다이펩타이드
1. 개요
다이펩타이드는 두 개의 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결된 분자이다. 화학적 합성을 통해 생성하거나, 생체 내에서 다이펩티딜 펩티데이스의 작용으로 폴리펩타이드가 가수분해되면서 생성된다. 다이펩타이드의 종류에는 카르노신, 안세린, 아스파탐 등이 있으며, 아스파탐은 인공 감미료로, 카르노신과 안세린은 스포츠 의약품으로 사용된다. 다이케토피페라진은 두 개의 아미노산이 고리 형태로 연결된 다이펩타이드의 일종이다.
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다이펩타이드 -
아스파탐
아스파탐은 L-아스파르트산과 L-페닐알라닌의 디펩타이드 메틸 에스터로 이루어진 설탕의 약 180~200배 단맛을 내는 인공 감미료로, 안전성 논란이 있었으나 현재는 일일 섭취 허용량 범위 내에서 섭취 시 안전하다고 평가되지만 페닐케톤뇨증 환자는 섭취에 주의해야 한다. -
다이펩타이드 -
아르기니노석신산
아르기니노석신산은 요소 회로에서 요소, 아르기닌, 푸마르산의 전구물질이며, 시트룰린과 아스파르트산으로부터 합성되어 아르기닌의 전구체로 사용되기도 하고, 아르기니노석신산 분해효소에 의해 푸마르산의 전구체 역할도 수행하지만, 아르기니노석신산뇨라는 유전 질환으로 인해 수치가 높아지면 지능 장애, 탈모 등의 증상을 동반할 수 있다. -
펩타이드 -
글루타티온
글루타티온은 글루탐산, 시스테인, 글리신으로 구성된 삼펩타이드로, 세포 내 산화 스트레스 척도로 작용하며, 세포 내 티올 환경 유지, 항산화 작용, 독성 물질 배출 등의 기능을 수행한다. -
펩타이드 -
C-펩타이드
C-펩타이드는 프로인슐린에서 인슐린과 함께 생성되는 펩타이드로, 인슐린 분비 지표에서 나아가 미세 혈관 혈류 및 조직 건강에 영향을 미치는 생리 활성 기능이 밝혀져 당뇨병 진단 및 감별, 치료 연구에 활용되고 있으며, 최근에는 치료제로서의 가능성도 연구되고 있다.
2. 생성
다이펩타이드는 크게 두 가지 방법으로 생성된다.
* 화학적 합성을 통해 특정 다이펩타이드를 대량으로 생산하거나, 자연에 존재하지 않는 새로운 다이펩타이드를 만들 수 있다.
* 다이펩티딜 펩티데이스라는 가수분해효소의 작용으로 폴리펩타이드가 가수분해되면서 생성될 수 있다. 소화 과정에서 식이 단백질은 다이펩타이드와 아미노산으로 분해되며, 다이펩타이드는 아미노산보다 더 빠르게 흡수된다. 다이펩타이드는 위에서 발견되는 G 세포를 활성화시켜 가스트린 분비를 촉진한다.
2.1. 합성 다이펩타이드
화학적 합성을 통해 다이펩타이드를 생성할 수 있다. 이 방법은 특정 다이펩타이드를 대량으로 생산하거나, 자연에 존재하지 않는 새로운 다이펩타이드를 만드는 데 유용하다. 일반적인 합성 과정은 다음과 같다.
다이펩타이드는 아미노산들을 결합시켜 생성한다. 첫 번째 아미노산의 아미노기는 비친핵성이 되고, 두 번째 아미노산의 카복실기는 메틸 에스터로 비활성화된다. 두 개의 변형된 아미노산은 결합제의 존재 하에 결합되어 아마이드 결합의 형성을 촉진한다.
:RCH(NHP)CO2H + R'CH(NH2)CO2CH3 → RCH(NHP)C(O)NH(CHR')CO2CH3 + H2O
이러한 결합 반응에 이어, 아민 보호기 P 및 에스터는 각각 유리 아민 및 카복실산으로 전환된다.
많은 아미노산의 경우 부수적인 작용기들이 보호기로 보호된다. 펩타이드 결합을 형성하기 위한 아미노기와 카복실기의 축합은 일반적으로 카복실기를 활성화하기 위해 결합제를 사용한다.
베르그만 아즈락톤 펩타이드 합성은 다이펩타이드 제조를 위한 고전적인 유기 합성이다.
2.2. 생합성
다이펩타이드는 다이펩티딜 펩티데이스라는 가수분해효소의 작용으로 폴리펩타이드가 가수분해되면서 생성된다. 소화 과정에서 식이 단백질은 다이펩타이드와 아미노산으로 분해되며, 다이펩타이드는 별도의 메커니즘을 통해 아미노산보다 더 빠르게 흡수된다. 다이펩타이드는 위에서 발견되는 G 세포를 활성화시켜 가스트린 분비를 촉진한다.
3. 다이펩타이드의 종류
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다이펩타이드는 매우 다양한 종류가 존재하며, 각각 고유한 특성과 기능을 가진다. 대표적인 다이펩타이드의 종류는 다음과 같다.
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| 카르노신(β-알라닌-L-히스티딘) | 뇌 조직과 근육에 고농도로 존재한다. |
| 안세린(β-알라닌-N-메틸히스티딘) | 포유류의 뇌, 골격근에 존재한다. |
| 호모안세린(N-(4-아미노부티릴)-L-히스티딘) | 포유류의 뇌, 근육에 존재한다. |
| 쿄토르핀(L-티로실-L-아르기닌) | 뇌에서 통증을 억제하는 신경전달물질이다. |
| 발레닌(β-알라닌-Nτ-메틸히스티딘) | 포유류를 포함한 몇몇 종에서 확인되고 있다. |
| 아스파탐(N-L-α-아스파르틸-L-페닐알라닌 1-메틸 에스테르) | 인공 감미료이다. |
| 글로린(N-프로피오닐-γ-L-글루타밀-L-오르니틴-δ-락에틸 에스터) | Polysphondylium violaceum의 다이펩타이드이다. |
| 발레틴(시클로-[(6-브로모-8-엔-트립토판)-아르기닌]) | 해면 Geodia barretti의 환상 펩타이드이다. |
| 슈도프로린 | |
| 다이페닐알라닌 | 펩타이드 나노기술에서 가장 많이 연구되는 단위체이다. |
| 제노르타이드 | 세균 Xenorhabdus nematophila에서 분리된 다이펩타이드이다. |
| 다이알라닌 | 일반적으로 분자동역학의 모델로 사용된다. |
3.1. 상업적 가치를 지닌 다이펩타이드
상업적으로 유용한 가치가 있는 다이펩타이드는 약 6가지가 있다.
* 아스파탐(N-L-α-아스파르틸-L-페닐알라닌 1-메틸 에스터)은 인공 감미료이다.
* 카르노신(β-알라닐-L-히스티딘)과 안세린(β-알라닐-N-메틸 히스티딘)은 근육과 뇌 조직에 고도로 집중되어 있다. 이들은 스포츠 의약품에 사용된다.
* 아세틸카르노신은 백내장 예방에 사용된다.
* Ala-Gln과 Gly-Tyr은 주입시 사용된다.
* Val-Tyr은 항고혈압제이다.
3.2. 기타 다이펩타이드
* 호모안세린(N-(4-아미노뷰티릴)-L-히스티딘)은 포유류의 뇌와 근육에서 확인되는 다이펩타이드이다.
* 다이페닐알라닌은 펩타이드 나노기술에서 가장 많이 연구되는 단위체이다.
* 쿄토르핀(L-티로실-L-아르지닌)은 뇌의 통증 조절에 역할을 하는 신경활성 다이펩타이드이다.
* 발레닌(또는 오피딘) (β-알라닐-N τ-메틸 히스티딘)은 여러 종의 포유류(사람 포함)과 닭의 근육에서 확인되었다.
* 글로린(N-프로피오닐-γ-L-글루타밀-L-오르니틴-δ-락 에틸 에스터)은 점균류인 폴리스폰딜리움 비오라세움(Polysphondylium violaceum)에 대한 화학주성 다이펩타이드이다.
* 발레틴(사이클로-[(6-브로모-8-엔-트립토판)-아르지닌])은 해면동물인 게오디아 바레티(Geodia barretti)에서 발견되는 고리형 다이펩타이드이다.
* 슈도프롤린
* 다이알라닌은 일반적으로 분자동역학의 모델로 사용된다.
* 제노르타이드는 세균 Xenorhabdus nematophila에서 분리된 다이펩타이드이다.
4. 다이케토피페라진 (고리형 다이펩타이드)
다이케토피페라진은 고리형인 다이펩타이드의 특별한 종류이다. 이들은 펩타이드 합성 과정에서 부산물로 생성되기도 하며, 일부는 비표준 아미노산으로부터 만들어진다. 레토시반은 경구 투여 약물로 연구되고 있는 고리형 다이펩타이드의 한 예시이다.