In einem Peptidanalysebericht erscheint die Sequenzangabe meist als lange, ohne Lücken geschriebene Buchstabenfolge. Diese auf den ersten Blick verschlüsselt wirkende Zeile ist in Wahrheit eine schlichte Darstellung: Jeder Buchstabe steht für eine Aminosäure, und die Reihenfolge der Buchstaben entspricht der Reihenfolge der Reste in der Kette. Dieser Beitrag erklärt, wie diese Zeile gelesen wird und welche Informationen sie liefert.
Wie die Sequenzinformation im Labor gewonnen wird, wurde im Beitrag zur Massenspektrometrie behandelt. Hier geht es um das Lesen einer bereits gewonnenen Sequenz.
Warum ein einzelner Buchstabe?
Für Aminosäuren gibt es zwei Schreibkonventionen. Dreibuchstabige Abkürzungen erinnern an den Namen selbst und sind in kurzen Darstellungen gut lesbar. Einbuchstabencodes wurden entwickelt, damit lange Sequenzen in einer Zeile geschrieben werden können. Ein Protein mit Hunderten von Resten in Dreibuchstabencodes zu schreiben, verdreifacht die Zeilenlänge; deshalb verwenden Datenbanken, Publikationen und Analyseberichte die Einbuchstabendarstellung.
Die Buchstabenwahl ist nicht völlig willkürlich. Die meisten Aminosäuren übernehmen den Anfangsbuchstaben ihres Namens. Wenn mehrere Namen auf denselben Buchstaben Anspruch erhoben, erhielt die am häufigsten vorkommende den Anfangsbuchstaben, den übrigen wurden Buchstaben zugeteilt, die an Aussprache oder Struktur erinnern. Deshalb muss man sich manche Codes einprägen.
| Code | Aminosäure | Code | Aminosäure |
|---|---|---|---|
| A | Alanin | M | Methionin |
| R | Arginin | F | Phenylalanin |
| N | Asparagin | P | Prolin |
| D | Asparaginsäure | S | Serin |
| C | Cystein | T | Threonin |
| E | Glutaminsäure | W | Tryptophan |
| Q | Glutamin | Y | Tyrosin |
| G | Glycin | V | Valin |
| H | Histidin | K | Lysin |
| I | Isoleucin | L | Leucin |
Einige weitere Buchstaben, die nicht in der Liste stehen, werden ebenfalls verwendet. X zeigt an, dass der Rest an dieser Position nicht bestimmt werden konnte. Buchstaben wie B, Z und J sind für nicht unterscheidbare Restpaare reserviert; Leucin und Isoleucin lassen sich beispielsweise unter manchen Messbedingungen nicht voneinander trennen, und in diesem Fall kann ein gemeinsamer Code verwendet werden.
Leserichtung und Nummerierung
Die beiden Enden einer Peptidkette unterscheiden sich voneinander. An einem Ende sitzt eine freie Aminogruppe, am anderen eine freie Carboxylgruppe; sie heißen Aminoterminus und Carboxylterminus. Sequenzen werden immer vom Aminoterminus zum Carboxylterminus geschrieben. Diese Regel schafft die gemeinsame Grundlage, die erforderlich ist, um zwei Sequenzen vergleichen zu können.
Auch die Positionsnummern werden in derselben Richtung vergeben, wobei der Rest am Aminoterminus als erster gezählt wird. Eine in einem Bericht genannte Positionsangabe wird nach dieser Nummerierung gelesen. Das in unserer Referenzcharge identifizierte Peptid ist beispielsweise 36 Reste lang und trägt sechs Cysteine; die Positionen dieser Cysteine in der Sequenz zeigen die Stellen an, an denen Disulfidbrücken gebildet werden können. Die Rolle der Brücken in der Struktur wurde im Beitrag zu den Disulfidbrücken erläutert.
Bei der Nummerierung gibt es eine Falle. Ein Protein kann in der Zelle als längere Vorstufe hergestellt und später zugeschnitten werden; in diesem Fall entspricht der erste Rest des reifen Moleküls in Bezug auf die Vorstufensequenz einer anderen Nummer. Beim Vergleich einer aus der Literatur übernommenen Positionsangabe wird geprüft, auf welche Sequenz sich die Nummerierung bezieht.
Was lässt sich aus der Sequenz ablesen?
Eine Sequenz enthält erste Hinweise auf das Verhalten des Moleküls. Aus der Beschaffenheit der Reste lassen sich folgende Schlüsse ziehen:
- Länge: Die Zahl der Buchstaben ergibt die Zahl der Reste. Da jeder Rest grob im Durchschnitt 110 Dalton beiträgt, lässt sich auch die ungefähre Masse abschätzen.
- Anzahl der Cysteine: Die Zahl der C-Buchstaben bestimmt die Obergrenze für die Zahl der Disulfidbrücken, die gebildet werden können.
- Ladungstendenz: K, R und H tragen basische, D und E saure Seitenketten. Ihr Verhältnis gibt einen Hinweis auf die Oberflächenladung des Moleküls und beeinflusst sein Verhalten in der Chromatographie.
- Absorption: Das Vorhandensein der Buchstaben W und Y ist der Grund dafür, dass bei 280 Nanometern gemessen werden kann; Einzelheiten stehen im Beitrag zu 280 nm.
- Empfindliche Reste: M und W sind vergleichsweise anfällig für Oxidation, N und Q für strukturelle Veränderung.
Auch die Prolinreste in der Sequenz fallen besonders auf: Da dieser Rest die Flexibilität der Kette einschränkt, entspricht er bei der Faltung häufig einem Wendepunkt. Glycin dagegen verleiht der Kette als kleinster Rest mit kleinster Seitenkette lokale Freiheit. Die Anordnung dieser beiden Buchstaben in der Sequenz kann eine grobe Vorstellung davon geben, wo sich die Struktur krümmt.
Keiner dieser Schlüsse liefert die dreidimensionale Gestalt des Moleküls. Eine Sequenz ist die Reihenfolge einer Kette; wie diese Kette sich faltet und wie sie an ihr Ziel bindet, wird mit anderen Methoden untersucht.
Zwei Sequenzen vergleichen
Wird ein neues Peptid beschrieben, besteht der erste Schritt darin, seine Sequenz mit bekannten Sequenzen zu vergleichen. Der Vergleich erfolgt, indem die beiden Sequenzen Buchstabe für Buchstabe aneinander ausgerichtet werden; bei Bedarf werden Lücken eingefügt, um ähnliche Bereiche übereinanderzulegen. Das Ergebnis wird mit zwei Maßen beschrieben: Identität, der Anteil gleicher Buchstaben an derselben Position; Ähnlichkeit ist ein weiter gefasstes Maß, bei dem auch verschiedene, aber nah verwandte Reste gezählt werden.
Bei Giftpeptiden ist der aussagekräftigste Teil der Ausrichtung die Position der Cysteine. Bei Peptiden derselben Familie bilden die Anzahlen der Reste zwischen den Cysteinen ein bestimmtes Muster, und dieses Muster kann die Familienzugehörigkeit auch bei geringer Sequenzähnlichkeit zeigen. Die Klassifikation stützt sich deshalb nicht nur auf die prozentuale Ähnlichkeit, sondern auch auf die Erhaltung des Musters. Die Benennungsordnung der Familien wird im Beitrag zu α-KTx erläutert.
Beim Lesen der Sequenzangabe im Bericht
Die Sequenzzeile in einem Bericht ist für sich genommen kein Identitätsnachweis. Zu berücksichtigen sind gemeinsam, mit welcher Methode die Sequenz gewonnen wurde, ob sie vollständig oder nur zum Teil gelesen wurde und ob es nicht bestimmbare Positionen gibt. Auch ein Datenbanktreffer ist eine Wahrscheinlichkeitsaussage; das Vertrauensmaß des Treffers sollte im Bericht angegeben sein.
Länge, Cysteinanzahl und Klasse des im Bericht zu unserer Referenzcharge identifizierten Peptids sowie die Angaben zum Zielkanal werden auf der Analyseseite veröffentlicht. Diese Identifizierung betrifft eine einzelne Charge; der Komponentengehalt wird für jede Charge neu gemessen.
