De Sarah C.P. Williams

peptidele sunt

In aceasta sectiune

Noiembrie/decembrie 2015

  • Peptidele care afectează modul în care funcționează celulele - cunoscute sub numele de "biopeptide" - sunt un subiect important de studiu în domeniul proteomicii.
  • Multe biopeptide au un efect asupra metabolismului sau asupra modului în care organismul digeră alimentele, în timp ce altele au proprietăți funcționale utile în cosmetice.
  • Acest articol vă va pune la curent cu biopeptidele, care probabil vor deveni mai abundente în alimente și medicamente pe măsură ce oamenii de știință descoperă cum să le izoleze, să le studieze și să le producă mai bine.

În fiecare celulă a corpului uman, milioane de proteine ​​bâzâie de activitate. Unele sunt piese masive de mașini, relativ vorbind, care direcționează reacțiile chimice; alții compun schela care dă forma celulelor; iar unii acționează ca vehicule pentru a transporta produse și mesaje pe tot corpul. Nu se îndoiește de importanța lor. Dar există o altă clasă de molecule care funcționează în umbra acestor behemoti: peptidele. Micii frați ai proteinelor, peptidele sunt molecule mai mici compuse din aceleași blocuri de construcție.

În pofida dimensiunilor lor minuscule - și adesea din cauza ei - peptidele au apărut ca entități biologice din ce în ce mai importante capabile să trateze boli, să reducă inflamația, să facă alimentele mai hrănitoare, să omoare microbii și să inverseze îmbătrânirea. Pe măsură ce oamenii de știință studiază proprietățile supradimensionate ale peptidelor mici, încep să descopere cum să le izoleze, să le studieze și să le producă mai bine. Este doar începutul peptidelor bioactive.

Bazele biopeptidelor

Proteinele și peptidele sunt, deopotrivă, formate din șiruri de aminoacizi proteinogeni sau standard, aminoacizi-22 elemente chimice organice care se găsesc în corpul uman. În funcție de cine cereți, o proteină - pentru a-și câștiga numele - trebuie să aibă mai mult de 20, 40 sau 50 de aminoacizi; o proteină medie în corpul uman este totuși mult mai mare decât aceasta, cu undeva în jur de 500 de aminoacizi. O peptidă este orice șir de cel puțin doi aminoacizi care are mai puține decât această limită desemnată - câteva zeci de elemente de construcție, mai degrabă decât câteva sute.

Diferențele dintre proteine ​​și peptide, deși sunt înrădăcinate în mărime, nu se termină cu cât de mari sau mici sunt. Deoarece peptidele sunt atât de scurte, în general nu se pliază în structuri complexe, cum ar fi proteinele mai mari; în loc să formeze spirale, foi, complexe mari și globule, peptidele rămân un șir liber, bidimensional, în interiorul celulelor. Și datorită atât dimensiunilor lor mici, cât și lipsei structurii organizate, peptidele tind să poată să se strecoare prin spații în care proteinele mai mari nu se pot potrivi - pot pătrunde în pereții intestinelor, în pielea umană și, în unele cazuri, chiar și în membranele din jur. . Pentru producătorii de medicamente sau inginerii alimentari, aceasta este una dintre cele mai atrăgătoare calități ale biopeptidelor; pot ajunge rapid în fluxul sanguin pentru a merge acolo unde sunt necesare. În plus, peptidele scurte pot fi mai simple și mai ieftine de produs în comparație cu proteinele complicate, mai mari.

Pentru a produce proteine, utilajele din interiorul nucleului celulei transcriu mai întâi o catenă de ADN (acid dezoxiribonucleic) într-o catenă corespunzătoare de ARN mesager (acid ribonucleic; ARNm). Apoi, în asociere cu ribozomii din afara nucleului, fiecare triplet de ARN m, sau codon, este tradus într-un aminoacid care alcătuiește o proteină în creștere. În cele din urmă, proteina ar putea fi procesată de celulă prin adăugarea de entități chimice pe șirul de aminoacizi sau prin îndepărtarea secțiunilor din catena.

Când vine vorba de peptide, câteva sunt produse prin această cale clasică de fabricare a proteinelor. Dar marea majoritate provin din alte părți: mâncarea pe care o mâncăm. Când bei un pahar de lapte sau găsești un burger, sistemul tău digestiv se confruntă cu mii de proteine ​​din alimente. În procesul de digestie, multe dintre aceste proteine ​​sunt descompuse în bucăți mai mici și mai ușor de gestionat: peptide. Unele dintre acestea nu au nicio funcție imediată - vor continua să fie prelucrate ulterior, astfel încât corpul să își poată utiliza ulterior elementele de construcție. Dar altele sunt peptide bioactive; bioactive în sensul că pot provoca o modificare a funcționării unei celule. Acestea au atras atenția cercetătorilor.

Combaterea microbilor

În urmă cu douăzeci de ani, biologul molecular Maxwell Hincke de la Universitatea din Ottawa (Ontario, Canada) a început studiul proteinelor care alcătuiesc cojile de ouă. El a vrut să vadă dacă studierea modului în care se formează cojile de ouă ar putea ajuta la informarea cercetărilor privind dinții și oasele. Dar în curând și-a dat seama că coaja de ou are și mai mult potențial decât să fie un sistem simplu de model pentru calcificare. Hincke a vorbit recent despre analiza proteomică a membranelor cu coajă de ouă la cea de-a 106-a reuniune anuală AOCS și vitrine industriale (AM&IS), care a avut loc în perioada 3-6 mai 2015, în Orlando, Florida, SUA.

„Pe măsură ce treceau anii, am văzut că coaja de ou nu este doar o barieră pasivă”, spune Hincke. „Dacă faceți un pas înapoi, vedeți că coaja de ou are toate aceste mecanisme pentru protejarea vieții din interiorul său”.

Grupul său a început să izoleze moleculele de cochilii și să le studieze funcțiile și a descoperit că cojile de ouă - care sunt aruncate de tone în fabricile de ouă - sunt o sursă abundentă de peptide bioactive.

În special, Hincke și colegii săi au studiat biopeptidele din coajă de ouă care luptă împotriva microbilor. "Aceasta este o sursă complet nouă de peptide antimicrobiene, așa că primim un alt tip de perspectivă decât oricând", spune Hincke. În timp ce toate animalele au proteine ​​numite beta-defensine care ajută la combaterea bolilor, de exemplu, Hincke a descoperit o nouă beta-defensină care este unică pentru ouă și poate fi capabilă să trateze infecții bacteriene care au rezistat clasic la antibiotice.

Constatarea este un exemplu de ce este atât de important să izolăm și să caracterizăm biopeptidele din surse noi, spune Hincke. „Natura este un imens motor experimental pentru dezvoltarea moleculelor cu proprietăți diverse”, spune el. „Putem merge întotdeauna la laborator și fabricăm peptide sintetice, dar accelerează lucrurile dacă mai întâi putem identifica un mecanism natural [care] este rezultatul a milioane de ani de evoluție”.

Adesea, spune Hincke, peptidele sau proteinele pot fi studiate pentru a găsi cea mai scurtă secvență de aminoacizi - în cadrul moleculei mai mari - care este necesară pentru o funcție antimicrobiană. „Unul dintre obiectivele noastre este întotdeauna să definim activitatea secvenței minime”, spune el. „Atunci ne putem juca cu acea secvență pentru a optimiza funcția.”

Cojile de ouă nu sunt singurul loc în care oamenii de știință au găsit biopeptide antimicrobiene. Hincke i-a izolat acum pe unii din sângele de pui, iar alții i-au identificat în produsele descompuse din lapte de vacă și capră, carne de vită și zer. Fiecare funcționează într-un mod diferit: unii sparg membrana exterioară a unui microb, în ​​timp ce alții interferează cu producția de ADN sau proteine ​​a microbilor. Unii acționează împotriva a aproape toți microbii, în timp ce alții sunt mai specifici - o peptidă din brânza de lapte de capră, de exemplu, sa dovedit a îmbunătăți simptomele persoanelor infectate cu Helicobacter pylori.

Există probabil mai multe peptide antimicrobiene care încă nu au fost descoperite, subliniază Hincke. „Tot ceea ce este viu trebuie să poată rezista invaziei bacteriene”, spune el. "Și este o lume mare acolo."

Dieta peptidică

Deoarece multe biopeptide sunt produse atunci când alimentele sunt descompuse în intestin, nu este surprinzător faptul că multe dintre aceste mini-proteine ​​au un efect asupra sațietății, apetitului sau modul în care organismul digeră alimentele. Într-o epocă de obezitate, boli de inimă și epidemii de diabet, este evident de ce oamenii de știință ar cerceta în mod activ aceste efecte ale biopeptidelor.

„Se știe că proteinele dietetice induc sățietatea cu diferite grade, dar mecanismul nu a fost clar”, spune Hiroshi Hara, profesor de știință alimentară și biochimie nutrițională la Universitatea Hokkaido din Sapporo, Japonia. Hara a prezentat, de asemenea, la recentele AM&IS.

Adesea, cercetările încep deoarece oamenii de știință știu că o sursă de hrană este deosebit de bună pentru a face oamenii să se simtă plini sau pentru a reduce tensiunea arterială sau colesterolul. Apoi, cercetătorii încearcă să identifice ce proteine ​​sau peptide cauzează acest efect.

Pentru Hara, a început cu soia. Cercetătorii au demonstrat că o proteină din soia numită β-conglicinină scade colesterolul și reduce incidența aterosclerozei la șoareci și suprimă foamea la oameni. Hara a vrut să știe ce peptide mai scurte din proteina β-conglicinină au fost responsabile pentru activitate. Așa cum este standard în încercarea de a izola biopeptidele, grupul Hara a digerat proteina β-conglicinină în laborator și apoi a testat fragmentele mai mici pentru eficacitatea lor la scăderea apetitului la șobolani. Cercetătorii au identificat o peptidă (peptida β 51-63) care a funcționat.

„Izolarea și identificarea structurilor active din proteine ​​ca aceasta sunt importante pentru a înțelege mecanismul”, spune Hara, și pentru a lucra spre „aplicarea peptidelor pentru prevenirea obezității sau a terapiei diabetului”.

Grupul lui Hara studiază acum peptidele din alte tipuri de fasole, precum și din cartofii dulci, despre care s-a demonstrat că temperează fluctuațiile zahărului din sânge. Alți cercetători au descoperit că peștele și fructele de mare sunt o sursă abundentă de peptide bioactive care modulează apetitul, tensiunea arterială, zahărul din sânge sau colesterolul.

Toshiro Matsui, profesor de bioștiință la Universitatea Kyushu din Fukuoka, Japonia, a izolat peptide minuscule - unele cu doar doi aminoacizi lungi - din soia, albușuri și ceaiuri - care aparent ajută la prevenirea tensiunii arteriale ridicate și a arterelor înfundate. Matsui a vorbit despre peptidele bioactive la AM&IS din mai 2015.

„Avantajul peptidelor [față de proteine] este absorbția lor intestinală preferabilă în corpul nostru”, spune Matsui. El crede că peptidele pe care le-a găsit afectează nivelurile de calciu din interiorul celulelor, ceea ce este esențial pentru modul în care acestea semnalizează. Dar alte peptide prezintă efecte similare prin blocarea unei proteine ​​numite enzime de conversie a angiotensinei (ACE), determinând relaxarea vaselor de sânge. Matsui încă caracterizează toate efectele perechilor de aminoacizi biologic active pe care le-a identificat.

„Dipeptidele ar putea îmbunătăți disfuncția renală, sugerând că peptidele mici au acțiuni potențiale și fiziologice încă mai necunoscute”, spune el. Pentru a înțelege mai bine aceste roluri, el a dezvoltat o metodă de etichetare a peptidelor pentru a urmări mișcarea lor prin corp.

Atât Hara, cât și Matsui spun că într-o zi oamenii de știință ar putea să integreze peptidele pe care le găsesc în pastile sau chiar în alimente în sine pentru a ajuta la prevenirea obezității și a diabetului. Dar, așa cum este povestea multor biopeptide nou descoperite, este nevoie de mai multă muncă pentru a caracteriza peptidele înainte ca acest lucru să se întâmple.

Frumusețe biopeptidică

Dacă citiți partea din față a recipientelor pentru produse cosmetice - de la loțiune facială anti-îmbătrânire la șampon - s-ar putea să credeți că există un domeniu în care biopeptidele fac deja o mare stropire în lumea comercială. Veți vedea „cremă de ochi cu infuzie peptidică”, „terapie cu buze peptidică” și „gel de curățare peptidică” la ghișeul de înfrumusețare. Dar nu trece la concluzii încă.

„În realitate, majoritatea marketingului pe care îl vedeți pentru produse cosmetice - inclusiv afirmații despre peptide - este exagerare”, spune Perry Romanowski, chimist cosmetic, vicepreședinte al Brains Publishing și cofondator al blogului de cosmetice The Beauty Brains. El a vorbit despre utilizarea și eficacitatea proteinelor și peptidelor în produse cosmetice la AOCS AM&IS. De fapt, subliniază el, dacă produsele cosmetice ar avea peptide bioactive în ele, acestea nu ar mai fi doar un produs cosmetic; acestea ar trebui să fie reglementate de către Food and Drug Administration (FDA) din SUA ca medicament. Acest lucru se datorează faptului că o cremă sau un produs de curățare care interacționează cu metabolismul pielii - pe care ar trebui să o facă o peptidă pentru a fi numit „bioactiv” - cade sub jurisdicția FDA.

Dar Romanowski admite că afirmațiile - în unele cazuri - nu sunt doar scoase de nicăieri. Există o serie de peptide biologic active pe care cercetările le-au arătat că ar putea avea proprietăți anti-îmbătrânire sau de îndepărtare a ridurilor. Este puțin probabil ca acestea să fie în curând în creme fără prescripție medicală. „Este într-adevăr o zonă gri”, spune el.

Peptidele promovate în produsele cosmetice - atât cele care nu reușesc să-și asigure funcția presupusă, cât și cele găsite în medicamentele care fac acest lucru - se încadrează, în general, în una dintre câteva categorii. Peptidele neurotransmițătoare, cum ar fi toxina botulinică utilizată în Botox ™, afectează funcția celulelor nervoase și pot reduce ridurile prin relaxarea mușchilor din față. Deși Botox a fost găsit foarte eficient, versiunile mai puțin puternice ale peptidelor de neurotransmițător găsite în unele noi creme fără prescripție medicală nu au prea mult efect până acum, Romanowski a scris într-o postare recentă pe blog despre peptide.

Alte peptide pot acționa ca molecule de semnalizare sau enzime, controlând producția sau descompunerea proteinelor mai mari din piele, inclusiv a proteinelor precum colagenul și elastina, care conferă pielii fermitatea sa. Și un set final de peptide, peptide purtătoare, se spune că transportă molecule mici, cum ar fi cuprul și magneziul în piele.

„Oamenii de știință au demonstrat prin cercetări că unele dintre acestea funcționează”, spune Romanowski. O peptidă numită GHK-cupru, de exemplu, a fost demonstrată în laborator pentru a face pielea mai fermă. Dar dacă doza acestuia în crema de piele are acel efect nu este clar; și dacă o va face, FDA și alte agenții de reglementare din întreaga lume ar putea să intervină pentru ao reglementa.

Cercetările privind peptidele anti-îmbătrânire, spune Romanowski, avansează în mod deosebit de repede. „Cred că produsele se îmbunătățesc puțin”, spune el. "Dar există și o mulțime de puf."

Unde intră colagenul

Printre cele mai recunoscute proteine ​​- împreună cu insulina și hemoglobina - se află colagenul. Colagenul face obiectul unei zone active de cercetare a peptidelor, deoarece este o componentă vitală a pielii, tendoanelor, ligamentelor, cartilajului și mușchilor la oameni. Datorită numeroaselor sale roluri, cercetătorii au căutat peptide mai mici, în cadrul proteinelor de colagen mai mari.

La Universitatea Prefecturală din Kyoto din Japonia, profesorul de biștiințe aplicate Kenji Sato se numără printre cei care izolează peptidele mici de colagen. El și-a propus să vadă ce peptide circulau în fluxul sanguin al unei persoane după ce a ingerat colagen sau gelatină, forma topită, nestructurată a proteinelor găsite în unele alimente. Dar a întâmpinat rapid o problemă cu care s-au confruntat și alții: izolarea peptidelor mici din sânge este dificilă.

Așadar, Sato a reglat recent o tehnică pentru a izola peptidele pe care dorea să le studieze. Folosind o substanță chimică numită izotiocianat de fenil (PITC), Sato poate izola și identifica peptidele care ar fi fost ratate folosind metode analitice convenționale.

Cu această nouă tehnică, Sato a găsit aproape o duzină de di- și tripeptide care sunt prezente în fluxul sanguin după ce o persoană mănâncă colagen. Dintre acestea, el a arătat că un cuplu, inclusiv hidroxiprolil-glicină și prolil-hidroxiprolină, poate stimula creșterea celulelor noi ale pielii. În afară de utilizările cosmetice (pe piață există deja „băuturi de înfrumusețare” ale peptidelor de colagen), Sato speră că peptidele ar putea avea în cele din urmă uz medical.

„Sper că peptida de colagen poate fi utilizată în spital ca„ aliment medical ”pentru a îmbunătăți vindecarea rănilor”, spune el.

Inainta

Deoarece peptidele sunt, în general, produsele secundare ale digestiei - și, prin urmare, sunt molecule la care corpul uman a fost expus de ani de zile - cercetătorii speră că se va găsi că acestea sunt mai sigure decât medicamentele noi, proiectate, care pot avea efecte neașteptate în organism. Dacă organismul nu are probleme cu digestia boabelor de soia, susțin ei, atunci nu există niciun motiv pentru care o doză de peptidă care provine din boabele de soia ar trebui să provoace probleme. Dar chiar dacă acesta este cazul, biopeptidele care sunt cu adevărat biologic active trebuie testate în studii riguroase pentru a se asigura că fac ceea ce spun și sunt sigure pentru consumatori și pacienți.

Vestea bună pentru cei care doresc să vadă biopeptide pe rafturile lor alimentare și farmaceutice este că cercetările privind moleculele sunt în continuă creștere: numărul de noi peptide care intră în studiile clinice în fiecare an a crescut cu 1.300% între anii 1970 și 2000.

TABELUL 1. O probă de peptide în curs de cercetare

În afară de cercetările ulterioare asupra peptidelor care au fost deja identificate, se continuă lucrul la dezvoltarea de noi metode de caracterizare a biopeptidelor prin degradarea proteinelor în moduri noi, separarea fragmentelor rezultate în moduri noi și screeningul acestora pentru funcția biologică în moduri noi. Mai mult, oamenii de știință vor să înțeleagă mai bine ce se întâmplă cu peptidele atunci când sunt în organism, folosind metode de urmărire, cum ar fi peptidele etichetate pe care le folosește Matsui. Există reguli generale care dictează când o biopeptidă poate fi absorbită de piele sau intestin sau când o peptidă este degradată în continuare în loc să circule în organism? Unele linii directoare privind proprietățile peptidei sunt cunoscute, dar cercetătorii nu pot prezice încă comportamentul fiecărei peptide.

În fiecare zi, ingerăm peptide găsite în mod natural în alimentele pe care le consumăm și producem și mai multe peptide produse de propriile noastre corpuri. Deci, atunci când un produs susține că conține peptide, nu este nimic neobișnuit. Dar, în viitor, peptidele bioactive pot fi chiar mai abundente în dulapul de aprovizionare cu alimente și medicamente. Va fi nevoie doar de mai multe cercetări pentru a ajunge acolo.