Von der Redaktion Infinity Peptides ·
Peptide sind kurze Ketten aus Aminosäuren – und eines der vielseitigsten Werkzeuge der biomedizinischen Forschung. Ein Überblick über Aufbau, Nomenklatur, Herstellung und Grenzen.
Peptide begegnen einem in der Biologie an fast jeder Stelle: als Hormone, als Botenstoffe im Nervensystem, als Bausteine der Immunabwehr. Für die Forschung sind sie besonders interessant, weil sie sich gezielt herstellen und verändern lassen. Dieser Beitrag erklärt die Grundlagen, auf denen alle weiteren Artikel im Wissensbereich aufbauen.
Peptide sind Ketten aus 2 bis etwa 50 Aminosäuren, verbunden über Peptidbindungen.
Die Sequenz wird vom N- zum C-Terminus geschrieben, im Drei- oder Einbuchstabencode.
Forschungspeptide entstehen fast immer durch Festphasen-Peptidsynthese.
Als trockenes Lyophilisat sind sie stabil, in Lösung deutlich weniger.
Ergebnisse aus Zellkultur und Tiermodell sind nicht auf den Menschen übertragbar.
Peptide bestehen aus Aminosäuren, die über Peptidbindungen verknüpft sind. Dabei reagiert die Carboxylgruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe der nächsten, und es wird ein Molekül Wasser abgespalten.
So entsteht eine Kette mit zwei unterscheidbaren Enden: dem N-Terminus mit einer freien Aminogruppe und dem C-Terminus mit einer freien Carboxylgruppe. Kurze Peptide werden nach der Zahl ihrer Bausteine benannt: Ein Tripeptid hat drei, ein Pentapeptid fünf, ein Pentadecapeptid fünfzehn Aminosäuren.
Eine feste Grenze gibt es nicht. Als Faustregel gilt: bis etwa 50 Aminosäuren Peptid, darüber Protein.
Wichtiger als die Länge ist oft die Struktur. Proteine falten sich in der Regel in eine stabile dreidimensionale Form, viele kurze Peptide dagegen sind in Lösung beweglich und nehmen ihre wirksame Form erst beim Binden an ihr Zielmolekül ein.
Die Sequenz wird vom N- zum C-Terminus gelesen, entweder im Drei- oder im Einbuchstabencode. Zusätze am Anfang oder Ende beschreiben chemische Veränderungen.
Schreibweise | Beispiel | Bedeutung |
|---|---|---|
Dreibuchstabencode | Gly-His-Lys | Glycin, Histidin, Lysin |
Einbuchstabencode | GHK | dieselbe Sequenz |
C-terminales Amid | …-NH2 | Carboxylgruppe als Amid, oft stabiler gegen Abbau |
D-Aminosäure | D-Ala | spiegelbildliche Form, selten in der Natur |
Acetylierung | Ac-… | N-Terminus mit Acetylgruppe verschlossen |
Forschungspeptide werden fast ausschließlich über die Festphasen-Peptidsynthese hergestellt. Robert Bruce Merrifield hat das Verfahren 1963 beschrieben und 1984 dafür den Nobelpreis für Chemie erhalten.
Die erste Aminosäure wird an ein unlösliches Trägerharz gebunden, und die Kette wächst Schritt für Schritt. Zum Schluss wird das fertige Peptid vom Harz gelöst, aufgereinigt und gefriergetrocknet. Weil nicht jeder Kopplungsschritt vollständig verläuft, entstehen Nebenprodukte – verkürzte Ketten oder Ketten mit Resten von Schutzgruppen. Je länger ein Peptid, desto größer ist dieser Anteil. Deshalb ist die Analytik so wichtig; mehr dazu im Beitrag Analysezertifikat lesen.
Peptide binden oft hochspezifisch an einen bestimmten Rezeptor und lassen sich gezielt verändern. Das macht sie zu präzisen Werkzeugen, um einzelne Signalwege in Zellkultur oder Modellsystem zu untersuchen.
Weil sich die Sequenz Baustein für Baustein austauschen lässt, kann man prüfen, welche Aminosäure für welche Eigenschaft verantwortlich ist. Die Themen unseres Wissensbereichs zeigen die Bandbreite: Regeneration und Gewebereparatur, Körperkomposition und Fettstoffwechsel, Mitochondrien und Energieversorgung sowie Schlaf und Chronobiologie.
Peptide sind in Lösung empfindlich, und die meisten Studien zu Forschungspeptiden stammen aus Zellkultur und Tiermodellen. Beides begrenzt, was sich aus einem Ergebnis ableiten lässt.
Enzyme, Oxidation und Hydrolyse greifen gelöste Peptide an, weshalb sie als trockenes Lyophilisat geliefert und gelagert werden – siehe Peptide lagern und handhaben. Ergebnisse aus Modellsystemen lassen sich nicht ohne Weiteres auf den Menschen übertragen; das gilt für jeden Beitrag in diesem Wissensbereich.
Eine feste Grenze gibt es nicht. Als Faustregel spricht man bis etwa 50 Aminosäuren von einem Peptid, darüber von einem Protein.
Ein gefriergetrocknetes Pulver. Beim Gefriertrocknen wird der Probe unter Vakuum das Wasser entzogen, wodurch Peptide deutlich länger stabil bleiben als in Lösung.
Weil bei der schrittweisen Synthese nicht jede Kopplung vollständig gelingt. Es entstehen verkürzte oder unvollständig entschützte Ketten, die bei der Aufreinigung weitgehend, aber nie restlos entfernt werden.
Merrifield RB. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. Journal of the American Chemical Society, 1963. doi:10.1021/ja00897a025
Lau JL, Dunn MK. Therapeutic peptides: Historical perspectives, current development trends, and future directions. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2018. doi:10.1016/j.bmc.2017.06.052
Muttenthaler M et al. Trends in peptide drug discovery. Nature Reviews Drug Discovery, 2021. doi:10.1038/s41573-020-00135-8
