Peptiidid

Peptiidid on molekulid, mis koosnevad ridamisi peptiidsidemetega üksteise külge aheldatud aminohapetest. Mõistet "peptiid" kasutatakse enamasti lühikeste, 2–10 aminohappest koosnevate ahelate kohta. Pikemaid peptiide nimetatakse polüpeptiidideks. Tähtsamad polüpeptiidid on valgud, mis on kõikide elusorganismide ja viiruste asendamatud koostisosad.
Aastal 1900 pakkus saksa keemik-orgaanik Hermann Emil Fischer välja hüpoteesi, mille järgi on peptiidid oma olemuselt omavahel eriliste sidemetega seotud aminohapete järjestus. Juba aastal 1902 sai ta oma teooriale tõestust, aastal 1905 töötas välja üldise meetodi, mis võimaldas peptiide laboritingimustes sünteesida. Teadlased on uurinud erinevate ainete struktuuri ja omadusi ning välja töötanud erinevaid meetodeid ja võtteid pikkade ahelate monomeerideks lagundamiseks ja loonud uusi sünteesimeetodeid. Tänapäeval tuntakse üle 1500 liigi erinevaid peptiide, kindlaks on tehtud nende omadused ja sünteesimeetodid.

Ajalugu

Esimesed peptiidid saadi valkude fermentatiivsel hüdrolüüsil. Termini “peptid” pakkus välja saksa keemik Hermann Emil Fischer. Aastal 1953 sünteesiti oksütotsiin, esimene polüpeptiidne hormoon. 1963. aastal arendas Robert Bruce Merrifield uue sünteesimeetodi tahkel kandjal, mis tegi sünteesi palju kiiremaks ja võimaldas vältida töömahukaid protseduure(eriti ekstraheerimist ja solventide destilleerimist iga etapi järel). Selle meetodi kasutamise tulemusena olid loodud esimesed süntesaatorid. Polüpeptiidide süntees võimaldab toota sünteetilist insuliini ja mõningaid fermente.

Opioidsed peptiidid

Opioidsed peptiidid moodustavad rühma looduslikke ja sünteetilisi peptiide, mis sarnanevad oma retseptoritega seondumise võime poolest erinevate opiaatidega (morfiin, kodeiin jne). Selliseid aineid eraldati 1975. aastal tuvide, rottide ja küülikute ajuripatsist. 1976. aastal leiti samalaadseid ühendeid ka inimese seljaaju vedelikust ja verest. Nende oligopeptiidide liigid on tuntud endorfiinide ja enkefaliinide nime all. Enamik selliseid ühendeid tekib organismis teiste kõrgmolekulaarsete ühendite rakusisese lagunemise teel. See toob endaga kaasa bioloogiliselt aktiivsete fragmentide tekke.

Omadused

Organismis sünteesitakse peptiide, mis reguleerivad füsioloogilisi protsesse. Peptiidide omadused sõltuvad peamiselt esmasest struktuurist, mis kujutab endast aminohappe jääkide järjestust. Lisaks mõjutavad omadusi ka molekuli struktuur ja selle paigutus ruumis ehk teisene struktuur. Madala molekulmassiga peptiidid sarnanevad omaduste poolest aminohapetega. Tavaliselt on nad kristalsed, hästi vees ja lahjades hapetes ning leelistes lahustuvad ained, peaaegu ei lahustu orgaanilistes solventides, lagunevad kuumutamisel kuni 200...300 °C. Molekulmassi suurenemine põhjustab teisese struktuuri teket. Peptiidi omadused hakkavad meenutama valkude omadusi. Keemilised omadused on määratud vabade funktsionaalrühmadega ja sarnanevad vastavate aminohapete omadustega. Peptiidid ja aminohapped annavad värvilise reaktsiooni ninhüdriiniga, millel põhineb nende kvalitatiivse määramise meetod.

Tähtsus

Peptiidsed hormoonid ja neuropeptiidid reguleerivad enamikku organismis toimuvatest protsessidest, samuti võtavad nad osa rakkude regenereerimisest. Immunoloogilist mõju omavad peptiidid kaitsevad organismi erinevate toksiinide mõju eest. Seega on organismi normaalseks talitlemiseks vaja teatavat kogust bioaktiivseid peptiide. Kuid vanemas eas ja patoloogiliste muutuste tagajärjel tekib peptiidide defitsiit, mis märgatavalt kiirendab kudede kulumist ja põhjustab organismi vananemist.

Süntees

Sünteesi jaoks kasutatakse reageerivate karboksüül- ja aminorühma aktivatsiooni (aminorühma aktiveerimist kasutatakse harvem) ja ajutisi kaitserühmi, mis võimaldavad blokeerida reaktsioonitsentreid ja suunata sünteesi vajalikus suunas. Pärast sünteesi kaitserühmad eemaldatakse. Eriti keeruline on aminohapete ratsemisatsiooni ärahoidmine. Aktiveeritud karboksüülrühma sisaldavate aminohapete ja peptiidide derivaatidena kasutatakse tavaliselt asiide ja p-nitrofenüülestreid, harvem kasutatakse süsihappe sega anhüdriide. Ditsükloheksüülkarbodiimiidi kasutamisel toimub karboksüülrühma aktivatsioon. Võib kasutada ka teisi karbodiimiide, kuid praktikas leiab kõige rohkem kasutamist ditsükloheksüülkarbodiimiid. Aminorühma kaitstakse tavaliselt karbobensoksü- rühmaga (C₆H₅-CH₂O-CO-), mis on kergesti kõrvaldatav hüdrogenolüüsiga pallaadium-pinnal või HBr-ga jää-äädikhappes (CH₃COOH). Väga laialt on kasutatav NH₂-rühma kaitseks FMOC-rühm (9-fluorenüüloksükarbonüül-rühm), mis on eemaldatav väga pehmetes tingimustes (näiteks 20% piperidiini lahus DMFis 10–20 minuti jooksul). Lisaks leiavad kasutamist ka p-tolueensulfonüül- ja tert-butoksükarbonüülrühm. Mõlemad on eemaldatavad nõrkade hapetega ja Na-ga vedelas ammoniaagis (NH₃). Karboksüülrühma kaitsmiseks esterdatakse seda, muutes metüül- või bensüülestriks. Esimene rühm on kõrvaldatav aluselise hüdrolüüsiga, teine aga hüdrogenolüüsiga. Teisi funktsionaalrühmi sisaldavate peptiidide sünteesil kasutatakse spetsiifilisi kaitserühmi, mida on võimalik selektiivselt eemaldada.

Peptiidsed hormoonid

On kõige suurem ja laiem hormonaalsete ühendite klass. Hormonaalne mõju põhineb informatsiooni ülekandmisel, kuid erinevalt närvisüsteemist ei toimu nende puhul informatsiooni salvestamist. Organismis sünteesitud, satuvad hormoonid vereringesse ja vajaliku rakuni jõudes seonduvad nad spetsiifiliselt retseptoriga. Hormooni retseptorid asuvad rakumembraanil või selle tsütoplasmas. Kui hormoon interakteerub retseptoriga, siis adenülaattsüklaasi aktivatsiooni tulemusena tekkiv tsükliline AMP (adenosiinmonofosfaat) astub rakus toimuvate reaktsioonide eri staadiumide "vahendajana". Sellisel viisil initsieeritud hormonaalne efekt on määratud raku omadustega.