Analytik
Peptidhormone: Beispiele, Reifung und gemeinsame Strukturmerkmale
Ein großer Teil der Referenzmaterialien in der Peptidforschung leitet sich von körpereigenen Peptidhormonen ab: GLP-1-Analoga, GHRH-Analoga, Melanocortin-Analoga, Oxytocin, Kisspeptin. Wer die Strukturmerkmale der natürlichen Vorbilder kennt, versteht die Sequenzen der Analoga besser — und weiß, worauf in der Analytik zu achten ist. Dieser Beitrag gibt einen Überblick.
Beispiele im Größenvergleich
| Peptidhormon | Länge | Strukturmerkmal |
|---|---|---|
| Oxytocin | 9 Aminosäuren | Disulfidring zwischen Position 1 und 6, C-terminal amidiert |
| Vasopressin | 9 Aminosäuren | wie Oxytocin, zwei Positionen verschieden |
| Gonadotropin-Releasing-Hormon | 10 Aminosäuren | Pyroglutamat am N-Terminus, C-terminal amidiert |
| Somatostatin | 14 Aminosäuren | Disulfidring |
| Ghrelin | 28 Aminosäuren | Octanoylgruppe an Serin 3 |
| Glukagon | 29 Aminosäuren | lineare Kette |
| GLP-1 (7–36)-Amid | 30 Aminosäuren | C-terminal amidiert |
| Calcitonin | 32 Aminosäuren | Disulfidring, C-terminal amidiert |
| ACTH | 39 Aminosäuren | lineare Kette |
| GHRH | 44 Aminosäuren | C-terminal amidiert |
| Insulin | 51 Aminosäuren in zwei Ketten | drei Disulfidbrücken |
| Parathormon | 84 Aminosäuren | lineare Kette |
Die Tabelle zeigt die Spannweite: Die kürzesten Peptidhormone sind Nonapeptide, die längsten gehen fließend in kleine Proteine über. Wo die Grenze zwischen Peptid und Protein gezogen wird, erklärt Peptid oder Protein.
Reifung: vom Vorläufer zum Hormon
Kaum ein Peptidhormon wird in seiner endgültigen Form gebildet. Der typische Weg führt über mehrere Stufen:
- Präprohormon. Das Gen kodiert ein größeres Protein mit einem Signalpeptid, das es in den sekretorischen Weg der Zelle leitet. Das Signalpeptid wird früh abgespalten.
- Prohormon. Das verbleibende Vorläuferprotein enthält eine oder mehrere Hormonsequenzen, flankiert von Paaren basischer Aminosäuren wie Lys-Arg oder Arg-Arg.
- Spaltung. Enzyme, die Prohormon-Konvertasen, schneiden an diesen Stellen. Aus einem einzigen Vorläufer können so mehrere verschiedene Hormone entstehen: Aus Proopiomelanocortin entstehen ACTH und die Melanozyten-stimulierenden Hormone, aus Proglukagon je nach Gewebe Glukagon oder GLP-1.
- Modifikation. Erst danach erhalten viele Hormone die chemischen Veränderungen, die für ihre Aktivität nötig sind.
Die typischen Modifikationen
C-terminale Amidierung. Endet eine Hormonsequenz im Vorläufer mit einem Glycin, wandelt ein Enzym dieses Glycin in eine Amidgruppe am vorangehenden Rest um. Die negative Ladung am Kettenende verschwindet. Viele Hormone brauchen dieses Merkmal für ihre Rezeptorbindung. Synthetische Analoga übernehmen es fast immer; im Katalog tragen etwa Oxytocin, Kisspeptin-10 und die GHRH-Analoga ein C-terminales Amid. Die Chemie beschreibt N-terminale Acetylierung und C-terminale Amidierung.
Pyroglutamat. Ein N-terminales Glutamin kann zu einem Ring cyclisieren, dem Pyroglutamat. Das Gonadotropin-Releasing-Hormon beginnt damit. Die Reaktion kann auch ungewollt in synthetischen Peptiden ablaufen; siehe Diketopiperazin und Pyroglutamat.
Disulfidbrücken. Zwei Cysteine verbinden sich zu einer Brücke und schließen einen Ring (Oxytocin, Somatostatin, Calcitonin) oder verknüpfen zwei Ketten (Insulin). Mehr dazu in Zyklische Peptide und Disulfidbrücken.
Acylierung. Ghrelin trägt an Serin 3 eine Octansäure, ohne die es seinen Rezeptor kaum aktiviert; siehe Der Ghrelin-Rezeptor.
Vom Hormon zum Analogon
Natürliche Peptidhormone sind in biologischen Systemen meist kurzlebig: Peptidasen spalten sie, die Niere scheidet sie aus. Synthetische Analoga setzen genau an diesen Schwachstellen an:
- Austausch empfindlicher Positionen, etwa Methionin gegen Norleucin oder Leucin, um Oxidation zu vermeiden,
- nicht-proteinogene oder D-Aminosäuren an Schnittstellen von Peptidasen, etwa α-Aminoisobuttersäure gegen die DPP-4; siehe α-Aminoisobuttersäure,
- Verlängerungsstrategien wie Fettsäure-Seitenketten; siehe Fettsäure-Seitenketten in Peptidanaloga.
Jede dieser Veränderungen ist zugleich ein analytischer Prüfpunkt: Ein Amid unterscheidet sich von der freien Säure um nur 0,98 Da, ein geschlossener Disulfidring von der offenen Form um 2 Da, eine D-Aminosäure von der L-Form gar nicht in der Masse. Die Referenzdaten der natürlichen Vorbilder sind deshalb der Schlüssel, um die Angaben zu einem Analogon zu prüfen.
Research Use Only. Alle im Katalog geführten Materialien sind ausschließlich für die wissenschaftliche Laborforschung bestimmt und nicht zur Anwendung am oder im menschlichen oder tierischen Körper bestimmt.
Häufige Fragen
Was sind Peptidhormone?
Hormone, die aus einer Kette von Aminosäuren bestehen — von kurzen Peptiden wie Oxytocin mit 9 Resten bis zu kleinen Proteinen wie dem Parathormon mit 84 Resten. Sie werden als größere Vorläufer gebildet und durch Spaltung und Modifikation in ihre aktive Form überführt.
Welche Beispiele für Peptidhormone gibt es?
Unter anderem Oxytocin, Vasopressin, Insulin, Glukagon, GLP-1, Somatostatin, Ghrelin, das Gonadotropin-Releasing-Hormon, das Wachstumshormon-Releasing-Hormon, Calcitonin und ACTH.
Warum sind so viele Peptidhormone C-terminal amidiert?
Die Amidierung entfernt die negative Ladung am Kettenende. Das ist bei vielen Peptidhormonen für die Bindung an ihren Rezeptor wichtig und schützt zugleich vor Abbau durch Carboxypeptidasen. Synthetische Analoga übernehmen dieses Merkmal deshalb häufig.