پروتئین ها چیستند؟ – ساختار و نیاز روزانه بدن به آن ها

پروتئین ها مولکول هایی هستند که ساختار و عملکرد بدن به آن ها نیاز اساسی داشته و از به هم پیوستن اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. قسمت های مختلف و زیادی از بدن از پروتئین ساخته شده است، مانند ماهیچه ها، استخوان، پوست، برخی آنزیم ها و هورمون ها و… این ماده یک پلیمر طبیعی بوده و می توان گفت تقریبا از پس هر کاری در بدن بر می آید و در همه ی قسمت ها وجود دارند. در کتب علوم پایه های ششم، هفتم و هشتم به معرفی پروتئین ها و انواع آن پرداخته شده است. برای این که بیشتر با این ترکیبات مهم بدن آشنا شویم، این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک را همراهی می کنیم.

فهرست مطالب :

۱- پروتئین چیست؟

۲- کشف پروتئین ها

۳- واحد تشکیل دهنده ی پروتئین ها و چگونگی ساخت آن ها

۴- ساختار پروتئین ها

۵- انواع پرو تئین ها

۶- تعداد پرو تئین ها در سلول ها

۷- نقش پرو تئین در بدن

۸- پروتئین های ضروری و غیرضروری

۹- نیاز روزانه و کمبود پرو تئین ها در بدن

۱۰- منابع غذایی دارای پروتئین بالا

۱- پروتئین چیست؟

پلیمری از اسیدهای آمینه که قادر به انجام هر کاری در بدن می باشد را پرو تئین می گویند. بافت ماهیچه ها از پروتئین می باشد. بعضی از انواع آن، آنزیم و کاتالیزور می باشند که حضور آن ها باعث تسریع در انجام واکنش های شیمیایی حتی تا یک میلیون برابر نسبت به عدم حضور آن ها می شود. هموگلوبین خون ماده ای پرو تئینی می باشد که نقش حیاتی حمل اکسیژن به شش ها را دارد یا کلاژنی که در پوست و ناخن وجود دارد و باعث محکم شدن آن ها و حفظ اعضای بدن می شود، نیز Protein می باشد.

۲- کشف پروتئین ها :

اولین بار در قرن هیجدهم بود که آنتوان فورکروی توانست پرو تئین ها را به عنوان مولکول های زیستی که توانایی تراکم دارند، متمایز کند. آلبومین سفیده تخم مرغ، سرم خون و فیبرین از جمله پرو تئین های شناخته شده در آن زمان بودند. چون جداسازی پرو تئین ها برای مطالعه کار سختی بود، در ابتدا پررو تئین های استخراجی از خون، سفیده تخم مرغ و این قبیل مورد مطالعه قرار گرفت.

در سال ۱۹۴۹ فردریک سنگر کسی بود که انسولین را به عنوان اولین پروتئین شناسایی کرده و نشان داد که آن ها از زنجیرهایی از اسیدهای آمینه ساخته شده اند و به همین دلیل جایزه نوبل ۱۹۵۸ را از آن خود کرد. در همین سال هموگلوبین و میوگلوبین به عنوان اولین ساختارهای پروتئینی شناسایی شدند. بیشتر از ۱۲۶ هزار ساختار پرو تئینی از سال ۲۰۱۷ با اطلاعات اتمی وجود دارد.

۳- واحد تشکیل دهنده ی پروتئین ها و چگونگی ساخت آن ها :

همان طور که گفته شد پرو تئین ها از مونومرهای اسید آمینه تشکیل شده اند. این مونومر دارای گروه کربوکسیل و آمینی (آمید) می باشد که با اتصال به هم پلی آمید تشکیل می دهند. در شکل زیر گروه R بین آمیدها هر گروهی می تواند باشد ولی در پرو تئین ها R یک اتم کربن با دو گروه جانبی است.

 

در ساختار آن ها ۲۰ نوع اسیدآمینه استاندارد به کار رفته است. برخی از اسیدهای آمینه، غیراستاندارد هستند که بعد از ترجمه اسیدهای آمینه استاندارد تشکیل شدند و در ساختمان برخی قارچ ها و گیاهان دیده می شوند. طرز ساخت پرو تئین در سیتوپلاسم سلول ها با ترجمه کدون ها انجام می شود. به این ترتیب که ابتدا پرو تئین هایی به نام RNA پلیمراز، رونویسی کدهای ژنتیکی را به mRNA انجام داده و بعد از پردازش، mRNA بالغ ایجاد می شود. کدهای RNA توسط ریبوزوم به اسید آمینه ترجمه می شوند. وقتی این اسیدهای آمینه به هم متصل شوند می توانند یک پلی پپتد را بسازند.

نکته :

کدهای ژنتیکی هر کدام از سه نوکلئوتید برای ساخت یک پرو تئین ساخته می شوند. ساختار DNA از چهار نوکلئوتید آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و یوراسیل (U) تشکیل شده و با حساب ریاضی، این که هر کدون سه نوکلئوتید دارد، می تواند ۶۴ کدون وجود داشته باشد. برای مثال کد میتونین، AUG می باشد.

۴- ساختار پروتئین ها :

نوع ساختاری که پرو تئین به خود می گیرند می تواند چهار نوع باشد.

ساختار اول : در این ساختار اسیدهای آمینه مانند رشته ای با پیوندهای پپتیدی به هم متصل شده و پلیمرهایی از این مونومرها را می سازند.

ساختار دوم : وقتی پرو تئین ها در حین تا شدن به نوعی نظم سطحی برسند، به آن ساختار دوم گفته می شود و می تواند به شکل مارپیچ آلفا، صفحات بتا، turn ها و لوپ ها باشد.

مارپیچ آلفا : ساده ترین ساختار پرو تئین ها، مارپیچی و راست گرد بوده که در هر ۴,۵ آنگستروم ساختار آن تکرار خواهد شد. در طول این ساختار در هر ۵,۱ آنگستروم یک اسید آمینه قرار دارد که با چهارمین اسید آمینه ای که بعد از خود قرار دارد از طریق پیوند هیدروژنی بین گروه کربوکسیل و آمین، ارتباط دارد. این روند را به جز اسیدهای آمینه انتهایی (چهار تای آخر)، در طول ساختار مارپیچی خواهیم داشت.

صفحه های بتا : در صفحه های بتا بر خلاف مارپیچ آلفا، اسیدهای آمینه برای تشکیل ساختار خود مجاور هم قرار می گیرند و ساختار کشیده و سختی دارند. ظاهر زیگزاگی و چین دار این صفحات نتیجه پیوند هیدروژنی بین رشته های بتای مجاور می باشد که بین گروه کربوکسیل  و آمین آن ها ایجاد می شود.

ساختار سوم : شکل سه بعدی و کلی که پرو تئین دارد را ساختار سوم می گویند. وقتی چند ساختار دوم در کنار هم قرار گیرند، این ساختار را تشکیل داده و عملکرد آن ها را مشخص می کنند. این ساختار نتیجه پیوندهای هیدروژنی، اتصالات آبگریز و آبدوست، پل های نمکی و … می باشد.

ساختار چهارم : ساختار پرو تئنی که که مجموعه پرو تئینی می باشد که، از زیر مجموعه های پرو تئینی (زنجیرهای پلی پپتیدی) تشکیل شده که در فضا در کنار هم قرار می گیرند. پیوند بین این زیر واحدها ضعیف می باشد.

نکته :

با تعیین ساختار یک پرو تئین با پراش اشعه ایکس و روش های دیگر می توان عملکرد و فعالیت آن را تعیین کرد.

۵- انواع پرو تئین ها :

پروتئین ها از لحاظ ساختمانشان به سه دسته تقسیم می شوند.

پروتئین های کروی (حلقوی) : این پرو تئین ها که بسیاری از آنزیم ها در این گروه قرار می گیرند، محلول هستند و شامل دو گروه گلوبین ها (هموگلوبین، میوگلوبین و گلوبولین ها) و آلبومین ها هستند.

پرو تئین های خطی : از این دسته پرو تئین ها می توان کلاژن بافت همبند و کراتین ناخن یا مو و الاستین را نام برد که بیشتر در ساختار شرکت می کنند.

پرو تئین های غشایی : این پروتئین ها بیشتر در ساختار غشا هستند و عبور مولکول های باردار از طریق این کانال ها و گیرنده ها انجام می شود.

۶- تعداد پرو تئین ها در سلول ها :

تعداد پرو تئین ها در هر سلول و نوع آن ها با توجه به نوع عملکرد آن ها متفاوت است. طوری که در هر سلول ۲۰ میلیون نسخه ی جداگانه از پروتئین ها وجود دارد. تعداد پرو تئین ها در یک باکتری متوسط دو میلیون، در باکتری کوچک مثل اسپیروشیت ها ۵۰ هزار تا یک میلیون و در سلول های بزرگتر مانند یوکاریوت تعداد بیشتری وجود دارد. ۶۰۰۰ پرو تئین از ۲۰ هزار پروتئینی که توسط ژنوم انسان رمز گذاری شده در سلول های لنفوبلاستوئید هستند.

۷- نقش پرو تئین در بدن :

از فعالیت ها و عملکردهای حیاتی که پروتئین ها در بدن انجام می دهند می توان به همانندسازی DNA، تنظیم فعالیت های سلولی، تقویت سیستم ایمنی، رشد و نگهداری، تنظیم PH، ساختار غشای سلول ها، پاسخ به محرک ها و… را نام برد. پرو تئین ها برای ساخت هورمون های بدن که نقش پیام رسان را در بدن دارند، شرکت دارند که باعث انتقال پیام ها به بافت های هدف می شوند. همچنین پرو تئین ها در ساختار کلاژن ها که نقش ساختاری در سلول ها، پوست، تاندون ها و عضلات دارند، وجود دارد. کراتین پروتئینی است که مو را به عنوان یک بافت پوششی می تواند تقویت کند.

آنزیم ها اکثریتشان از پرو تئین بوده و نقش کاتالیزوری بسیار مهمی در تسریع انجام واکنش های شیمیایی مانند فتوسنتز گیاهان و تنفس سلول های انسانی دارند. از نقش های دیگر پرو تئین ها می توان به تنظیم غلظت اسیدها، خون و مایعات بدن اشاره کرد. دو پرو تئین تنظیم تعادل مایعات بدن، آلبومین و گلوبولین هستند. نقش تقویت ایمنی پرو تئین ها، کمک به پادتن ها و سلول های ایمنی بدن برای مبارزه با عفونت می باشد.

۸- پروتئین های ضروری و غیرضروری :

۲۲ اسید آمینه متفاوت برای ساخت پرو تئین های بدن نیاز است. این اسیدهای آمینه به دو دسته ضروری و غیرضروری تقسیم می شوند. ضروری که به تعداد ده تا می باشند و باید از راه غذا وارد بدن شوند و بدن نمی تواند آن ها را بسازد. هیستیدین، لوسین، فنیل آلامین، والین و متیونین نمونه هایی از آن هاست.

اما اسیدهای آمینه غیرضروری ۱۲ تای باقیمانده است که بدن می تواند آن ها را از چربی ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای آمینه دیگر تولید کند. برخی از اسیدهای آمینه بین دو گروه ضروری و غیرضروری قرار می گیرند، مانند گلوتامین، تورین و اورنیتین که فقط در موارد خاصی مانند وقت بیماری جزء پروتئین های ضروری می شوند.

نکته :

مواد غذایی که تمام اسیدهای آمینه ضروری را داشته باشند مانند انواع گوشت، تخم مرغ و لبنیات (منابع حیوانی) و سویا (منبع گیاهی)، با پرو تئین کامل هستند. اما مواد غذایی که حداقل یک اسید آمینه ضروری را داشته باشند مانند نخود فرنگی، لوبیا و غلات، را با پرو تئین ناقص می گویند.

۹- نیاز روزانه و کمبود پرو تئین ها در بدن :

هر فرد سالمی روزانه باید ۱۰ تا ۳۵ درصد کالریش از پرو تئین تأمین شود. به طوریکه مقدار روزانه نیاز یک زن سالم به پروتئین ۴۵ گرم و برای یک مرد سالم ۵۲ گرم می باشد. اگر مقدار پرو تئین روزانه بدن تأمین نشود بدن دچار اختلالاتی می شود. به عنوان مثال از اولین علایم آن می توان به ضعف عضلات اشاره کرد. کودکانی که کمبود پروتین دارند پوست نازکی داشته، عضلات ضعیف و چروکیده ای دارند و آلبومین خونشان کمتر از حد طبیعی خواهد بود. چون برای ساخت گلبول های قرمز خون با عمر ۱۲۰ روز، احتیاج به پرو تئین است، کمبود آن باعث کم خونی می شود و چون بدن برای محافظت خودش از پرو تئین های عضلات استفاده می کند، فرد دچار ضعف عضلانی شده و پوست و استخوان می شود.

توجه :

توجه داشته باشید که زیادی پرو تئین نیز برای بدن ضرر دارد. بدن بیماران کلیوی و کبدی، قادر به تبدیل پرو تئین اضافی به اوره و دفع آن از راه کلیه نبوده و سنگ های کلیه شکل می گیرند یا در این افراد مسمومیت اورمیک ایجاد می شود.

۱۰- منابع غذایی دارای پروتئین بالا :

گوشت قرمز (گاو، گوسفند و بوقلمون) تولید کننده انرژی و منابع غنی از پرو تئین، فسفر، آهن و ویتامین B هستند. ماهی ها نیز مانند گوشت قرمز منابع غنی از فسفر، آهن، گوگرد، ید، مس و پروتئین هستند. انواع سالمون، قزل آلا، حلوا از مهمترین منابع غنی این ماده می باشند. انواع لبنیات (شیر، ماست و…) منابع غنی از پروتئین، کلسیم، ویتامین D و فسفر هستند. یک عدد تخم مرغ می تواند مقدار ۲۹ گرم از نیاز روزانه یک فرد به پرو تئین را تأمین کند.