Проведен анализ массива данных о структурах и функциях молекул природных пептидов. Рассмотрено понятие олигопептида не только с химической точки зрения, но и с точки зрения математических представлений о малых числах. Описаны общие принципы биогенеза природных олигопептидов из специализированных неспециализированных предшественников. На основании этих представлений сформулировано понятие полной системы молекул данного типа. Показано, какие физические принципы лежат в основе функциональной активности олигопептидов. В качестве примера на основании информации базы данных EROP-Moscow о структурно-функциональных характеристиках олигопептидов, обладающих нейрональной, антимикробной, гормональной и фермент-ингибирующей активностью, рассмотрен ряд математических, химических, физических и биологических особенностей совокупности природных олигопептидов. Показано существенное отличие этих веществ от полипептидных молекул белков по физико-химическим характеристикам. Эти характеристики могут быть ключевыми в понимании молекулярных механизмов действия олигопептидов, приводящих к проявлению физиологических эффектов.
олигопептид, белок, фрагмент, структура, функция, регуляция, активность, биогенез, база
1. Pavlov I.P. Thérapie expérimentalle comme methode nouvelle et extrêmement féconde pour recherches physiologiques. Compt. rend. XIII Congrès international de médicine, Paris, 1901, pp. 55-61.
2. Замятнин А.А. Специализированный банк данных EROP-Moscow о свойствах природных регуляторных олигопептидов. Нейрохимия, 1990, т. 9, № 1, с. 71-82. [Zamyatin A.A. Special EROP-Moscow DB about properties of natural oligopeptides-regulators. Neurochemistry, 1990, vol. 9, no. 1, pp. 71-82. (In Russ.)]
3. Zamyatnin A.A. EROP-Moscow: specialized data bank for endogenous regulatory oligopeptides. Prot. Seq. Data Anal., 1991, vol. 4, no. 1, pp. 49-52.
4. Замятнин А.А., Борчиков А.С., Владимиров М.Г., Воронина О.Л. Клиент-серверная база данных EROP-Moscow о природных олигопептидах с Интернет-доступом. Нейрохимия, 2005, т. 22, № 1, с. 17-32. [Zamyatnin A.A., Borchikov A.S., Vladimirov M.G., Voronina O.L. Client-server EROP-Moscow DB of natural oligopeptides with internet access. Neurochemistry, 2005, vol. 22, no. 1, pp. 17-32 (In Russ.)]
5. Zamyatnin A.A., Borchikov A.S., Vladimirov M.G., Voronina O.L. The EROP-Moscow oligopeptide database. Nucleic Acids Res., 2006, vol. 34, pp. D261-D266.
6. Sewald N., Jakubke H.-D. Peptides: Chemistry and Biology. Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH, 2002, 562 p.
7. Advances in Food Biochemistry. Boca Raton, CRC Press, ed. Y. Yildiz, 2010, 522 p.
8. Ji Y., Qiao H., He J., Li W., Chen R., Wang J., Wu L., Hu R., Duan J., Chen Z. Functional oligopeptide as a novel strategy for drug delivery. J. Drug Target., 2017, vol. 25, pp. 597-607.
9. Замятнин А.А. Особенности совокупности природных олигопептидов. Нейрохимия, 2016, т. 33, № 4, с. 265-275. [Zamyatnin A.A. Features of natural oligopeptide complex. Neurochemistry, 2016, vol. 33, no. 4, pp. 265-275. (In Russ.)]
10. Zamyatnin A.A. Structural-functional diversity of the natural oligopeptides. Progr. Biophys. Mol. Biol., 2018, vol. 133, pp. 1-8.
11. Karle I.L. In: The Peptides: Analysis, Synthesis, Biology. NY: Academic Press, ed. E. Gross, J. Meienhofer, 1981, pp. 1-54.
12. Привалов П.Л. Энергетика структуры белковых молекул. Биофизика, 1985, т. 30, № 4, с. 722-733. [Privalov P.L. Energy structure of protein molecules. Biophysics, 1985, vol. 30, no. 4, pp. 722-733. (In Russ.)]
13. Замятнин А.А. Биохимические проблемы олигопептидной регуляции. Биохимия, 2004. т. 69, № 11, с. 1565-1573. [Zamyatnin A.A. Biochemical problems of oligopeptide regulation. Biochemistry, 2004. vol. 69, no. 11, pp. 1565-1573. (In Russ.)]
14. Замятнин А.А. Фрагментомика природных пептидных структур. Усп. Биол. Химии, 2009, т. 49, с. 405-428. [Zamyatnin A.A. Fragmentomics of natural peptide structures. Usp. Biol. Chemistry, 2009, vol. 49, pp. 405-428. (In Russ.)]
15. Zamyatnin A.A. Protein volime in solution. Progr. Biophys. Bioeng., 1984, vol. 13, pp. 145-165.
16. Zimin A.V., Delcher A.L., Florea L., Kelley D.R., Schatz M.C., Puiu D., Hanrahan F., Pertea G., Van Tassell C.P., Sonstegard T.S., Marcais G., Roberts M., Subramanian P., Yorke J.A., Salzberg S.L. A whole-genome assembly of the domestic cow, Bos taurus. Genome Biol., 2009, vol. 10, no. 4, pp. R42.01-R42.
17. Brown J.R. Structure of serum albumin: Disulfide bridges. Fed. Proc., 1974, vol. 33, no. 5, pp. 1389-1389.
18. Shibahara S., Morimoto Y., Furutani Y., Notake M., Takahashi H., Shimizu S., Horikawa S., Numa S. Isolation and sequence analysis of the human corticotropin-releasing factor precursor gene. EMBO J., 1983, vol. 2, no. 5, pp. 775-779.
19. Romier C., Bernassau J.-M., Cambillau C., Darbon H. Solution structure of human corticotropin releasing factor by 1H NMR and distance geometry with restrained molecular dynamics. Protein Eng., 1993, vol. 6, no. 2, pp. 149-156.
20. Takahashi H., Teranishi Y., Nakanishi S., Numa S. Isolation and structural organization of the human corticotropin-beta-lipotropin precursor gene. FEBS Lett., 1981, vol. 135, no. 1, pp. 97-102.
21. Seidah N.G., Rochemont J., Hamelin J., Lis M., Chretien M. Primary structure of the major human pituitary pro-opiomelanocortin NH2-terminal glycopeptide. Evidence for an aldosterone-stimulating activity. J. Biol. Chem., 1981, vol. 256, no. 15, pp. 7977-7984.
22. Shibasaki T., Ling N., Guillemin R. A radioimmunoassay for gamma 1-melanotropin and evidence that the smallest pituitary gamma-melanotropin is amidated at the COOH-terminus. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1980, vol. 96, no. 3, 1393-1399.
23. Seidah N.G., Rochemont J., Hamelin J., Benjannet S., Chretien M. The missing fragment of the pro-sequence of human pro-opiomelanocortin: sequence and evidence for C-terminal amidation. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1981, vol. 102, no. 2, pp. 710-716.
24. Harris J.I., Lerner A.B. Amino-acid sequence of the alpha-melanocyte-stimulating hormone. Nature, 1957, vol. 179, no. 4574, pp. 1346-1347.
25. Li C.H., Chung D. Primary structure of human beta-lipotropin. Nature, 1976, vol. 260, no. 5552, pp. 622-624.
26. Harris J.I. Structure of a melanocyte-stimulating hormone from the human pituitary gland. Nature, 1959, vol. 184, no. 4681, pp. 167-169.
27. Dragon N., Seidah N.G., Lis M., Routhie R., Chretien M. Primary structure and morphine-like activity of human beta-endorphin. Can. J. Biochem., 1977, vol. 55, no. 6, pp. 666-670.
28. Ling N., Burgus R., Guillemin R. Isolation, primary structure, and synthesis of alpha-endorphin and gamma-endorphin, two peptides of hypothalamic-hypophysial origin with morphinomimetic activity. Proc. Natl. Acad. Sci., 1976, vol. 73, no. 11, pp. 3942-3946.
29. Guillemin R., Ling N., Burgus R. Endorphins, hypothalamic and neurohypophysial peptides with morphinomimetic activity: isolation and molecular structure of alpha-endorphin. Compt. Rend. Acad. Sci., 1976, vol. 282D, no. 8, pp. 783-785.
30. Loh Y.P., Parish D.C., Tuteja R. Purification and characterization of a paired basic residue-specific pro-opiomelanocortin converting enzyme from bovine pituitary intermediate lobe secretory vesicles. J. Biol. Chem., 1985, vol. 260, no. 12, pp. 7194-7205.
31. Hughes J., Smyth T.W., Kosterlitz H.W., Fothergill L.A., Morgan B.A., Morris, H.R. Identification of two related pentapeptides from the brain with potent opiate agonist activity. Nature, 1975, vol. 258, no. 5536, pp. 577-579.
32. Noda M., Teranishi Y., Takahashi H., Toyosato M., Notake M., Nakanishi S., Numa S. Isolation and structural organization of the human preproenkephalin gene. Nature, 1982, vol. 297, no. 5865, pp. 431-434.
33. Scheller R.H., Kirk M.D. Neuropeptides in identified Aplysia neurons: precursor structure, biosynthesis and physiological actions. Trends Neurosci., 1987, no. 10, pp. 46-52.
34. Skeggs L.T., Lentz K.L., Kahn J.R., Shumway N.P., Woods K.R. The amino acid sequence of hypertensin. II. J. Exp. Med., 1956, vol. 104, no. 2, pp. 193-197.
35. Tsai B.S., Peach M.J., Khoshla M.C., Bumpus F.M. Synthesis and evaluation of (Des-Asp1)angiotensin I as a precursor for (Des-Asp1)angiotensin II ("Angiotensin III"). J. Med. Chem., 1975, vol. 18, no. 12, pp. 1180-1183.
36. Brazeau P., Vale W., Burgus R., Ling N., Butcher M., Rivier J., Guillemin R. Hypothalamic polypeptide that inhibits the secretion of immunoreactive pituitary growth hormone. Science, 1973, vol. 179, no. 4068, pp. 77-79.
37. Arakawa Y., Tachibana S. Somatostatin-20: a novel NH2-terminally extended form of somatostatin isolated from porcine duodenum together with somatostatin-28 and somatostatin-25. Life Sci., 1984, vol. 35, no. 25, pp. 2529-2536.
38. Pradayrol L., Jornvall H., Mutt V., Ribet A. N-terminally extended somatostatin: the primary structure of somatostatin-28. FEBS Lett., 1980, vol. 109, no. 1, pp. 55-58.
39. Geller D.M., Currie M.G., Wakitani K., Cole B.R., Adams S.P., Fok F.K., Siegel N.R., Eubanks S.R., Galluppi G.R., Needleman P. Atriopeptins: a family of potent biologically active peptides derived from mammalian atria. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1984, vol. 120, no. 2, pp. 333-338.
40. Iimura O., Shimamoto K., Ando T., Ura N., Ishida H., Nakagawa M., Yokoyama T., Fukuyama S., Yamaguchi Y., Yamaji I. Plasma levels of human atrial natriuretic peptide in patients with hypertensive diseases. Can. J. Physiol. Pharm., 1987, vol. 65, no. 8, pp. 1701-1705.
41. Takagi H., Shiomi H., Ueda H., Amano H. A novel analgesic dipeptide from bovine brain is a possible Met-enkephalin releaser. Nature, 1979, vol. 282, no. 5737, pp. 410-412.
42. Takagi H., Shiomi H., Fukui K., Hayashi K., Kiso Y., Kitagawa K. Life Sci., 1982, vol. 31, no. 16-17, pp. 1733-1736.
43. Иванов В.Т, Карелин А.А., Михалева И.И., Васьковский Б.В., Свиряев В.И., Назимов И.В. Выделение, структура и свойства новых эндогенных пептидов. Биоорг. Химия, 1992, т. 18, № 10-11, c. 1271-1311. [Ivanov V.T., Karelin A.A., Mikhaleva I.I., Vaskovskiy B.V., Sviryayev V.I., Nazimov I.V. Isolation, structure and properties of new endogenous peptides. Bioorg. Chemistry, 1992, vol. 18, no 10-11, pp. 1271-1311. (In Russ.)]
44. Benson B., Ebels L. Structure of a pineal gland-derived antigonadotropic decapeptide. Life Sci., 1993, vol. 54, no. 24, pp. PL437-PL443.
45. Ekeke N.U., Shaw C., Johnston C.F., Thim L. Isolation of the bombesin-immunoreactive peptide from bovine milk and its tentative identification as alpha-s1 casein 101-123. Regul. Peptides, 1992, vol. 40, no. 2, pp. 140-140.
46. Nakamura Y., Yamamoto N., Sakai K., Takano T. Antihypertensive effect of sour milk and peptides isolated from it that are inhibitors to angiotensin I-converting enzyme. J. Dairy Sci., 1995, vol. 78, no. 6, pp. 1253-l257.
47. Orcutt B.C., Barker W.C. Searching the protein sequence database. Bull. Math. Biol., 1984, vol. 46, no. 4, pp. 545-552.
48. Mastropaolo D., Camerman A. Crystal structure of methionine-enkephalin. Biochem. Biophys. Res. Comm., 1985, vol. 134, no. 2, pp. 698-703.
49. Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. Москва: Книжный дом “Университет”, 2002, 376 с. [Finkelshtein A.V., Pticyn O.B. Peptide physics. Moscow: Book house “University”, 2002, 376 p. (In Russ.)]
50. McGaughey G.B., Gagné M., Rappé A.K. pi-Stacking interactions. Alive and well in proteins. J. Biol. Chem., 1998, vol. 273, no. 25, pp. 15458-15463.
51. Замятнин А.А. Аминокислотный состав эндогенных физиологически активных олигопептидов. Докл. Акад. наук СССР, 1987, т. 292, № 5, с. 1261-1264. [Zamyatin A.A. Aminoacid composition of endogenic physiologically active oligopeptides. Rep. of Acad. of Science of USSR, 1987, vol. 292, no. 5, pp. 1261-1264. (In Russ.)]
52. Замятнин А.А. Физико-химические особенности эндогенных регуляторных олигопептидов. Биофизка, 1990, т. 35, № 4, с. 555-559. [Zamytin A.A. Physico-chemical features of endogenic regulative oligopeptides. Biophysics, 1990, vol. 35, no. 4, pp. 555-559. (In Russ.)]
53. Zamyatnin A.A. Specificity of the amino acid residue content in endogenous regulatory oligopeptides. Prot. Seq. Data Anal., 1991, vol. 4, no. 1, pp. 57-60.
54. Nakashima H., Nashikama N., Ooi T. The folding type of a protein is relevant to the amino acid composition. J. Biochem., 1986, vol. 99, no. 1, pp. 153-162.
55. Dimarchi R.D., Tam J.P., Kent S.B.H., Merrifield R.B. Weak acid-catalyzed pyrrolidone carboxylic acid ormation from glutamine during solid phase peptide synthesis. Minimization by rapid coupling. Int. J. Pept. Prot. Res., 1982, vol. 19, no. 1, pp. 88-93.
56. Abraham G.A., Podell D.N. Pyroglutamic acid. Mol. Cell. Biochem., 1981. vol, 38, № 1, pp. 181-190.
57. Замятнин А.А. Физико-химические и биологические особенности эндогенных олигопептидных токсинов. Нейрохимия, 1996, т. 13, № 4, с. 243-259. [Zamytin A.A. Physico-chemical and biological features of endogenic oligopeptide toxins. Neurochemistry, 1996, vol. 13, no. 4, pp. 243-259. (In Russ.)]
58. Замятнин А.А., Воронина О.Л. Общие химические особенности эндогенных нейропептидов Нейрохимия, 1997, т. 14. № 3, с. 263-272. [Zamytin A.A., Voronina O.L. General chemical features of endogenic oligopeptide. Neurochemistry, 1997, vol. 14, no. 4, pp. 243-259. (In Russ.)]
59. Замятнин А.А., Воронина О.Л. Общие физико-химические и физиологические особенности эндогенных антибактериальных олигопептидов. Усп. Биол. Химии, 1998, т. 38. с. 165-197. [Zamytin A.A., Voronina O.L. General physico-chemical and physiological features of endogenic antibacterial oligopeptides. Suc. Biol. Chem., 1998, vol. 38, pp. 165-197. (In Russ.)]
60. Drozdov-Tikhomirov L.N., Linde D.M., Poroikov V.V., Alexandrov A.A., Skurida G.I. Molecular mechanisms of protein-protein recognition: whether the surface placed charged residues determine the recognition process? J. Biomol. Struct. Dyn., 2001, vol. 19, no. 2, pp. 279-284.
61. Drozdov-Tikhomirov L.N., Linde D.M., Poroikov V.V., Alexandrov A.A., Skurida G.I., Kovalev P.V., Potapov V.Y. About factors providing the fast protein-protein recognition in processes of complex formation. J. Biomol. Struct. Dyn., 2003, vol. 21, no. 2, 257-266.
62. Yanagisawa M., Kurichara H., Kimura S., Tomobe Y., Kobayashi M., Mitsui Y., Yazaki Y., Goto K., Masaki T. A novel potent vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cells. Nature, 1988, vol. 332, no. 6163, pp. 411-415.
63. Takasaki C., Tamiya N., Bdolah A., Wollberg Z., Kochva E. Sarafotoxins S6: several isotoxins from Atractaspis engaddensis (burrowing asp) venom that affect the heart. Toxicon, 1988, vol. 26, no. 6, pp. 543-548.
64. Чипенс Г.И. Структура и функции низкомолекулярных пептидов. Рига: Зинатне,1980, 20 с. [Chipens G.I. Structure and functions of low molecular weight peptides. Riga: Zinatne, 1980, 20 p. (In Russ.)]
65. Замятнин А.А. Биофизические проблемы олигопептидной регуляции. Биофизика, 2003, т. 48, № 6, с. 1030-1039.
66. Замятнин А.А. Система природных физиологически активных пептидов. Физиол. Журн. СССР им. И.М.Сеченова, 1989, т. 75, № 5, с. 646-655. [Zamyatin A.A. System of natural physiologically active peptides. Physiol. Journ. of USSR of I.M. Sechenov, 1989, vol. 75, no. 5, pp. 646-655. (In Russ.)]
67. Замятнин А.А. “Великое объединение” природных олигопептидных регуляторов. Нейрохимия, 1997, т. 14, № 3, с. 313-315. [Zamyatin A.A. “Great unification’ of natural oligopeptide regulators. Neurochemistry, 1997, vol. 14, no. 3, pp. 313-315. (In Russ.)]
68. Lee T.H., Lerner A.B., Buettner-Janusch V. On the structure of human corticotropin (adrenocorticotropic hormone). J. Biol. Chem., 1961, vol. 236, no. 11, pp. 2970-2974.
69. Graf L., Bajusz S., Patty A., Barat E., Cseh G. Revised amide location for porcine and human adrenocorticotropic hormone. Acta Biochim. Biophys. Acad. Sci. Hung., 1971, vol. 6, no. 4, pp. 415-418.
70. Замятнин А.А., Воронина О.Л. Фрагменты пищевых белков - регуляторные олигопептиды. Биохимия, 2012, т. 77, № 5, с. 622-632. [Zamyatin A.A., Voronina O.L. Fragments of food proteins - regulatory oligopeptides. Biochemistry, 2012, vol. 77, no. 5, pp. 622-632. (In Russ.)]
71. Ашмарин И.П., Обухова М.Ф. Регуляторные олигопептиды. Функционально-непрерывная совокупность. Биохимия, 1986, т. 51, № 4, с. 531-544. [Ashmarin I.P., Obukhova M.F. Regulatory oligopeptides. Functionally-continuous set. Biochemistry, 1986, vol. 51, no. 4, pp. 531-544. (In Russ.)]
