників ліків або харчових інженерів це одна з найбільш привабливих якостей біопептидів; вони можуть швидко дістатись до крові, щоб потрапити туди, де вони потрібні. Крім того, короткі пептиди можуть бути простішими та дешевшими для отримання порівняно зі складними, більшими білками.

Для виробництва білків механізми всередині ядра клітини спочатку транскрибують ланцюг ДНК (дезоксирибонуклеїнову кислоту) у відповідний ланцюг РНК-месенджера (рибонуклеїнова кислота; іРНК). Далі, спільно з рибосомами поза ядром, кожна триплет m РНК, або кодон, перетворюється в амінокислоту, яка утворює зростаючий білок. Нарешті, білок може перероблятися клітиною шляхом додавання хімічних утворень в ланцюжок амінокислот або видалення ділянок нитки.

Що стосується пептидів, то кілька виробляються за допомогою цього класичного шляху виробництва білка. Але переважна більшість надходить з інших місць: їжа, яку ми їмо. Коли ви випиваєте склянку молока або подаєте гамбургер, ваша травна система стикається з тисячами білків з їжею. У процесі травлення багато з цих білків розщеплюються на менші, керовані шматки: пептиди. Деякі з них не мають безпосередньої функції - вони будуть продовжуватися для подальшої обробки, щоб потім тіло могло використовувати їх будівельні блоки. Але інші є біоактивними пептидами; біоактивні в тому сенсі, що вони можуть спричинити зміни у функціонуванні клітини. Саме вони привернули увагу дослідників.

Боротьба з мікробами

Двадцять років тому молекулярний біолог Максвелл Хінк з Університету Оттави (Онтаріо, Канада) почав вивчати білки, з яких складається яєчна шкаралупа. Він хотів дізнатися, чи вивчення того, як утворюються шкаралупи яєць, може допомогти в проведенні досліджень зубів і кісток. Але незабаром він зрозумів, що яєчна шкаралупа має навіть більше потенціалу, ніж проста модель для кальцифікації. Нещодавно Хінке розповів про протеомічний аналіз оболонок яєчної шкаралупи на 106-й щорічній зустрічі AOCS та галузевих вітринах (AM&IS), що відбулася 3-6 травня 2015 року в Орландо, штат Флорида, США.

"Ішли роки, і я побачив, що яєчна шкаралупа - це не просто пасивний бар'єр", - говорить Хінке. "Якщо відступити назад, ви побачите, що яєчна шкаралупа має всі ці механізми для захисту життя всередині неї".

Його група почала виділяти молекули з оболонок і вивчати їх функції, і виявила, що шкаралупа яєць - яка відкидається тонною на яєчних заводах - є рясним джерелом біоактивних пептидів.

Зокрема, Хінк та його колеги придумали біопептиди яєчної шкаралупи, які борються з мікробами. "Це абсолютно нове джерело антимікробних пептидів, тому ми отримуємо інше розуміння, ніж будь-коли раніше", - говорить Хінке. Хоча у всіх тварин є білки, які називаються бета-дефензинами, які допомагають боротися з хворобами, наприклад, Хінке виявив новий бета-дефензин, який є унікальним для яєць і, можливо, зможе лікувати бактеріальні інфекції, які протистоять класичним антибіотикам.

Висновок є прикладом того, чому так важливо виділяти та характеризувати біопептиди з нових джерел, каже Хінке. "Природа - це величезний експериментальний двигун для розвитку молекул з різними властивостями", - говорить він. "Ми завжди можемо піти в лабораторію і виробляти синтетичні пептиди, але це прискорює ситуацію, якщо спочатку ми можемо виявити природний механізм [який] є результатом мільйонів років еволюції".

Часто, зазначає Хінке, можна вивчати пептиди або білки, щоб знайти найкоротшу послідовність амінокислот - всередині більшої молекули - що потрібно для чогось типу антимікробної функції. "Однією з наших цілей є завжди визначити мінімальну активність послідовності", - говорить він. "Тоді ми можемо пограти з цією послідовністю, щоб оптимізувати функцію."

Шкаралупа яєць - не єдине місце, де вчені знайшли антимікробні біопептиди. Зараз Хінк виділив деяких з курячої крові, а інші визначили їх у продуктах розпаду коров'ячого та козячого молока, яловичини та сироватки. Кожен працює по-різному: одні руйнують зовнішню мембрану мікроба, тоді як інші заважають мікробу виробляти ДНК або білки. Деякі працюють проти майже всіх мікробів, тоді як інші є більш специфічними - наприклад, виявлено, що пептид із сиру з козячого молока покращує симптоми людей, інфікованих хелікобактер пілорі.