Jeśli szukasz różnicy między peptydami a białkami, krótka odpowiedź brzmi: „rozmiar”.
Zarówno peptydy, jak i białka składają się z ciągów podstawowych składników budulcowych organizmu – aminokwasów – i są utrzymywane razem przez wiązania peptydowe. W podstawowych warunkach różnica polega na tym, że peptydy składają się z mniejszych łańcuchów aminokwasów niż białka.
Ale definicja i sposób, w jaki naukowcy używają każdego terminu, jest trochę luźna. Zgodnie z ogólną zasadą, peptyd zawiera dwa lub więcej aminokwasów. A żeby to trochę skomplikować, często można usłyszeć, jak naukowcy odnoszą się do polipeptydów – łańcucha 10 lub więcej aminokwasów.
Dr Mark Blaskovich z Institute for Molecular Bioscience (IMB) na University of Queensland w Australii mówi, że około 50-100 aminokwasów to granica między peptydem a białkiem. Ale większość peptydów znalezionych w ludzkim ciele są znacznie krótsze niż to – łańcuchy około 20 aminokwasów.
Jest też ważny wariant peptydu o nazwie cyklotyd. Podobnie jak w przypadku peptydu i białka, cyklotyd również składa się z ciągu aminokwasów, ale w przeciwieństwie do innych, końce cyklotydu są połączone razem, tworząc okrąg.
Jak omówimy poniżej, struktura ta jest ważna w produkcji terapeutycznych leków opartych na peptydach.
Jeśli chodzi o białka, biochemicy zazwyczaj rezerwują ten termin dla dużych cząsteczek peptydów, które mogą być albo jednym długim łańcuchem 100 lub więcej aminokwasów – „złożonym polipeptydem”, jeśli chcesz – lub mogą składać się z kilku łańcuchów aminokwasów połączonych razem.
Haemoglobina, znajdująca się w czerwonych krwinkach i niezbędna do przenoszenia tlenu, jest takim białkiem. Składa się z czterech różnych łańcuchów aminokwasów – dwóch po 141 aminokwasów i dwóch po 146 aminokwasów.
Dlaczego peptydy są „następną wielką rzeczą” w badaniach medycznych
Biochemicy są podekscytowani możliwościami prezentowanymi przez peptydy i białka jako środki farmaceutyczne, ponieważ tak często naśladują one dokładnie zachowanie naturalnego liganda – substancji, która wchodzi w interakcję z receptorem na enzymie lub komórce, aby wywołać proces biologiczny.
Daje to lekom peptydowym potencjał do bycia bardziej precyzyjnie ukierunkowanymi, z mniejszą ilością efektów ubocznych niż leki małocząsteczkowe.
W ciele, istnieje wiele różnych hormonów, które reagują z komórkami i wyzwalają różne procesy biologiczne. Często są to peptydy, albo wersje cykliczne, albo proste, liniowe.
I wtedy jest kwestia tego, jak szybko ten peptyd się rozpada, co powoduje pewne problemy ze stabilnością, ale pod względem bezpieczeństwa, może być pozytywne.
„Uważamy, że peptydy są przyszłością leków ze względu na bycie bardziej selektywnymi, silniejszymi i potencjalnie bezpieczniejszymi, ponieważ kiedy peptyd w końcu się rozpada, po prostu rozpada się na aminokwasy, a aminokwasy są pożywieniem, w zasadzie”, mówi profesor David Craik, który prowadzi IMB’s Clive and Vera Ramaciotti Facility for Producing Pharmaceuticals in Plants.
Są również względy produkcyjne, które czynią peptydy atrakcyjnymi – ich długość pozwala na ich chemiczną syntezę, w przeciwieństwie do białek, które są zazwyczaj wyrażane w komórkach drożdży lub ssaków.
Więc to są peptydy. Jakie są zastosowania białek?
Najbardziej obiecującym zastosowaniem białek są przeciwciała, które same w sobie są formą białka.
Szczególnie w zastosowaniach przeciwnowotworowych, istnieje wiele przeciwciał albo w klinice, albo w fazie rozwoju. Dwa dobrze znane przykłady to Herceptin (trastuzumab) na raka piersi i Humira (adalimumab) na reumatoidalne zapalenie stawów i inne choroby autoimmunologiczne.
Zaleta stosowania białek jest taka sama jak w przypadku zastosowań peptydów w medycynie – naśladują one coś, co jest naturalne w organizmie, lub zastępują coś, czego brakuje lub co jest uszkodzone.
W przypadku przeciwciał leki oparte na białkach wykorzystują tę samą strategię, którą stosuje organizm, aby ukierunkować działania. W ten sposób lek może zapewnić wymaganą specyficzność, jednocześnie unikając efektów ubocznych, które może mieć lek o małej cząsteczce, powodując złe skutki uboczne.
Kiedy zobaczymy nowe leki oparte na peptydach?
Stabilność może być problemem, ponieważ peptydy mogą ulegać degradacji bardzo szybko, a to oznacza, że dawkowanie peptydu pacjentowi może być trudne.
A według organizmu peptydy i białka są w zasadzie tylko pokarmem, co sprawia, że podawanie leków peptydowych w formie doustnej jest dość trudne, ponieważ organizm szybko je trawi.
„To dlatego twórcy leków często próbują przejść od peptydu i naśladować go z małą cząsteczką zamiast, ponieważ mała cząsteczka potencjalnie ma lepsze właściwości dla leku, gdzie mała cząsteczka pozostaje w organizmie dłużej i może być podawany doustnie,” Dr Blaskovich powiedział.
Ale wyzwaniem jest uzyskanie małej cząsteczki, aby naśladować peptyd.
„Miliardy są wydawane przez przemysł farmaceutyczny próbując to zrobić,” Dr Blaskovich dodał. „Dlatego, jeśli jesteś w stanie wymyślić leki, które są peptydami, zamiast przekształcać je w małe cząsteczki niepeptydowe, jest to potencjalnie znacznie szybszy sposób na opracowanie silnego, selektywnego i trafnego leku.”
Przemysł farmaceutyczny pozostaje sceptyczny, głównie z powodu kwestii stabilności, ale także trudności w uzyskaniu doustnie podawanych peptydów, aby przekroczyć barierę jelit i być podejmowane przez krwiobieg.
Ale dożylne i podskórne stosowanie peptydów jako leków staje się coraz bardziej powszechne. Na rynku jest około 60 leków peptydowych zatwierdzonych przez FDA, z około 140 lekami peptydowymi w badaniach klinicznych i ponad 500 w rozwoju przedklinicznym (przed testami na ludziach).
Są też zastosowania rolnicze
Pomimo, że stabilność peptydów jest wyzwaniem do pokonania przy stosowaniu u ludzi, jest to miecz obosieczny, który może być zaletą w niektórych zastosowaniach rolniczych. Szybkość degradacji peptydów stosowanych jako insektycydy lub fungicydy oznacza, że nie będą się one utrzymywać w środowisku.
Więc tworzenie większej stabilności peptydów może działać w obie strony.
Jeśli stabilność peptydu może być dostosowana, to może on trwać wystarczająco długo, aby działać na uprawę, ale wtedy również ulec degradacji.
To oznacza, że nie spowodowałoby to długoterminowych problemów DDT, na przykład, który może istnieć przez setki lat.
Dlaczego eksperci są tak podekscytowani lekami peptydowymi?
Cyklotydy – centralny punkt ciężkości pracy Craika – mają wielki potencjał, aby zająć się kwestiami stabilności leków peptydowych.
Jako że strukturalnie tworzą okrąg, cyklotydy nie mają słabego punktu luźnych końcówek, które przyspieszają degradację przez nasze enzymy trawienne. Są one dodatkowo stabilizowane przez kilka wzajemnie blokujących się wiązań krzyżowych, tworzących zwartą, bardzo stabilną strukturę. To pomaga im dotrzeć do celu w nienaruszonym stanie, nawet gdy są przyjmowane doustnie.
Grupa Blaskovicha pracuje nad dwoma obiecującymi antybiotykami opartymi na peptydach, które mają poradzić sobie z rosnącą opornością na antybiotyki.
Pierwszym z nich jest wzmocnienie glikopeptydowego (peptydy z cząsteczkami cukru na nich) antybiotyku wankomycyny, poprzez próbę uczynienia z niego super-wankomycyny, która bardziej selektywnie celuje w komórki bakteryjne. To podejście zaczyna się od wankomycyny jako rdzenia, z dodatkowymi grupami dodanymi w celu selektywnego oddziaływania z komórką bakteryjną zamiast z komórką ssaka.
Celem jest zwiększenie jej potencji w zabijaniu bakterii i zmniejszenie niepożądanych skutków ubocznych, jakie ma na komórki ludzkie.
Drugi program badawczy rozwija antybiotyki, które atakują bakterie Gram ujemne – ogólnie uważane za trudniejsze do zwalczenia. Peptydy te są cyklicznymi lipopeptydami (peptydy z dołączonym kwasem tłuszczowym lub lipidem) z ośmioma do 10 aminokwasami.
Możesz już brać leki oparte na peptydach
Jednym z najbardziej znanych leków opartych na peptydach jest eksenatyd, który jest sprzedawany pod nazwą Byetta. Jest on stosowany w celu ułatwienia kontrolowania poziomu cukru we krwi u pacjentów z cukrzycą typu 2.
Działa on poprzez zwiększenie produkcji insuliny w odpowiedzi na posiłki i jest syntetyczną formą peptydu występującego w jadzie potwora Gila – gatunku jadowitej jaszczurki występującej w Stanach Zjednoczonych i Meksyku.
Jest to liniowy peptyd zawierający 39 aminokwasów, który został opracowany około 10 lat temu i jest obecnie szeroko stosowany.
Jest to lek na bazie peptydów.