Peptid

Peptide sind kurze Aminosäureketten, die durch Peptidbindungen verknüpft sind . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Ein Polypeptid ist eine längere, durchgehende, unverzweigte Peptidkette. ^{[ 3 ]} Polypeptide mit einer Molekülmasse von 10.000 Da oder mehr werden als Proteine ​​bezeichnet . ^{[ 4 ]} Ketten aus weniger als zwanzig Aminosäuren werden als Oligopeptide bezeichnet und umfassen Dipeptide , Tripeptide und Tetrapeptide . ^{[ 5 ]}

Aminosäuren sind die Bausteine ​​von Peptiden . ^{[ 6 ]} Peptide sind üblicherweise linear und besitzen an ihren Enden einen N-terminalen (Aminogruppe) und einen C-terminalen (Carboxylgruppe) Rest. Cyclische Peptide bilden eine eigene Klasse.

Peptide werden nach ihrer Herkunft und Funktion klassifiziert. ^{[ 7 ]} Zu den Peptidgruppen gehören unter anderem Pflanzenpeptide, bakterielle/ antibiotische Peptide , Pilzpeptide, Peptide von Wirbellosen, Amphibien-/Hautpeptide, Giftpeptide, Krebs-/Antikrebspeptide, Impfstoffpeptide, Immun-/Entzündungspeptide, Gehirnpeptide, endokrine Peptide, Nahrungspeptide , gastrointestinale Peptide, kardiovaskuläre Peptide, Nierenpeptide, respiratorische Peptide, Opioidpeptide , neurotrophe Peptide und Blut-Hirn-Peptide. ^{[ 8 ]}

Einige ribosomale Peptide unterliegen der Proteolyse . Diese fungieren typischerweise in höheren Organismen als Hormone und Signalmoleküle. Manche Mikroorganismen produzieren Peptide als Antibiotika , wie beispielsweise Mikrozine und Bakteriozine . ^{[ 9 ]}

Peptide weisen häufig posttranslationale Modifikationen wie Phosphorylierung , Hydroxylierung , Sulfonierung , Palmitoylierung , Glykosylierung und Disulfidbildung auf . Im Allgemeinen sind Peptide linear, obwohl auch lariatartige Strukturen beobachtet wurden. ^{[ 10 ]} Es kommen auch exotischere Modifikationen vor, wie beispielsweise die Racemisierung von L-Aminosäuren zu D-Aminosäuren im Gift des Schnabeltiers . ^{[ 11 ]}

Nonribosomal peptides are assembled by enzymes, not the ribosome. A common non-ribosomal peptide is glutathione, a component of the antioxidant defenses of most aerobic organisms.^[12] Other nonribosomal peptides are most common in unicellular organisms, plants, and fungi and are synthesized by modular enzyme complexes called nonribosomal peptide synthetases.^[13]

These complexes are often laid out in a similar fashion, and they can contain many different modules to perform a diverse set of chemical manipulations on the developing product.^[14] These peptides are often cyclic and can have highly complex cyclic structures, although linear nonribosomal peptides are also common. Since the system is closely related to the machinery for building fatty acids and polyketides, hybrid compounds are often found. The presence of oxazoles or thiazoles often indicates that the compound was synthesized in this fashion.^[15]

Peptones are derived from animal milk or meat digested by proteolysis.^[16] In addition to containing small peptides, the resulting material includes fats, metals, salts, vitamins, and many other biological compounds. Peptones are used in nutrient media for growing bacteria and fungi.^[17]

Peptide fragments refer to fragments of proteins that are used to identify or quantify the source protein.^[18] Often these are the products of enzymatic degradation performed in the laboratory on a controlled sample, but can also be forensic or paleontological samples that have been degraded by natural effects.^[19][20]

Peptide können mit Proteinen und anderen Makromolekülen interagieren. Sie sind für zahlreiche wichtige Funktionen in menschlichen Zellen verantwortlich, wie beispielsweise die Zellsignalisierung, und wirken als Immunmodulatoren. ^{[ 22 ]} Studien zufolge werden 15–40 % aller Protein-Protein-Interaktionen in menschlichen Zellen durch Peptide vermittelt. ^{[ 23 ]} Darüber hinaus wird geschätzt, dass mindestens 10 % des pharmazeutischen Marktes auf Peptidprodukten basieren. ^{[ 22 ]}

Maschinelles Lernen und Deep-Learning- Architekturen werden umfassend zur Klassifizierung, zum Screening und zum Design von Peptiden auf Basis von Sequenz- und Strukturdaten eingesetzt. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Diese computergestützten Ansätze sind besonders wertvoll, wenn experimentelles Screening zu kostspielig, zeitaufwändig oder schwer skalierbar ist. Ein typischer Workflow umfasst die Kuratierung von Datensätzen, die Transformation von Peptidsequenzen oder -strukturen in numerische Merkmale, die Modelloptimierung und eine gründliche Validierung der Leistungsfähigkeit. ^{[ 26 ]} Häufig verwendete Repräsentationen sind die Aminosäurezusammensetzung, physikochemische Deskriptoren, Substitutionsmatrizen und gelernte Einbettungen, die aus Protein- oder Peptid-Sprachmodellen abgeleitet werden. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Diese Methoden wurden erfolgreich auf verschiedene Funktionsklassen angewendet, darunter antimikrobielle Peptide , zellpenetrierende Peptide und Antikrebsmittel. ^{[ 25 ] [ 26 ]} Aktuelle Herausforderungen in diesem Bereich sind die Behebung von Verzerrungen in Datensätzen, die Etablierung konsistenter Benchmarking-Protokolle und die Verbesserung der Interpretierbarkeit komplexer „Black-Box“-Modelle. ^{[ 26 ] [ 25 ]}

Der chemische Raum von Peptiden wird als multidimensionale Landschaft definiert, die durch molekulare Deskriptoren oder Fingerabdrücke geprägt ist. Innerhalb dieses Rahmens dient der Abstand zwischen spezifischen Molekülen als Indikator für chemische oder funktionelle Ähnlichkeit. ^{[ 28 ] [ 29 ]} Dieser Raum kann mithilfe von primären Aminosäuresequenzen, dreidimensionalen Strukturdaten oder einer Kombination aus beidem kartiert werden. Zu den wichtigsten molekularen Eigenschaften für die Kartierung gehören Molekulargewicht, Lipophilie (logP und logD), topologische polare Oberfläche (TPSA) und Wasserstoffbrückendynamik. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Dimensionsreduktionsverfahren – wie die Hauptkomponentenanalyse (PCA), t-SNE und UMAP – werden häufig zusammen mit Clustering-Algorithmen eingesetzt, um Peptidbibliotheken zu visualisieren und Cluster mit verwandten biologischen Aktivitäten zu identifizieren. ^{[ 31 ] [ 28 ]} Peptide unterscheiden sich von traditionellen kleinen Molekülen durch ihre einzigartige Kombination aus Aminosäuresequenz, Flexibilität des Amid-Rückgrats und Anfälligkeit für chemische Modifikationen, die allesamt die Bioverfügbarkeit und Membranpermeabilität bestimmen. ^{[ 29 ]} Computergestützte Analysen werden durch Notationssysteme wie FASTA, HELM und BILN unterstützt, die sowohl kanonische als auch modifizierte Sequenzen kodieren. ^{[ 27 ]} Modifikationen wie die Zyklisierung oder die Integration nicht-natürlicher Aminosäuren verändern die Position eines Peptids im chemischen Raum signifikant und beeinflussen so seine Stabilität und Zielaffinität. Daher ist die Analyse des chemischen Raums ein wichtiges Werkzeug für das virtuelle Screening und die Entdeckung gemeinsamer Bioaktivitätsregionen in verschiedenen Peptidfamilien. ^{[ 29 ] [ 27 ]}

Die in diesem Abschnitt beschriebenen Peptidfamilien sind ribosomale Peptide, die üblicherweise hormonelle Aktivität aufweisen. Alle diese Peptide werden von Zellen als längere „ Propeptide “ oder „Proproteine“ synthetisiert und vor dem Verlassen der Zelle verkürzt. Sie werden in den Blutkreislauf freigesetzt, wo sie ihre Signalwirkung entfalten. ^{[ 32 ]}

• Familie Magainin
• Cecropin- Familie
• Cathelicidin- Familie
• Familie Defensin

• Substanz P
• Kassinin
• Neurokinin A
• Eledoisin
• Neurokinin B

• Vasoaktives intestinales Peptid (VIP; PHM27)
• Hypophysäres Adenylatcyclase-aktivierendes Peptid (PACAP)
• Peptid PHI 27 (Peptid Histidin Isoleucin 27)
• Wachstumshormon-Releasing-Hormon (GHRH) 1-24
• Glucagon
• Sekretin

• Neuropeptid Y (NPY)
• Peptid YY (PYY)
• Avianisches Pankreaspolypeptid (APP)
• Pankreatisches Polypeptid (PPY)

• Proopiomelanocortin (POMC)-Peptide
• Enkephalin- Pentapeptide
• Prodynorphin -Peptide

• Calcitonin
• Amylin
• AGG01

• Aromatische kurze Peptide ^{[ 33 ] [ 34 ]}
• Biomimetische Peptide ^{[ 35 ]}
• Peptidamphiphile ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}
• Peptid-Dendrimere ^{[ 40 ]}

• B-Typ natriuretisches Peptid (BNP) – wird im Myokard produziert und ist nützlich für die medizinische Diagnostik
• Lactotripeptide – Lactotripeptide könnten den Blutdruck senken , ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]} obwohl die Beweislage uneinheitlich ist. ^{[ 44 ]}
• Peptidische Komponenten aus der traditionellen chinesischen Medizin Colla Corii Asini in der Hämatopoese. ^{[ 45 ]}
• Jelleine – hergestellt aus dem Gelée Royale der Honigbienen.

Für einige Begriffe im Zusammenhang mit Peptiden gibt es keine strengen Längendefinitionen, und ihre Verwendung überschneidet sich häufig:

• Ein Polypeptid ist eine einzelne lineare Kette aus vielen Aminosäuren (beliebiger Länge), die durch Amidbindungen zusammengehalten werden .
• Ein Protein besteht aus einem oder mehreren Polypeptiden (mit einer Länge von mehr als etwa 50 Aminosäuren).
• Ein Oligopeptid besteht nur aus wenigen Aminosäuren (zwischen zwei und zwanzig).

Peptide und Proteine ​​werden oft durch die Anzahl der Aminosäuren in ihrer Kette beschrieben, z. B. kann ein Protein mit 158 ​​Aminosäuren als „158 Aminosäuren langes Protein“ bezeichnet werden. Peptide bestimmter kürzerer Länge werden mit numerischen Multiplikatorpräfixen der IUPAC benannt :

• Ein Monopeptid besteht aus einer Aminosäure (nicht allein, sondern in Kombination mit einer oder mehreren anderen Molekülarten).
• Ein Dipeptid besteht aus zwei Aminosäuren.
• Ein Tripeptid besteht aus drei Aminosäuren.
• Ein Tetrapeptid besteht aus vier Aminosäuren.
• Ein Pentapeptid besteht aus fünf Aminosäuren ( z. B. Enkephalin ) .
• Ein Hexapeptid besteht aus sechs Aminosäuren. ( z. B. Angiotensin IV ).
• Ein Heptapeptid besteht aus sieben Aminosäuren. ( z. B. Spinorphin ) .
• Ein Oktapeptid besteht aus acht Aminosäuren ( z. B. Angiotensin II ).
• Ein Nonapeptid besteht aus neun Aminosäuren ( z. B. Oxytocin ) .
• Ein Dekapeptid besteht aus zehn Aminosäuren ( z. B. Gonadotropin -Releasing-Hormon und Angiotensin I ).
• Ein Undecapeptid besteht aus elf Aminosäuren ( z. B. Substanz P ).

Die gleichen Wörter werden auch verwendet, um eine Gruppe von Resten in einem größeren Polypeptid zu beschreiben ( z . B. RGD-Motiv ).

• Ein Neuropeptid ist ein Peptid, das in Verbindung mit Nervengewebe aktiv ist.
• Ein Lipopeptid ist ein Peptid, an das ein Lipid gebunden ist, und Pepducine sind Lipopeptide, die mit GPCRs interagieren.
• Ein Peptidhormon ist ein Peptid, das als Hormon wirkt .
• Eine Proteose ist ein Gemisch aus Peptiden, das durch die Hydrolyse von Proteinen entsteht. Der Begriff ist etwas veraltet.
• Ein peptiderger Wirkstoff (oder ein Medikament) ist eine chemische Substanz, die direkt auf die Peptidsysteme im Körper oder Gehirn einwirkt. Ein Beispiel hierfür sind Opioidergetika , die zu den Neuropeptidergika gehören .
• Ein zellpenetrierendes Peptid ist ein Peptid, das in der Lage ist, die Zellmembran zu durchdringen.

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