Peptiidid
Peptiidid on molekulid, mis koosnevad ridamisi peptiidsidemetega üksteise külge aheldatud aminohapetest. Mõistet "peptiid" kasutatakse enamasti lühikeste, 2–10 aminohappest koosnevate ahelate kohta. Pikemaid peptiide nimetatakse polüpeptiidideks. Tähtsamad polüpeptiidid on valgud, mis on kõikide elusorganismide ja viiruste asendamatud koostisosad.
1900. aastal pakkus saksa keemik-orgaanik Hermann Emil Fischer välja hüpoteesi, mille järgi on peptiidid oma olemuselt omavahel eriliste sidemetega seotud aminohapete järjestus. Juba 1902. aastal sai ta oma teooriale tõestust ning 1905. aastal töötas välja üldise meetodi, mis võimaldas peptiide laboritingimustes sünteesida. Teadlased on uurinud erinevate ainete struktuuri ja omadusi ning töötanud välja meetodeid ja võtteid pikkade ahelate monomeerideks lagundamiseks ja loonud uusi sünteesimeetodeid. Tänapäeval tuntakse üle 1500 liigi peptiide, kindlaks on tehtud nende omadused ja sünteesimeetodid.
Terminoloogia, klassifikatsioon ja ehitus
muudaOligopeptiidide ja polüpeptiidide vaheline piir on üsna suhteline. Alla 10–20 happe jäägi sisaldavad peptiidid liigitatakse enamasti oligopeptiidide, suuremad molekulid aga polüpeptiidide hulka. Vahel pole see piir kirjanduses üldse üheselt ja selgelt määratletud. Peptiidi molekul kujutab endast aminohappe jääkide ahelat. Kaks amiidsidemega seotud jääki moodustavad dipeptiidi, kolm – tripeptiidi jne. Jääkide hulk molekulis võib oluliselt varieeruda. Seoses sellega liigitatakse peptiide järgmiselt:
- oligopeptiidid – tavaliselt kuni 10 aminohapete jääki sisaldavad molekulid; vahel on nimetuses ära toodud ka jääkide hulk: tripeptiid, dipeptiid, heksapeptiid jne.
- polüpeptiidid – molekulid, mis koosnevad enam kui 10–20 happe jäägist.
- valgud – ühendid, mis sisaldavad üle saja aminohappe jäägi.
Selline liigitus on tinglik, näiteks glükagoon koosneb ainult 23 happe jäägist, kuid kuulub valguliste hormoonide hulka.
Liigitus kvalitatiivse koostise järgi:
- homomeersed peptiidid – ainult aminohapetest koosnevad ühendid;
- heteromeersed peptiidid – ained, mille molekulides esineb ka mittevalgulisi osi.
Lisaks jagunevad peptiidid ka aminohapete omavahelise ühenduse viisi alusel: esimesed nendest on peptiidid, kus aminohappe jäägid on seotud ainult amiidsidemetega; teised aga sisaldavad ahelas teist liiki sidemeid. Näiteks võivad aminohappe jäägid olla seotud ester-, aso-, disulfiid- ja teiste sidemetega.[1]
Ajalugu
muudaEsimesed peptiidid saadi valkude fermentatiivsel hüdrolüüsil. Termini “peptid” pakkus välja saksa keemik Hermann Emil Fischer. Aastal 1953 sünteesiti oksütotsiin, esimene polüpeptiidne hormoon. 1963. aastal arendas Robert Bruce Merrifield uue sünteesimeetodi tahkel kandjal, mis tegi sünteesi palju kiiremaks ja võimaldas vältida töömahukaid protseduure(eriti ekstraheerimist ja solventide destilleerimist iga etapi järel). Selle meetodi kasutamise tulemusena olid loodud esimesed süntesaatorid. Polüpeptiidide süntees võimaldab toota sünteetilist insuliini ja mõningaid fermente.[1]
Opioidsed peptiidid
muudaOpioidsed peptiidid moodustavad rühma looduslikke ja sünteetilisi peptiide, mis sarnanevad oma retseptoritega seondumise võime poolest erinevate opiaatidega (morfiin, kodeiin jne). Selliseid aineid eraldati 1975. aastal tuvide, rottide ja küülikute ajuripatsist. 1976. aastal leiti samalaadseid ühendeid ka inimese seljaaju vedelikust ja verest. Nende oligopeptiidide liigid on tuntud endorfiinide ja enkefaliinide nime all. Enamik selliseid ühendeid tekib organismis teiste kõrgmolekulaarsete ühendite rakusisese lagunemise teel. See toob endaga kaasa bioloogiliselt aktiivsete fragmentide tekke.[1]
Omadused
muudaOrganismis sünteesitakse peptiide, mis reguleerivad füsioloogilisi protsesse. Peptiidide omadused sõltuvad peamiselt esmasest struktuurist, mis kujutab endast aminohappe jääkide järjestust. Lisaks mõjutavad omadusi ka molekuli struktuur ja selle paigutus ruumis ehk teisene struktuur.
Madala molekulmassiga peptiidid sarnanevad omaduste poolest aminohapetega. Tavaliselt on nad kristalsed, hästi vees ja lahjades hapetes ning leelistes lahustuvad ained, peaaegu ei lahustu orgaanilistes solventides, lagunevad kuumutamisel kuni 200...300 °C. Molekulmassi suurenemine põhjustab teisese struktuuri teket. Peptiidi omadused hakkavad meenutama valkude omadusi.
Keemilised omadused on määratud vabade funktsionaalrühmadega ja sarnanevad vastavate aminohapete omadustega.
Peptiidid ja aminohapped annavad värvilise reaktsiooni ninhüdriiniga, millel põhineb nende kvalitatiivse määramise meetod.[2]
Peptiidside
muuda- Vaata ka: Peptiidside
See on keemilise sideme liik, mis tekib ühe aminohappe α-aminorühma ja teise happe karboksüülrühma vahelise kondensatsiooni tulemusena. Peptiidside on väga tugev ja tavatingimustes iseeneslikult ei katke. Peptiidsideme abil toimub valkude esmase struktuuri teke. Tänu lämmastiku aatomi π-elektronide, süsiniku- ja hapnikuaatomi konjugatsioonile omab ta osaliselt kaksiksideme omadusi:
See väljendub sidemepikkuse vähenemises kuni 1,33 Å võrreldes C-N üksiksidemega:
Kontsentreeritud hapete ja aluste mõjul toimub peptiidsideme hüdrolüüs, mille tulemusena saadakse vabad aminohapped.[3]
Tähtsus
muudaPeptiidsed hormoonid ja neuropeptiidid reguleerivad enamikku organismis toimuvatest protsessidest, samuti võtavad nad osa rakkude regenereerimisest. Immunoloogilist mõju omavad peptiidid kaitsevad organismi erinevate toksiinide mõju eest. Seega on organismi normaalseks talitlemiseks vaja teatavat kogust bioaktiivseid peptiide. Kuid vanemas eas ja patoloogiliste muutuste tagajärjel tekib peptiidide defitsiit, mis märgatavalt kiirendab kudede kulumist ja põhjustab organismi vananemist.[1]
Süntees (põhjused)
muuda
Pikemalt artiklis Peptiidisüntees
Peptiidide süntees toimub organismis mõne minuti jooksul, kuid keemiline süntees laboris võib võtta paar päeva ja vahel isegi rohkem, sünteesi tehnoloogia arendamine aga mitu aastat pidevat tööd. Sellele vaatamata on mitu tähtsat põhjust, miks on vaja looduslike peptiidide analooge sünteesida.
- Peptiidide keemiline moondamine on esmase struktuuri hüpoteesi tõestamise võimalus. Paljude hormoonide aminohappelised järjestused leidsid tõestust ainult tänu nende laboris sünteesitud analoogidele.
- Sünteetilised peptiidid võimaldavad uurida aktiivsuse ja aminohapete järjestuse vahelist seost. Selle seose kindlaks tegemiseks sünteesiti tuhandeid analooge. Tulemusena selgus, et ühe aminohappe asendamine teisega võib peptiidi bioloogilist aktiivsust mitmekordselt muuta või muuta aktiivsuse suunalisust. Peptiidahela pikkuse muutmine aitab leida aktiivsete tsentrite paiknemist ja retseptoorse vastastikmõju alasid.
- Tänu lähteahela modifitseerimisele tekib võimalus uusi ravimeid luua. Looduslike molekulide analoogide loomine võimaldab leida “efektiivsema” molekuli struktuuri, mis suurendab bioloogilist efekti.
Lisaks nimetatud põhjustele on peptiidide süntees majanduslikult kasulik. Enamik ravimeid oleks mitukümmend korda kallimad, kui neid looduslikest ainetest valmistada.[1]
Süntees
muudaSünteesi jaoks kasutatakse reageerivate karboksüül- ja aminorühma aktivatsiooni (aminorühma aktiveerimist kasutatakse harvem) ja ajutisi kaitserühmi, mis võimaldavad blokeerida reaktsioonitsentreid ja suunata sünteesi vajalikus suunas. Pärast sünteesi kaitserühmad eemaldatakse. Eriti keeruline on aminohapete ratsemisatsiooni ärahoidmine. Aktiveeritud karboksüülrühma sisaldavate aminohapete ja peptiidide derivaatidena kasutatakse tavaliselt asiide ja p-nitrofenüülestreid, harvem kasutatakse süsihappe sega anhüdriide. Ditsükloheksüülkarbodiimiidi kasutamisel toimub karboksüülrühma aktivatsioon. Võib kasutada ka teisi karbodiimiide, kuid praktikas leiab kõige rohkem kasutamist ditsükloheksüülkarbodiimiid. Aminorühma kaitstakse tavaliselt karbobensoksü- rühmaga (C6H5-CH2O-CO-), mis on kergesti kõrvaldatav hüdrogenolüüsiga pallaadium-pinnal või HBr-ga jää-äädikhappes (CH3COOH). Väga laialt on kasutatav NH2-rühma kaitseks FMOC-rühm (9-fluorenüüloksükarbonüül-rühm), mis on eemaldatav väga pehmetes tingimustes (näiteks 20% piperidiini lahus DMFis 10–20 minuti jooksul). Lisaks leiavad kasutamist ka p-tolueensulfonüül- ja tert-butoksükarbonüülrühm. Mõlemad on eemaldatavad nõrkade hapetega ja Na-ga vedelas ammoniaagis (NH3). Karboksüülrühma kaitsmiseks esterdatakse seda, muutes metüül- või bensüülestriks. Esimene rühm on kõrvaldatav aluselise hüdrolüüsiga, teine aga hüdrogenolüüsiga. Teisi funktsionaalrühmi sisaldavate peptiidide sünteesil kasutatakse spetsiifilisi kaitserühmi, mida on võimalik selektiivselt eemaldada.[2]
Bioloogiliselt aktiivsed peptiidid
muudaSee peptiidide rühm reguleerib organismis paljusid protsesse. Mõju järgi kuuluvad nad järgmistesse rühmadesse:
- hormonaalselt aktiivsed ühendid (vasopressin, glükagoon);
- seedimist reguleerivad peptiidid (gastriin);
- valu vaigistava efektiga ühendid (opioidsed peptiidid);
- kõrgema närvitegevuse eest vastutavad peptiidid, mis reguleerivad emotsioonide tekkega seotud biokeemilisi protsesse jne;
- vererõhku ja veresoonte toonust reguleerivad ained.
Selline jaotus on samuti natuke tinglik, sest sageli omab üks ja sama ühend mitut omadust ja võib seega avaldada mõju mitmele protsessile. [1]
Peptiidsed hormoonid
muudaOn kõige suurem ja laiem hormonaalsete ühendite klass. Hormonaalne mõju põhineb informatsiooni ülekandmisel, kuid erinevalt närvisüsteemist ei toimu nende puhul informatsiooni salvestamist. Organismis sünteesitud, satuvad hormoonid vereringesse ja vajaliku rakuni jõudes seonduvad nad spetsiifiliselt retseptoriga. Hormooni retseptorid asuvad rakumembraanil või selle tsütoplasmas. Kui hormoon interakteerub retseptoriga, siis adenülaattsüklaasi aktivatsiooni tulemusena tekkiv tsükliline AMP (adenosiinmonofosfaat) astub rakus toimuvate reaktsioonide eri staadiumide "vahendajana". Sellisel viisil initsieeritud hormonaalne efekt on määratud raku omadustega.[1]
Neuropeptiidid
muuda- Pikemalt artiklis Neuropeptiidid
On neuronites sünteesitavad peptiidid, mis kannavad edasi signaale. Neuropeptiidide mõju kesknärvisüsteemile on väga erinev. Nad mõjuvad vahetult ajule ja reguleerivad und, mälu, käitumist, avaldavad valu vaigistavat efekti.[1]