펩타이드

1. 개요

펩타이드는 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결된 화합물로, 다양한 종류가 존재하며 공급원과 기능에 따라 분류된다. 리보솜 펩타이드는 호르몬 및 신호 분자로 작용하거나 항생 물질로 사용되며, 비리보솜 펩타이드는 효소에 의해 생성되어 항산화 방어 성분인 글루타티온과 같은 역할을 한다. 펩타이드는 화학적으로 합성될 수 있으며, 펩타이드와 단백질 간의 상호 작용은 세포 신호 전달 및 면역 조절에 중요한 역할을 한다. 펩타이드는 2개에서 50개 사이의 아미노산으로 구성되며, 아미노산 수에 따라 다이펩타이드, 트라이펩타이드 등으로 불린다.

2. 종류

펩타이드는 그 기원과 기능에 따라 다양하게 분류된다. 《생물학적 활성 펩타이드 핸드북》(Handbook of Biologically Active Peptides)에 따르면, 펩타이드의 종류에는 식물 펩타이드, 세균/항균 펩타이드, 균류 펩타이드, 무척추동물 펩타이드, 양서류/피부 펩타이드, 독 펩타이드, 암/항암 펩타이드, 백신 펩타이드, 면역/염증 펩타이드, 뇌 펩타이드, 내분비 펩타이드, 섭취 펩타이드, 위장 펩타이드, 심혈관 펩타이드, 신장 펩타이드, 호흡 펩타이드, 오피오이드 펩타이드, 신경영양 펩타이드, 혈액-뇌 펩타이드 등이 있다.

2.1. 리보솜 펩타이드

mRNA의 번역을 통해 합성되는 펩타이드이다. 고등 생물에서는 주로 호르몬 및 신호 분자로 기능한다. 일부 미생물은 마이크로신 및 박테리오신과 같은 항생제로 펩타이드를 생성한다.

펩타이드는 인산화, 하이드록실화, 설폰화, 팔미토일화, 글리코실화 및 이황화물 형성과 같은 번역 후 변형을 겪는다. 일반적으로 펩타이드는 선형이지만 올가미 구조도 관찰되었다. 오리너구리 독에서 L-아미노산을 D-아미노산으로 라세미화하는 것과 같은 보다 더 특이한 변형도 일어난다.

2.2. 비리보솜 펩타이드

비리보솜 펩타이드는 리보솜이 아닌 효소에 의해 만들어진다. 대부분의 호기성 생물에서 항산화 방어 성분인 글루타티온이 대표적인 비리보솜 펩타이드이다. 다른 비리보솜 펩타이드는 단세포 생물, 식물, 균류에서 주로 발견되며, 비리보솜 펩타이드 합성효소라고 하는 모듈식 효소 복합체에 의해 합성된다.

이러한 복합체는 대개 유사한 방식으로 배열되며, 생성물에 대해 다양한 화학적 변형을 수행하기 위해 여러 모듈을 포함할 수 있다. 비리보솜 펩타이드는 고리형인 경우가 많고 매우 복잡한 고리 구조를 가질 수도 있지만, 선형의 비리보솜 펩타이드도 흔하게 발견된다. 이러한 시스템은 지방산과 폴리케타이드를 만드는 체계와 밀접하게 관련되어 있어 혼성체 화합물이 종종 발견된다. 옥사졸 또는 싸이아졸이 존재한다면, 이는 보통 화합물이 이러한 방식으로 합성되었음을 의미한다.

2.3. 소화 펩타이드

소화 펩타이드는 소화 과정에서 비특이적 단백질 분해의 결과로 생성된다. 글루텐, 카제인, 달걀 단백질, 시금치 단백질과 같은 일부 식품 단백질이 분해되면서 오피오이드 펩타이드가 형성되는 것으로 밝혀졌다. 이러한 펩타이드는 모르핀과 유사한 효과를 나타내며, 분해되지 않을 경우 정신 질환을 유발할 수 있다. 소화 펩타이드는 대부분 길이가 짧으며, 카소모르핀, 글루텐 엑소르핀, 델토르핀 등이 대표적이다.

2.4. 기타 펩타이드

펩톤(peptone^영어)은 단백질 분해로 소화된 동물의 우유나 고기에서 유래한다. 작은 펩타이드 외에도 지방, 금속, 염, 비타민 등 여러 생물학적 화합물을 포함한다. 펩톤은 세균과 곰팡이 성장을 위한 영양 배지로 사용된다.

펩타이드 단편은 공급원 단백질을 식별하거나 정량화하는 데 사용되는 단백질 조각을 말한다. 이들은 종종 통제된 샘플에 대해 실험실에서 수행된 효소 분해의 산물이지만, 자연적인 영향으로 분해된 법의학 또는 고생물학 샘플일 수도 있다.

3. 화학 합성

펩타이드는 화학적으로 합성될 수 있으며, 고체상 펩타이드 합성이 널리 사용된다.

4. 펩타이드-단백질 상호작용

5. 주요 펩타이드 패밀리

이 펩타이드 군은 리보솜에서 합성되며, 일반적으로 호르몬 활성을 가진다. 이러한 펩타이드들은 세포에서 더 긴 형태인 "프로펩타이드" 또는 "프로단백질"로 합성된 후, 세포 밖으로 나가기 전에 절단된다. 절단된 펩타이드들은 혈류로 방출되어 신호 전달 기능을 수행한다.

* 바소프레신
* 옥시토신
* 타키키닌 펩타이드
* 혈관작용성 장관 펩타이드 (VIP)
* 췌장 폴리펩타이드 관련 펩타이드
* 오피오이드 펩타이드

5.1. 항균 펩타이드

항균 펩타이드는 세균 감염에 대한 방어 기능을 수행하며, 새로운 항생제 개발의 표적이 된다. 여기에는 마가이닌, 세크로핀, 카텔리시딘, 디펜신 등이 있다.

5.2. 타키키닌 펩타이드

타키키닌 펩타이드는 신경 전달 물질로 작용하며, 통증, 염증, 혈관 확장 등에 관여하는 펩타이드 군이다. 주요 타키키닌 펩타이드로는 다음이 있다.

* P 물질
* 카시닌
* 뉴로키닌 A
* 엘레도이신
* 뉴로키닌 B

타키키닌 펩타이드 연구는 만성 통증, 염증성 질환 치료제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

5.3. 혈관작동성 장 펩타이드

--
* 혈관작동성 장 펩타이드(VIP, Vasoactive Intestinal Peptide)
* 뇌하수체 아데닐산 고리화효소 활성화 펩타이드(PACAP, Pituitary Adenylate Cyclase Activating Peptide)
* 펩타이드 PHI 27 (Peptide PHI 27)
* 성장호르몬 방출호르몬 1-24 (GHRH 1-24)
* 글루카곤
* 세크레틴

이들은 소화관 기능 조절, 혈당 조절, 성장 촉진 등 다양한 생리적 기능을 수행한다.

5.4. 췌장 폴리펩타이드 관련 펩타이드

신경펩타이드 Y (NPY), 펩타이드 YY (PYY), 조류 췌장 폴리펩타이드 (APP), 췌장 폴리펩타이드 (PPY)

5.5. 오피오이드 펩타이드

오피오이드 펩타이드는 뇌의 오피오이드 수용체에 결합하는 펩타이드이다. 오피오이드는 아편과 유사한 효과를 내는 물질을 통칭하는 말이다. 오피오이드 펩타이드는 체내에서 자연적으로 생성되기도 하고, 실험실에서 합성될 수도 있다.

* 프로오피오멜라노코르틴(POMC) 펩타이드
* 엔케팔린 펜타펩타이드
* 프로디노르핀 펩타이드

이들은 진통 작용, 스트레스 반응 조절, 감정 조절 등에 관여한다. 오피오이드 펩타이드 연구는 마약 중독 치료제 개발에 기여할 수 있다.

5.6. 칼시토닌 펩타이드

칼시토닌은 칼슘 대사를 조절하는 펩타이드이고, 아밀린은 혈당 조절에 관여하는 펩타이드이다. AGG01도 이들과 관련된 펩타이드이다.

5.7. 자가 조립 펩타이드

자가 조립 펩타이드는 나노 물질, 생체 재료, 약물 전달 시스템 등 다양한 분야에 응용된다.

자가 조립 펩타이드의 종류는 다음과 같다.

* 방향족 짧은 펩타이드
* 생체모방 펩타이드
* 양친매성 펩타이드
* 펩타이드 덴드리머

5.8. 기타 펩타이드

* 뇌 나트륨이뇨 펩타이드 (BNP)는 심근에서 생산되며 의학적 진단에 유용하다.
* 락토트라이펩타이드는 혈압을 감소시킬 수 있지만 증거는 혼재되어 있다.
* 중국 전통 의학에서 조혈을 위한 아교(阿膠, Colla Corii Asini)의 펩타이드 성분

6. 역사

19세기 후반, 에밀 피셔는 글리실글리신을 포함한 펩타이드에 대해 처음으로 기술하였다. 1901년, 피셔는 펩타이드 합성에 성공했음을 발표하고 다양한 펩타이드 구조를 설명하였다. 이후 다른 과학자들도 천연 펩타이드를 확인하고 새로운 펩타이드를 합성하며 그 기능을 연구하기 시작했다.

1973년, 로렌 피카트는 구리 펩타이드 GHK-Cu (구리 글리신-히스티딘-리진)를 합성하였다. 1980년대 후반부터는 GHK-Cu가 화장품에 배합되기 시작했으나, 전반적인 펩타이드 개발은 더딘 편이었다. 2000년, 팔미토일펜타펩타이드-4 (마트릭실)가 합성되면서 상처 치유뿐만 아니라 미용 분야에서도 합성 펩타이드 개발과 연구가 활발해졌다.

7. 용어

펩타이드는 다양한 종류가 알려져 있으며, 공급원과 기능에 따라 분류된다. 《생물학적 활성 펩타이드의 핸드북》에 따르면 펩타이드에는 식물 펩타이드, 세균/항균 펩타이드, 균류 펩타이드, 무척추동물 펩타이드, 양서류/피부 펩타이드, 독 펩타이드, 암/항암 펩타이드, 백신 펩타이드, 면역/염증 펩타이드, 뇌 펩타이드, 내분비 펩타이드, 섭취 펩타이드, 위장 펩타이드, 심혈관 펩타이드, 신장 펩타이드, 호흡 펩타이드, 아편 펩타이드, 신경영양 펩타이드, 혈액-뇌 펩타이드 등이 있다.

일부 리보솜 펩타이드는 단백질 분해를 거쳐 호르몬이나 신호 분자로 기능한다. 일부 미생물은 마이크로신, 박테리오신과 같은 항생제로 펩타이드를 생성한다. 펩타이드는 인산화, 하이드록실화, 설폰화, 팔미토일화, 글리코실화, 이황화물 형성과 같은 번역 후 변형을 겪기도 한다. 보통 선형이지만, 올가미 구조나 오리너구리 독에서처럼 L-아미노산이 D-아미노산으로 라세미화되는 특이한 변형도 일어난다.

비리보솜 펩타이드는 리보솜이 아닌 효소에 의해 만들어진다. 글루타티온은 호기성 생물에서 항산화 방어 성분으로 작용하는 대표적인 비리보솜 펩타이드이다. 비리보솜 펩타이드는 단세포 생물, 식물, 균류에서 흔하며, 비리보솜 펩타이드 합성효소라는 모듈식 효소 복합체에 의해 합성된다. 이 복합체는 다양한 화학적 변형을 수행하는 모듈을 포함하며, 지방산, 폴리케타이드 생성 시스템과 관련되어 혼성체 화합물이 발견되기도 한다. 옥사졸이나 싸이아졸은 비리보솜 펩타이드 합성의 증거가 될 수 있다.

펩톤(peptone^영어)은 동물성 우유나 단백질 분해된 고기에서 유래하며, 지방, 금속, 염, 비타민 등 다양한 생물학적 화합물을 포함한다. 펩톤은 세균과 곰팡이 배양을 위한 영양 배지로 사용된다.

펩타이드 단편은 단백질을 식별하거나 정량화하는 데 사용되는 단백질 조각을 의미한다. 효소 분해나 자연 분해로 생성될 수 있다.

소화 펩타이드는 소화 과정 중 비특이적 단백질 분해 결과로 생성된다. 글루텐, 카제인 등 일부 식품 단백질은 모르핀 효과를 모방하는 오피오이드 펩타이드를 형성하며, 이는 정신 질환과 관련될 수 있다. 카소모르핀, 글루텐 엑소르핀, 델토르핀 등이 대표적이다.

펩타이드는 아미노산 사슬인 단백질과 크기에서 차이가 있다. 보통 50개 이하의 아미노산 잔기를 가지면 펩타이드, 그 이상은 단백질로 분류한다.

펩토이드나 β-펩타이드와 같은 펩타이드 모방체는 펩타이드와 유사하지만 다른 특성을 가진다.

7.1. 길이에 따른 용어

펩타이드와 관련된 여러 용어는 길이에 대한 엄격한 정의가 없으며, 그 사용에서 중복되는 경우가 많다.

* 폴리펩타이드는 아마이드 결합에 의해 결합된 많은 아미노산들(임의의 길이)이 결합된 단일 선형 사슬이다.
* 단백질은 하나 이상의 폴리펩타이드(약 50개 이상의 아미노산들로 구성)로 구성된다.
* 올리고펩타이드는 2개에서 20개 사이의 아미노산으로 구성된다.

7.2. 아미노산 수에 따른 용어

IUPAC 숫자 접두사를 사용하여 정의된 길이를 가지는 펩타이드들을 명명한다.

* 디펩타이드: 아미노산 2개로 구성
* 트라이펩타이드: 아미노산 3개로 구성
* 테트라펩타이드: 아미노산 4개로 구성
* 펜타펩타이드: 아미노산 5개로 구성
* 헥사펩타이드: 아미노산 6개로 구성
* 헵타펩타이드: 아미노산 7개로 구성
* 옥타펩타이드: 아미노산 8개로 구성 (예: 안지오텐신 II)
* 노나펩타이드: 아미노산 9개로 구성 (예: 옥시토신)
* 데카펩타이드: 아미노산 10개로 구성 (예: 생식샘자극호르몬 방출호르몬, 안지오텐신 I)

7.3. 기능에 따른 용어

신경펩타이드는 신경 조직과 관련하여 활성을 갖는 펩타이드이다. 지질펩타이드는 지질이 결합된 펩타이드이고, 펩두신은 G 단백질 연결 수용체와 상호작용을 하는 지질펩타이드이다. 펩타이드 호르몬은 호르몬으로 작용하는 펩타이드이다. 프로테오스는 단백질의 가수분해에 의해 생성되는 펩타이드의 혼합물이다. 이 용어는 다소 구식 용어이다. 펩타이드작동성 작용제(또는 약물)은 신체 또는 뇌의 펩타이드 시스템을 직접적으로 조절하는 기능을 하는 화학 물질이다. 예로는 신경펩타이드작동성 작용제인 오피오이드작동성 작용제가 있다. 세포 투과 펩타이드는 세포막을 투과할 수 있는 펩타이드이다.