Peptidy a bílkoviny

Molekuly a-aminokyselin mají schopnost se vzájemně vázat a tvořit řetězce.Při tomto spojení molekul reaguje karboxylová skupina jedné molekuly aminokyseliny s aminokyselinou druhé molekuly.Přitom se odštěpuje molekula vody,vytváří se peptidová vazba –CO-NH- a z aminokyselin vznikají peptidy.

Kondenzací dvou molekul aminokyseliny vzniká dipeptid,spojením tří molekul tripeptid,deseti dekapeptid,při jedenácti až jednom stu vázaných molekul aminokyselin hovoříme obecně o polypeptidech.Je-li moleula sloučeniny tvořena více než stem vázaných molekul aminokyselin,řadí se tyto látky již mezi bílkoviny.

Peptidy tvoří přechod mezi a-aminokyselinami a bílkovinami.Mezi peptidy se řadí biologicky významné látky např. hormon insulin a jiné hormony,antibiotikum penicilin apod.

Bílkoviny jsou přírodní makromolekulární látky poměrně jednoduchého složení (obsahují přibližně 50% uhlíku,dále kyslík,dusík,vodík,malé množství síry a fosforu),avšak velmi složité struktury.Tvoří podstatnou část živé hmoty a jsou obsaženy v každé buňce.Bílkoviny jsou stavebním materiálem živého organismu a kromě toho plní i řadu dalších funkcí.
Makromolekuly bílkovin jsou vybudovány z molekul a-aminokyselin, navzájem vázaných peptidovými vazbami.Jejich řetězce jsou zpravidla šroubovitě stočeny.Kromě peptidové vazby se v makromolekulách bílkovin uplatňují i další vazby,např. vodíková vazba mezi kyslíkovým atomem karbonylové skupiny –CO- a vodíkovým atomem imidoskupiny -NH-.

Bílkoviny jsou velmi citlivé na teplo.Již při teplotě 60°C ztrácejí své biologické vlastnosti,narušují se vodíkové vazby uvnitř molekul a dochází k částečnému rozvinutí původní šroubovité struktury makromolekuly.Vyššími teplotami se bílkoviny srážejí,koagulují a nastává tvz. denaturace bílkoviny.
Podle chemického složení se rozlišují bílkoviny na jednoduché (to jsou např. albuminy a globuliny,které jsou obsaženy především v krevní plazmě) a složené (to je např. rostlinné barvivo chlorofyl,krevní bílkovina hemoglobin,mléčná bílkovina kasein aj.

Makromolekuly jednoduché bílkoviny se skládají je z aminokyselin vzájemně vázaných peptidovými vazbami.Složené bílkoviny obsahují ve svých makromolekulách i další složky např.sacharidy,kyselinu fosforečnou,tuky,organická barviva aj.
V současnosti se vědci snaží připravit bílkovinné látky synteticky.Syntéza tak složitých sloučenin je však spojena s velkými obtížemi.K jejímu uskutečnění je třeba především zjistit,z kterých aminokyselin je makromolekula bílkoviny vystavěna.Dále je nutno objasnit,v jakém pořadí jsou zbytky aminokyselin vázány v řetězci makromolekuly,a nakonec najít způsob,jímž se dosáhne příslušného uspořádání složek a jejich vzájemné vazby.

V roce 1954 úspěšně končila asi desetiletá práce vědců,která objasnila strukturu polypeptidu insulinu.Ukázalo se,že molekula insulinu je složena ze dvou polypeptidových řetězců,jeden je vytvořen z 21 a druhý z 30 vázaných molekul aminokyselin.
Před několika lety se podařilo uskutečnit i syntézu isulinu,Na syntézu jednoho polypeptidového řetězce insulinu bylo potřeba 89 reakcí,na přípravu druhého 138 reakcí.Příslušné reakce a jejich pořadí se musely zjistit výzkumem,jejich průběh a produkty bylo nutno poznat.To vše jen naznačuje složitost struktur bílkovin a problémy jejich syntézy.


Bílkoviny (proteiny)
Základní výživné látky,které přijímáme prostřednictvím jídla,jsou bílkoviny,uhlovodany,tuky,vitaminy,minerální látky,voda a vláknina.

U zdravého člověka,který netrpí nadváhou,tvoří bílkoviny asi 17% tělesné hmotnosti.Vyšší množství představuje už jenom voda.Bílkoviny se pak v těle dostávají ke svalům,kostem a chrupavkám,do kůže,tělních tekutin a do všech vnitřních orgánů,jako je srdce,játra,mozek či ledviny.

Bílkoviny můžeme popsat jako výživné látky pro stavbu těla.Bílkoviny,které v jídle sníme,jsou během zažívacího procesu přeměněny na aminokyseliny.Tělo samo si potom umí aminokyseliny rozdělit tak,aby je mohlo využít pro různé funkce.Některé budou použity pro růst a výrobu nových bílkovin potřebných v těle,jiné budou využity pro obnovu tělesných tkání,ještě další se promění v hormony,protilátky či enzymy.
Lidé v rozvinutých zemích získávají více než padesát procent svých bílkovin a tuků z masa,mléka a z vajec.V rozvojových zemích je celková spotřeba bílkovin a tuků nižší a živočišné produkty se na ní podílejí pouze asi 14%.


Peptidy
Peptidy jsou látky s širokou škálou biologických účinků od hormonálních léčiv až k jedům hadů či muchomůrek. Proto našly použití jak v humánní a veterinární medicíně, tak v základním nebo aplikovaném výzkumu v oblastech biochemie, farmakologie a imunologie. Imunologové používají peptidy k přípravě protilátek metodou imunizace pokusných zvířat peptidem připojeným k vhodnému nosiči. Biochemici a farmakologové zkoumají vztah mezi strukturou (sekvenci) peptidu a jeho aktivitou (hormonální, substrátovou, inhibicní apod.). Tento výzkum je často doplněn studiem konformaci a fyzikálních vlastnosti peptidu a jejich komplexu (s receptory, kovy aj.) metodami rentgenostrukturní analýzy nebo NMR spektroskopie. Kvalita potřebného peptidu závisí na způsobu použití. Pro imunizaci stačí obvykle nižší čistota produktu (cca 60%), pro strukturně-aktivní závislosti či fyzikálně-chemická měření je třeba čistoty podstatně vyšší (nad 95% HPLC čistoty).

K uvedeným účelům je často nutný velký počet individuálních peptidů v miligramových množstvích. Proto vznikly specializované firmy, které se zabývají přípravou peptidu pro zákazníky. Některé firmy používají katalogového prodeje, v našem prostředí jsou nejznámější společnosti Bachem a Novabiochem. Jiné firmy (např. Genosys) se zabývají syntézou peptidu podle individuálních objednávek zákazníků. U nás se od roku 1994 zabývá zakázkovou syntézou peptidu firma Prague Polypeptide Institute, která navázala na zkušenosti laboratoři Üstavu organické chemie a biochemie a bývalého n.p. Léčiva. Prague Polypeptide Institute je součástí mezinárodní společnosti Ferring-group, která se zabývá problematikou peptidu v širokém záběru.

Peptidy lze získávat buď izolací z biologického materiálu, dále genovou expresí (týká se převážně vysokomolekulárních peptidů) a v neposlední řade chemickou syntézou nebo semisyntézou. Pro zakázkové syntézy je vhodná jedině chemická syntéza. Základním principem syntézy peptidu v pevné fázi je postupná příprava peptidového řetězce z jednotlivých aminokyselin na nerozpustném polymerním nosiči. Přebytky činidel se odstraňují prostým odsáváním a promýváním, meziprodukty nejsou izolovány a identifikovány. Hotový peptid se z nosiče odštěpí a podrobí čistění. Metodika v pevné fázi je rychlá, velmi univerzální, lze ji automatizovat a je možno také připravovat více peptidu najednou (multiply peptide synthesis).V laboratoři používáme automatický syntetizátor vyvinutý v Ústavu organické chemie a biochemie, který dovoluje připravovat až 20 peptidů najednou, každý podle individuálního syntetického programu. Kromě toho umožňuje také syntézu peptidových knihoven.