Несмотря на меньший размер, дипептиды и трипептиды могут обладать биологической активностью и специфическими свойствами. Кроме того, являясь продуктами расщепления более крупных белковых молекул, ди- и трипептиды могут выполнять роль источника аминокислот. За поглощение и процессинг ди- и трипептидов клеткой отвечают два транспортных белка: PepT1 и PepT2. PepT1 расположен на мембране щеточной каймы эпителия кишечника и участвует в транспорте пептидов пищи из просвета тонкого кишечника в энтероциты. PepT2 экспрессируется клетками почечных канальцев и вовлечен в процессы реабсорбции пептидов из первичной мочи.
Комбинируя 20 незаменимых аминокислот, можно получить 400 различных дипептидов, большинство из которых (если не все) были обнаружены в природе. Это разнообразие увеличивается при включении в формирование пептидных связей боковых цепей аспарагина, глутамина и лизина, а также с помощью различных модификаций, таких как N-концевое ацетилирование, С-концевое амидирование, циклизация, ведущая к образованию дикетопиперазинов. Более того, в формирование дипептидов также могут включаться некодируемые аминокислоты, например, гидроксипролин.
Если говорить о синтезе трипептидов, то из 20 кодируемых аминокислот можно получить 8000 различных комбинаций. Трипептидные гормоны, такие как Тиротропин-высвобождающий гормон TRH (Pyr-His-Pro-NH₂, H-4915), Меланостатин MIF-1 (H-Pro-Leu-Gly-NH₂, H-4305) или птичий бурсин (H-Lys-His-Gly-NH₂, H-5920) дополнительно модифицируют для повышения метаболической активности. В отличии от дипептидов, трипептиды обладают низкой способностью к циклизации.
Ди- и трипептиды, обладающие противогипертоническими свойствами
Ди- и трипептиды входят в состав множества продуктов питания. Способность подавлять активность ангиотензин 1 -превращающего фермента (ACE) была обнаружена у большого количества коротких пептидов, выделенных из молочных продуктов. Самые известные примеры- гидрофобные белки IPP (Ile-Pro-Pro) и VPP (Val-Pro-Pro). Противогипертонические препараты, работающие как ингибиторы ACE, такие как каптоприл и эналаприл имитируют работу трипептидов, содержащих пролин.
Таблица 1. Антигипертензивные ди- и трипептиды.
Дипептид | IC50 (ммоль/л) | Трипептид | IC50 (ммоль/л) |
H-Ala-Trp-OH | 6.4 | H-Ile-Pro-Pro-OH | 5
|
H-Ala-Tyr-OH | 14.2 | H-Leu-Pro-Pro-OH | 9.6 |
H-Ile-Trp-OH | 4.7 | H-Val-Pro-Pro-OH | 9
|
H-Ile-Tyr-OH | 8 | H-Ile-Arg-Pro-OH | 1.8 |
H-Leu-Trp-OH | 6.6 | H-Leu-Ala-Pro-OH | 3.5 |
H-Met-Trp-OH | 9.8 | H-Leu-Arg-Pro-OH | 0.27 |
H-Pro-Arg-OH | 4.1 | H-Leu-Gly-Pro-OH | 0.7 |
H-Val-Trp-OH | 0.3 | ||
H-Val-Tyr-OH | 20 |
IC50 — концентрация полумаксимального ингибирования
Ди- и трипептиды как вкусовые агенты
Короткие пептиды также влияют на вкусовые характеристики пищи. Человеческий язык способен распознавать 4 основных вкуса: сладкий, кислый, горький и соленый. Глутамат натрия добавляет к восприятию «пятый» вкус – умами, который способен усиливать либо маскировать другие вкусы.
Вкус сыра отражает его происхождение, возраст и другие характеристики. Зрелый сыр всегда обладает слегка горьковатым вкусом. Этот вкус возникает благодаря коротким гидрофобным пептидам, получающимся из бета-казеина, дикетопиперазинам, гамма-глутамилпептидам и другим пептидам. Горький вкус белка коррелирует с его гидрофобными свойствами. Дикетопиперазины и гамма-глутамилпептиды были также обнаружены в продуктах, обладающих ноткой горечи во вкусе, например, в обжаренных кофейных зернах. Горечь таких пептидов может быть замаскирована с помощью белков со вкусом умами.
Следующий класс белков, модифицирующих вкус, представлен кокуми-белками, способными усилить пять существующих вкусов, углубляя их и улучшая вкусовые качества продукта. В 2014 году кокуми-белок гамма-глутамилвалилглицин был одобрен японским министерством здравоохранения в качестве пищевой добавки.
Таблица 2. Ди- и трипептиды, придающие горький, умами и кокуми вкусы.
Горькие пептиды | Умами пептиды | Кокуми пептиды |
H-Gly-Phe-OH | H-Asp-Ala-OH | H-Glu(Gln-OH)-OH |
H-Gly-Leu-OH | H-Ala-Glu-OH | H-Glu(Leu-OH)-OH |
Cyclo(-Leu-Trp) | H-Asp-Leu-OH | H-Glu(Met-OH)-OH |
Cyclo(-Pro-Val) | H-Gly-Asp-OH | H-Glu(Val-OH)-OH |
H-Tyr-Tyr-Tyr-OH | H-Glu-Glu-Leu-OH | Гомоглутатитон |
(Умами пептиды взяты из Y. Zhang et al. 2017)
Пептиды, содержащие аргинин, например, H-Arg-Gly-OH (G-3940) усиливают соленый вкус полуфабрикатов и помогают уменьшить количество добавляемой соли.
Косметические ди- и трипептиды
Популярность коротких пептидов в качестве косметических ингредиентов постоянно растет. Эффект от их применения может быть разнообразным: от увлажнения кожи до стимуляции роста волос.
Таблица 3. Применение коротких пептидов в косметологии. Иногда для применения в косметологии некоторых пептидов, их концы модифицируют.
Пептид | INCI название | Применение |
L-Карнозин | Карнозин | Антиоксидант
|
H-Ala-Gln-OH | Аланил глутамин | Увлажнение |
Киоторфин | Дипептид -1 | Снятие раздражений кожи |
H-Val-Trp-OH | Дипептид -2 | Восстановление кожи |
H-Arg-Ala-OH | Дипептид -3 | Увлажнение |
H-Cys-Gly-OH | Дипептид -4 | УФ защита |
H-Pro-Hyp-OH | Дипептид -6 | Антивозрастное средство |
H-Lys-Lys-OH | Дипептид-12 | Увлажнение |
Печеночный фактор роста (GHK) | Трипептид-1 | Антивозрастное средство |
Tfa-Val-Tyr-Val-OH | Трифторацетил Трипептид -2 | Антивозрастное средство |
H-Ala-His-Lys-OH | Трипептид -3 | Антивозрастное средство |
H-Gly-Pro-Hyp-OH | Трипептид-29 | Антивозрастное средство |
Самособирающиеся ди- и трипептиды
Гидрофобные ди- и трипептиды могут самопроизвольно собираться в упорядоченные структуры, такие как нанотрубки или гидрогели, что делает их инструментом для применения в нанотехнологиях и культивировании клеток. Дифенилаланин (Phe-Phe) представляет собой наиболее яркий пример дипептида, собирающего в нанотрубки. Phe-Phe был идентифицирован путем постепенного укорачивания бета-амилоидного сегмента KLVFFAE (мотив, участвующий в формировании фиблилл).
Таблица 4. Пептиды, собирающиеся в нанотрубки.
Дифенилаланин | ||
H-Phe-Phe-OH | H-D-Phe-D-Phe-OH | Cyclo(-Phe-Phe) |
Другие пептиды | ||
H-Ala-Ile-OH | H-Ala-Val-OH | H-β-Ala-Phe-OH |
H-β-Ala-Val-OH | H-Ile-Ala-OH | H-Ile-Val-OH |
H-Leu-Ile-OH | H-Leu-Leu-OH | H-Leu-Phe-OH |
H-Leu-Ser-OH | H-Phe-Leu-OH | H-Phe-Trp-OH |
H-Trp-Phe-OH | H-Val-Ala-OH | H-Val-Ile-OH |
H-Val-Ser-OH | H-Val-Val-OH | Cyclo(-D-Trp-Tyr) |
Стабильные гидрогели, используемые для создания трехмерных клеточных культур, могут быть получены из Fmoc-Phe-Phe-OH, B-2150.
Различные биоактивные ди- и трипептиды
Биологическая активность коротких пептидов охватывает широкий спектр. Приведем несколько примеров:
Дипептид Ac-Asp-Glu-OH (G-1015) является важным нейротрансмиттером центральной нервной системы млекопитающих, а такде источников эффекторной аминокислоты – глутамата.
Разветвленный дипептид H-γ-D-Glu-Gly-OH (G-1945, DGG) представляет собой антагонист широкого спектра эффекторных аминокислот.
Дипептиды — дипротеин А (H-3825, H-Ile-Pro-Ile-OH) и дипротеин B (H-5290, H-Val-Pro-Leu-OH) являются распространенными ингибиторами дипептидилпептидазы IV (DPP IV), являющейся одной из основных молекулярных мишеней в лечении диабета.
Трипептид H-Gly-Pro-Gly-NH₂ (H-9865) подавляет репликацию ВИЧ 1-го типа и повышает противовирусный эффект зидовудина и ритонавира.