البروتينات : التعريف والوظائف والأنواع
نفسر ما هي البروتينات وخصائصها ووظائفها. وما هي أنواعها ومصادرها ومدخولها الموصى به.
تعتبر البروتينات من العناصر الغذائية الأساسية للإنسان.
ما هي البروتينات؟
البروتينات الجزيئات الكبيرة الموجودة في جميع الكائنات الحية ويشكلون مغذيات أساسية للإنسان.
هم جزيئات كبيرة يتكون من اتحاد العديد من الأحماض الأمينية التي يتم الحصول عليها من خلال الطعام. الأحماض الأمينية عبارة عن جزيئات عضوية تحتوي في أحد طرفي بنيتها على مجموعة وظيفية أمينية (-NH2) ، بينما يوجد في الطرف الآخر مجموعة وظيفية كربوكسيل (-COOH).
البروتينات ضروري لأداء وظائف الجسم المختلفة، مثل تكوين أو إصلاح العضلات والعظام والأنسجة الأخرى. كما أنها تتدخل في انقسام الخلايا وفي الدفاع عن الجسم.
يمكن أن يتسبب انخفاض مستويات البروتين في الجسم في الإصابة بأمراض مثل فقر الدم ، خاصة في مراحل الحمل أو الطفولة المبكرة.
أنظر أيضا: الكربوهيدرات
خصائص البروتين
يحدد نوع تسلسل الأحماض الأمينية شكل ووظيفة البروتين.
- تتكون البروتينات من أنواع مختلفة من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض ، والتي تشكل سلسلة طويلة ولها بنية معقدة. يحدد تسلسل الأحماض الأمينية شكل البروتين ، وبالتالي الوظيفة.
- يوجد حوالي عشرين نوعًا مختلفًا من الأحماض الأمينية ، ثمانية منها ضرورية أو لا غنى عنها لأن الجسم لا يستطيع تصنيعها ويجب أن يحصل عليها من خلال الطعام. الأنواع الاثني عشر المتبقية من الأحماض الأمينية هي تلك التي يمكن أن يصنعها الجسم أو يصنعها من الأحماض الأمينية الأساسية.
- تحتوي بعض الأعضاء أو الأنسجة على نسبة بروتين أعلى من غيرها. ومع ذلك ، فإن أهمية البروتين لا تتعلق بتركيزه ولكن بوظيفته. بعض أهم البروتينات ، مثل الإنزيمات والهرمونات ، تكون بنسب منخفضة.
- البروتينات محددة جدًا من حيث الوظيفة التي تؤديها ويجب أيضًا أن تكون مستقرة في البيئة التي يؤدون فيها نشاطهم.
هيكل البروتين
البروتينات لها مستويات مختلفة من التنظيم في هياكلها التي تم استخدامها لدراستها. يتم تمثيل أربعة أنواع من الهياكل بشكل أساسي:
- الهيكل الأساسي. إنه تسلسل الأحماض الأمينية لسلاسل الببتيد ، الذي لا يكشف عن معلومات حول التشكل ولكن حول تكوين هذه السلاسل. يمكن أن تكون سلاسل الببتيد مستقيمة أو مزدوجة. إن أبسط طريقة لوصف البروتين هي باستخدام هيكله الأساسي.
- الهيكل الثانوي. إنه الترتيب المكاني لأنواع مختلفة من سلاسل الببتيد للبروتين. يحدد وجود روابط الهيدروجين تشكيل الطيات الموضعية ، مثل حلزونات ألفا أو صفائح بيتا.
- الهيكل الثالث. إنه طي سلسلة الببتيد على نفسها ، مما يولد بنية شبيهة بالكرة. يحدث هذا الطي على الهيكل الثانوي الحالي.
- هيكل رباعي. إنها بنية البروتينات التي تحتوي على أكثر من سلسلة واحدة من الأحماض الأمينية ذات البنية الثلاثية الموجودة بالفعل. هذا هو اتحاد سلاسل الببتيد المختلفة. تسمى البروتينات التي لها هيكل رباعي بروتينات قليلة القسيمات. مثال على هذا النوع من البروتين هو الهيموجلوبين.
وظائف البروتين
الوظائف التي يمكن أن تؤديها البروتينات متنوعة للغاية وضرورية للتشغيل السليم للكائن الحي ، مثل تكوين الهياكل الخلوية للكائنات الحية وجعل التفاعلات الكيميائية ممكنة.
تشمل الوظائف الرئيسية ما يلي:
- يجعلون بعض العمليات البيولوجية تحدث بشكل أسرع. هذه العملية تسمى الحفز. على سبيل المثال: الإنزيمات (وهي بروتينات تحفز بعض التفاعلات الكيميائية).
- يتحكمون في عمليات الجسم ، مثل النمو والتمثيل الغذائي. على سبيل المثال: الأنسولين (هرمون ينظم مستويات الجلوكوز في جسم الإنسان).
- أنها تحمي الجسم من الأمراض. على سبيل المثال: الأجسام المضادة ، كما هو الحال مع IgG المتولدة لمكافحة Covid-19.
- ينقلون مواد مختلفة في الجسم ، مثل الأكسجين والحديد والدهون. على سبيل المثال ، الهيموجلوبين ، الترانسفيرين ، والبروتينات الدهنية.
- أنها تشكل بنية الأنسجة المختلفة ، مثل الجلد والشعر. على سبيل المثال ، الكولاجين والكيراتين.
- يؤدون حركات تقلص العضلات. على سبيل المثال ، الميوسين والأكتين.
أنواع البروتين
هناك مجموعتان رئيسيتان من البروتينات:
- بروتينات بسيطة. تتكون فقط من الأحماض الأمينية أو مشتقاتها. على سبيل المثال ، تشكل البروتينات الكروية بُنى شبه كروية وملفوفة بإحكام ، أو ليفية ، لها هيكل ممدود.
- البروتينات مترافقة مع مركبات أخرى. تتحد مع مكون آخر ليس من الأحماض الأمينية والذي يسمى “مجموعة الأطراف الصناعية”. على سبيل المثال ، البروتينات الدهنية (التي تتحد مع الدهون) ، والبروتينات السكرية (التي تتحد مع السكريات) أو البروتينات الصبغية (التي تتحد مع الأصباغ).
تمسخ البروتين
يتحول بياض البيض ، وهو نقي وغني بالألبومين ، إلى اللون الأبيض عند غليه.
تمسخ البروتين هو عملية يتم فيها ، في ظل ظروف معينة ، تحدث تغيرات فيزيائية كيميائية تسبب فقدان بنيتها الثانوية والجامعية والرباعية. تبقى سلسلة البولي ببتيد فقط ، بدون أي هيكل ثلاثي الأبعاد.
العوامل الأكثر شيوعًا التي تولد التمسخ هي التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة ودرجة الحموضة والضغط الهيدروستاتيكي (الضغط الذي يمارسه السائل). من ناحية أخرى ، عند إضافة مذيبات عضوية معينة مثل الأسيتون أو التولوين ، يمكن أيضًا أن يحدث تمسخ للبروتينات.
مثال على هذه العملية يحدث مع طهي بيضة، حيث يتغير اللون الأبيض (الغني جدًا بالألبومين) عند تعرضه لدرجات حرارة عالية. يتوقف بياض البيض عن كونه شفافًا وسائلاً وقابلًا للذوبان ليصبح أبيضًا وصلبًا وغير قابل للذوبان ، كما يحدث مع بيضة مقلية أو بيضة مسلوقة.
مصادر البروتين
مصادر البروتين متنوعة وكل كائن حي يحصل عليها ويجمعها بشكل مختلف. على سبيل المثال ، تحتاج الحيوانات المجترة (مثل الأبقار) إلى استهلاك كميات كبيرة من الخضار لتغطية مستويات البروتين الكافية. تحتاج الحيوانات غير المجترة (مثل البشر) إلى استهلاك المشتقات الحيوانية والبقوليات والبذور والمكسرات.
فائض البروتين
يمكن أن يؤدي وجود فائض من البروتينات إلى زيادة درجة الحموضة في الجسم.
البروتين الزائد من أصل حيواني قد تنطوي على مخاطر صحية بسبب تركيز الدهون المشبعة تحتوي على ، التي تساهم في زيادة نسبة الكوليسترول وانسداد الشرايين ، وتسبب اضطرابات القلب والأوعية الدموية والسمنة وتؤثر على الكلى أو الكبد.
لا يستطيع الجسم تخزين البروتين الزائد. للقضاء على هذا الفائض ، فإنه ينتج عنه تغيير في درجة الحموضة في الجسم مما يجعله أكثر حمضية من اللازم. يمكن أن تؤدي عملية مواجهة وموازنة الأس الهيدروجيني إلى زيادة الحمل وإتلاف بعض الأعضاء الحيوية.
كمية البروتين اليومية
المدخول اليومي الموصى به من البروتين تختلف باختلاف العوامل، مثل كثافة النشاط والعمر والحالة الصحية ، من بين أمور أخرى. يتم احتساب جرعة البروتين الموصى بها ، والتي لا تتطابق مع الكمية الإجمالية للغذاء المطلوب ، بناءً على تركيز البروتين في الغذاء ، ونسبها المقترحة هي:
- للأشخاص الذين يمارسون نشاطًا معتدلًا. يجب أن يستهلكوا ما بين 0.8 و 1 جرام من البروتين لكل كيلو من وزن الجسم ، وهو ما يعادل حوالي 56 و 90 جرامًا من البروتين يوميًا للفرد متوسط الوزن.
- للأشخاص الرياضيين أو ذوي النشاط الكبير. يجب أن يستهلكوا ما بين 2 و 2.5 جرام من البروتين لكل كيلو من وزن الجسم ، وهو ما يعادل حوالي 100 و 160 جرامًا من البروتين يوميًا للفرد متوسط الوزن.