Die Peptidkette: Rückgrat, N-Terminus und C-Terminus

Eine Sequenzangabe wie Ac-EEMQRR-NH2 enthält mehr Information, als ihre sechs Buchstaben vermuten lassen. Sie beschreibt eine Kette mit Richtung, einem Rückgrat, sechs Seitenketten und zwei Endgruppen, die jeweils chemisch verändert sind. Dieser Beitrag erklärt den Aufbau einer Peptidkette und zeigt, wie man ihre Enden in einer Sequenzangabe liest.

Das Rückgrat

Verknüpft man Aminosäuren über Peptidbindungen, entsteht eine Kette mit einer sich wiederholenden Grundeinheit: Stickstoff, α-Kohlenstoff, Carbonylkohlenstoff — dann wieder Stickstoff, α-Kohlenstoff, Carbonylkohlenstoff. Diese Folge bildet das Rückgrat. Es ist bei allen Peptiden gleich aufgebaut; unterschiedlich sind nur die Seitenketten, die an jedem α-Kohlenstoff hängen.

Die Peptidbindung selbst ist nahezu planar und nicht frei drehbar, weil sie teilweise Doppelbindungscharakter hat. Beweglich ist die Kette an den beiden Bindungen rechts und links jedes α-Kohlenstoffs. Welche Winkel dort möglich sind, bestimmt, ob sich eine Kette zu einer Helix, einem Faltblatt oder einer ungeordneten Struktur anordnet. Wie die Bindung entsteht, beschreibt Die Peptidbindung erklärt; wie einzelne Bausteine die Beweglichkeit einschränken, zeigt der Beitrag zur α-Aminoisobuttersäure.

Die Kette hat eine Richtung

Weil jede Peptidbindung aus der Carboxylgruppe der einen und der Aminogruppe der nächsten Aminosäure entsteht, haben die beiden Enden der Kette unterschiedliche Gruppen:

• Am N-Terminus bleibt die Aminogruppe der ersten Aminosäure frei.
• Am C-Terminus bleibt die Carboxylgruppe der letzten Aminosäure frei.

Die Kette hat damit eine Richtung, und die Sequenz GHK ist ein anderes Molekül als KHG. Konvention ist, Sequenzen immer vom N- zum C-Terminus zu schreiben. Die Positionen werden entsprechend nummeriert: Position 1 ist der N-terminale Rest. Wie man den Einbuchstabencode dabei liest, beschreibt Den Einbuchstabencode einer Sequenz lesen.

Auch die Festphasensynthese hat eine Richtung — allerdings die umgekehrte: Die Kette wird am Harz vom C-Terminus zum N-Terminus aufgebaut; siehe Festphasensynthese.

Die freien Enden und ihre Ladung

In wässriger Lösung bei neutralem pH ist die N-terminale Aminogruppe protoniert und positiv geladen, die C-terminale Carboxylgruppe deprotoniert und negativ geladen. Zusammen mit den geladenen Seitenketten bestimmen sie die Nettoladung des Peptids und damit Löslichkeit, isoelektrischen Punkt und Verhalten in der Chromatographie. Bei kurzen Peptiden fällt der Beitrag der beiden Enden besonders ins Gewicht; siehe Der isoelektrische Punkt.

Endgruppen in der Sequenzangabe

Viele synthetische Peptide tragen an einem oder beiden Enden eine chemische Veränderung. Die Sequenzangabe zeigt das mit einer Vor- oder Nachsilbe:

Notation	Bedeutung	Massenänderung gegenüber der freien Kette	Beispiel im Katalog
H- oder ohne Präfix	freie Aminogruppe	–	GHK
Ac-	N-terminale Acetylierung	+42,04	Argireline (Ac-EEMQRR-NH2)
Palmitoyl-	N-terminale Palmitoylierung	+238,41	Matrixyl (Palmitoyl-KTTKS)
pGlu	Pyroglutamat am N-Terminus	−17,03 (aus Gln)	ARA-290
-OH oder ohne Suffix	freie Carbonsäure	–	PT-141 (…-OH)
-NH2	C-terminales Amid	−0,98	Kisspeptin-10, Oxytocin

Die Massenänderungen sind mittlere Molekülmassen in g/mol. Die Unterschiede sind klein, aber analytisch entscheidend: Melanotan II und PT-141 unterscheiden sich allein durch ihr C-terminales Ende, -NH2 gegenüber -OH, und damit um 0,98 g/mol; siehe PT-141 oder Melanotan II.

Warum die Enden verändert werden

Die Modifikationen an den Kettenenden haben praktische Gründe:

• Schutz vor Abbau. Exopeptidasen greifen Peptide von den Enden her an. Eine Acetylgruppe am N-Terminus oder ein Amid am C-Terminus erschwert diesen Angriff.
• Nachbildung des natürlichen Vorbilds. Viele Peptidhormone sind von Natur aus C-terminal amidiert oder tragen ein N-terminales Pyroglutamat; siehe Peptidhormone.
• Ladung und Löslichkeit. Ohne die geladenen Enden verhält sich ein kurzes Peptid anders, was Löslichkeit, Membranwechselwirkung und Retention beeinflusst.

Die Chemie der beiden häufigsten Modifikationen beschreibt N-terminale Acetylierung und C-terminale Amidierung. Für die Beurteilung einer Sequenzangabe heißt das: Die Buchstaben in der Mitte sind nur ein Teil der Information. Ein fehlendes „Ac-“ oder „-NH2“ beschreibt einen anderen Stoff — und ein Datenblatt, dessen Summenformel nicht zu den angegebenen Endgruppen passt, verdient eine Rückfrage.

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