البروتينات Proteins مكوِّنات آزوتية للمادة الحية العالية الوزن الجزيئي، تقوم بدور مهم في الظواهر الكيمياوية الحيوية.

البروتينات

البروتينات Proteins مكوِّنات آزوتية للمادة الحية العالية الوزن الجزيئي، تقوم بدورمهم في الظواهر الكيمياوية الحيوية. توجد البروتينات في كل الخلايا الحية، وتؤلفالجزء الرئيس من الجلد والعضلات والأوتار والأعصاب والدم، وأيضاً من الإنظيمات (الإنزيمات)والأضداد وكثير من الهرمونات.
أتت تسمية البروتينات من الكلمة اليونانية Prôtos وتعني الأول، وهذهالتسمية مناسبة، لأن البروتينات هي من أهم المركبات الكيمياوية، ولا توجد أيمركبات يمكن أن تحل محلها.
وهي تتكون من وحدات أولية هي الحموض الأمينيةوالببتيدات.
الحموض الأمينية
يعرف من الحموض الأمينية المعروفة حتى اليوم فيجسم الكائنات الحية عشرون حمضاً أمينياً فقط، وهي حموض من نوع a، تبنى جميعها على أساسواحد، فلكل حمض زمرة أمينية NH₂ في أحد طرفيه، وزمرة كربوكسيلية COOH في الطرف الآخر، وترتبط الزمرتان بذرة كربون مركزية تدعى «الكربونألفا» a،ترتبط به ذرة هدروجين وزمرة رابعة (R) تدعى السلسلة الجانبية (عدا الغليسين حيث H=R)، فلا تختلف الحموض الأمينية بعضها عن بعض إلا بطبيعة هذهالسلسلة الجانبية.


يقتضي وجود ذرة كربون لا متناظرةظهور عدة متماثلات في التركيب مع الحمض الأميني نفسه (عدا الغليسين)، وتعتمدتسمية هذه المتماثلات في التركيب على وضع الزمرة NH2 حول ذرة الكربون اللامتناظرة، فإذا كانت الزمرة NH₂إلى يسار هذا الكربون كان الحمض الأميني من زمرة اليسار «L» وإذا كانت إلى يمينه كان الحمض من زمرة اليمين «D». علماً أن كافة الحموضالأمينية الطبيعية التي في البروتينات من زمرة اليسار L. وقد جرت العادة أن يرمز للحمض الأميني عند كتابة صيغ البروتيناتإما بثلاثة أحرف وإما يكتفى بحرف واحد في حالة البروتينات الضخمة (انظر جدولالحموض الأمينية البروتينية).


خواص الحموض الأمينية
تبدي الحموض الأمينية خواصَّ كلٍ من الحموضوالأمينات إضافة إلى خواص مشتركة تتعلق بالزمرتين الأمينية والكربوكسيلية.
تصنيف الحموض الأمينية
اقتُرِحت طرائق مختلفة لتصنيف الحموض الأمينية معتمدةعلى اختلاف طبيعة السلسلة الجانبية R. ومن أهم هذه الطرائق التصنيف الآتي:
أ ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبيةاللاقطبية (رُهابية الماء).
ب ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبيةالحاوية زمرة هدروكسيلية.
ج ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبية الحاويةكبريتاً.
د ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبيةالحامضية المشحونة سلباً.
هـ ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبيةالأساسية المشحونة إيجاباً.
الببتيدات (الهضميدات)
إن من أهم تفاعلات الحموض الأمينية تشكيلالرابطة الببتيدية. ينتج الببتيد من التحام حمضين أمينيين على الأقل بإزاحة جزيءماء، فترتبط الزمرة الحمضية للمركب الأول بالزمرة الأمينية للمركب الثاني وتؤلف «الرابطةالببتيدية» CO -NH-R-R.
اعتمد تحليل الببتيدات الذي يؤدي إلى الحموضالأمينية طرائق كيمياوية تُحطم الرابطة الببتيدية كالتحليل المائي الحمضي (غليالببتيد مع 6ـ نظامي حمض كلور الماء بالدرجة 105ْس مدة 24ساعة) وبالتحليل المائي القلوي (غلي الببتيد مع 5 ـ نظامي هدروكسيد الصوديوم مدة24 ساعة). ويلجأ فيالتحليل المائي الإنظيمي (حضن الببتيد بالدرجة 37ْس لعدةساعات في وسط pH معين لكل إنظيم) إلى عدد من الإنظيمات التي عرفت اليوم جيداًكالببسين Pepsin، والهضمين الثنائية الإنفحة أو المنْفحة Rennet، والتربسين Trypsin، والهضمين الثلاثية الكيموتربسين Chymotrypsin، والبابائين Papain، وغيرها تحطم الرابطة الببتيدية في أماكن معينة تتعلق بالحموضالأمينية المؤلفة لهذه الرابطة.
يطلق أحياناً اسم قليلات الببتيد Oligopeptidesعلى الببتيدات القليلة المكونات، ويطلق اسم كثيرات الببتيد Polypeptides على الببتيدات المكوَّنة من أكثر من عشر وحدات من الحموضالأمينية، والببتيدات الطبيعية تشتمل على هذين الصنفين.
بعض الببتيدات ذات البنية المشهورة
أ ـ الغلوتاتيون Glutathione ثلاثي الببتيد مكون من g ـ زمرة الكربوكسيل لحمض الغلوتاميك وa ـ زمرة الأمين للسيستئين وتشغل بقية الغليسين الطرف ـ C.
ينتشر الغلوتاتيون في كثير من الأعضاء الحيوانية(الكظر، والكبد، والطحال، والمعثكلة، والقلب، والرئة).
ب ـ الأكسيتوسين Oxytocin والفازوبريسين Vasopressin هرمونان فصلا من القسم الخلفي للنخامة، وهما ذَوَا طبيعة ببتيديةحلقية مكونة من 9 بقايا حموض أمينية، ويمكن استنساخهما بالاصطناع. الأكسيتوسينهرمون يسبب تقلص الرحم وينشط هرمون البرولكتين Prolactin الذي يزيد إفراز الحليب. الفازوبريسين هرمون رافع لضغط الدم Hypertensiveومضاد للبوال Antiduretic.
جـ ـ الغَسْترين Gastrin هرمون ببتيدي يحتوي على 17 بقية حمض أميني فُصل من غشاء المعدةالمخاطي. ينشط الغسترين اصطناع حمض كلور الماء وإفراز عصارة المعدة.
د ـ الغلوكاغون Glocagon هرمون ببتيدي رافع لسكر الدم Hyperglucemic فصل من المعثكلة، يحتوي على 29 بقية حمض أميني.
البروتينات
البنى الكيمياوية للبروتينات: تبنىالجزيئات البروتينية من حموض أمينية متصلة فيما بينها ومرتبطة أو غير مرتبطة بزمرضميمة Prosthetic ذات طبيعة متغيرة (كالهيم، والشحوم، والسكريات...)، ويمكن أنيدخل في الجزيء البروتيني الواحد عدة مئات حتى الألف من بقايا الحموض الأمينية.ويلزم لنمو كل شكل من أشكال الكائنات الحية ولنشاطها الحيوي وجود عشرات الآلاف منالبروتينات النوعية المختلفة.
تنتج البروتينات من اجتماع ( ـ الحموضالأمينية المرتبطة فيما بينها بالرابطة الببتيدية (CO -NH) مؤلفة سلاسل طويلة كثيرات البببتيد.
تُدرس بنية البروتينات ضمن أربعة تنظيمات معقدةتعطي بمجموعها بنية البروتين، وإذا تخرب أي من هذه التنظيمات الأربعة يفقدالبروتين وظائفه الحيوية.
أ ـ البنية الأولية PrimaryStructure: يطلق على تسلسل الحموضالأمينية وتعيين عدد الجسور الثنائية الكبريت، وأمكنتها في البروتين (إن وجدت) اسمالبنية الأولية. تتألف البروتينات المرتفعة الوزن الجزيئي عادة من عدة سلاسلكثيرات الببتيد (الهضميد).
ب ـ البنية الثانوية: بيّنت دراسات أشعة رونتجنلعدة بروتينات وجود سلاسل ببتيدية ممطوطة وسلاسل ملتفة بانتظام. وقد توصل كل منالكيميائي الفيزيائي الأميركي باولنغ L.Pauling والكيميائي الأمريكي كوري R.B.Corey إلى وضع نماذج للبنيات الثانوية أكانت من نوع الحلزون ألفاوالبنية الصفيحية المنطوية بيتا، والحلزون الثلاثي.
جـ ـ البنية الثالثية TertiaryStructure: يمكن أن تلتوي السلسلةالببتيدية وتنثني وقد يتخرب الحلزون في بعض الأجزاء، ويدعى الشكل النهائي الذيتأخذه هذه السلسلة الببتيدية البنية الثالثية.
د ـ البنية الرابعية QuarternaryStructure: تطلق هذه التسمية علىالتوضع الفراغي لجزيء البروتين الحاوي عدة سلاسل كثيرات الببتيد مثبتة بشدة فيالفراغ وتبدي فعالية حيوية (ولكل سلسلة بنيتها الخاصة الأولية والثانوية والثالثية).
تصنيف البروتينات
إن عدد البروتينات المختلفة المعزولة من أعضاءالكائنات الحية والنباتات والأحياء المجهرية كبير للغاية. وتختلف البروتينات بعضهاعن بعض بالتركيب الكيمياوي (بعدد الحموض الأمينية وتتابعها) وبالبنية الفراغيةوبالوظيفة والفعالية الحيوية. ولا يوجد حتى الآن نظام عام مناسب مُرْضٍ لتصنيفالبروتينات، إلا أنهناك أنظمة تصنيفية متعددة للبروتينات ومختلفة فيما بينها مازالت مستخدمة حتىوقتنا الحاضر.
تعتمد النظم التصنيفية للبروتينات على: الذوبان،والتركيب الكيمياوي، والشكل، والوظيفة، والبنية الفراغية الثلاثية الأبعاد.
وينتسب إلى البروتينات البسيطة تلك المؤلفة منحموض أمينية فقط، وإن عدد البروتينات البسيطة كبير للغاية.
البروتينات السكرية Glycoproteins وهي تنتج من ارتباط جزيء بروتيني بسكر؛ والبروتينات الشحمية Liporoteinsوهي البروتينات المرتبطة بالشحوم، والبروتينات الملونة Chromoproteins وهي البروتينات المرتبطة بزمر لونية، والبروتينات النووية Nucleoproteinsوهي البروتينات المرتبطة بالحموض النووية، والبروتينات المُفَلَّزه Metalloproteinsوهي البروتينات المرتبطة بالمعادن، والبروتينات الفسفورية Phosphoproteins وهي البروتينات المرتبطة بحمض الفسفور.
ويمكن في بعض الحالات تمييز صفين رئيسيين منالبروتينات يسمى الأول البروتينات الكروية Globular proteins والثاني البروتينات الليفية Fibrousproteins وذلك بالاعتماد على الشكلالعام.
تصنف البروتينات أيضاً طِبقاً لوظائفها الحيويةالتي تتحقق في الجسم البروتينات الإنظيمية، البروتينات الهرمونية، البروتيناتالناقلة....
بعض البروتينات ذات البنية المشهورة
يهتم العلماء بدراسة الببتيدات العالية وفيمقدمتها الهرمونات والإنظيمات.
أ ـ الأنْسولين Insulin: هرمون مُنقِص لسكر الدم Hypoglucemic تفرزه المعثكلة. يتألف الأنسولين من 51 بقية حمض أميني موزعة علىسلسلتين ببتيديتين، تحتوي السلسلة A على 21 بقية حمض أميني والسلسلة B على 30 بقية حمض أميني. يربط هاتين السلسلتين جسران كبريتيان.
ب ـ الفبرين Fibrin: تفرز الفبرين يرقات دود القز على هيئة خيوط حريرية دقيقة، وهوبروتين خطي يتألف من سلاسل عديدات الببتيد ترتبط بعدد كبير من الروابط الهدروجينية(البنية ـ بيتا)، وزنهالجزيئي مرتفع نحو 100 ألف. تتوضع بقايا الحموض الأمينية في السلسلة الببتيدية وفقالترتيب الآتي:
X-Gly-Ala-Gly-Ala-Gly
(X = بقية السيرين أو أي حمض أميني آخر).
ج ـ الألبومين Albumin: ألبومين البيض وزنه الجزيئي 45 ألف ويؤلف 64% من الكتلة الرئيسيةلبروتينات بيض الدجاج. أما ألبومين الدم فوزنه الجزيئي 65 ألف ويؤلف 60% منبروتينات مصل الدم.
د ـ الهيموغلوبين Hemoglobin: وهو المكون الأساسي لكريات الدم الحمراء. يدخل في تركيب جزيءالهيموغلوبين أربع ذرات حديد كل ذرة تتوضع في مركز زمرة الهيم. يتألف الجزءالبروتيني الغلوبيني من 574 بقية حمض أميني.
هـ ـ a -الكيموتربسين Chymotrypsin-a: يتألف جزيء a- كيموتربسين من 246 بقية حمض أميني وخمسة جسور ثنائية الكبريت،يحلل الكيموتربسين تحليلاً مائياً الروابط الببتيدية والاسترية.
و ـ هرمون النمو GrowthHormone: ينتجه الفص الأماميلنخامة الإنسان، ويتألف من سلسلة ببتيدية واحدة تحتوي 245 بقية حمض أميني وزنهالجزيئي 27 ألف. ينشط هرمون النمو اصطناع الإنظيمات والبروتينات في كل خلية.
الخاصيات الفيزيائية للبروتينات
تعطي البروتينات مع الماء محاليل غروانية لزجةتقريباً، وترسب من هذه المحاليل بالغول والمحاليل الملحية، وتخربها الحرارةفتخثرها. ويمكن فصل مركباتها أو مجموعات من هذه المركبات في محاليلها هذه بالرحلانالكهربائي Electrophoresis وبالتنبيذ الفوقي Ultracentrifugation والاستشراب Chromatography ويمكن أن تتخرب بسهولة القوى الضعيفة نسبياً المسؤولة عن تثبيتالبنية الفراغية، بتأثير كثير من الكواشف والحالات المختلفة، مما يؤدي إلى فقدانالفعالية الحيوية، وتعرف هذه الخاصة بإفساد Denaturation البروتينات أي مسخها.
الخاصيات الكيمياوية
تلون كبريتات النحاس القلوية البروتينات بلونأحمر بنفسجي يدعى «تفاعل بَيُوريت» المميز للببتيدات. وتتلون البروتينات باللونالأحمر بتفاعلها مع كاشف «ميلون Millon» (نترات الزئبق الحمضية)، وهو تفاعل يعزى إلىالتيروزين، لذلك لا يحصل التلون مع الجزيئات التي لا تحوي هذا الحمضالأميني. وتتفكك الروابط الببتيدية في البروتينات بتقنيات التحلل المائي الكيمياويأو الإنظيمي لتعطي ببتيدات تتحول بالتدريج إلى حموض أمينية.
استقلاب البروتينات
إن لكل نوع نباتي أو حيواني بنيته البروتينيةالخاصة المكونة من حموض أمينية جوهرية لا غنى عنها.ومع أن بإمكان الكائن الحي اصطناع بعض هذه الحموض فإن هناك حموضاً أمينية أخرى لا يستطيعالكائن الحي اصطناعها، لذلك ينبغي أن تأتي من التغذية (بروتينات ضرورية). وتتفككهذه البروتينات تدريجياً بالعصارات الهاضمة محررة حموضاً أمينية. ويقوم الكائنالحي بإعادة تكوين الأبنية البروتينية الضرورية للحياة بدءاً من هذه الأخيرة.وتحذف الكلية بقايا هذه التفاعلات على هيئة بولة وحمض البول في المقام الأول.
الكيمياء السريرية للبروتينات
تتيح الكيمياء الحيوية السريرية إدراك اضطرابالكثير من الوظائف، وذلك بتحليل البروتينات والمواد التي تشتق من استقلابها.وكثيراً ما يتطلب الأمر معايرة البروتينات الدموية وتجزئتها بالرحلان الكهربائيومعايرة البولة وحمض البول وغيرهما. كما يدل وجود بعض الحموض الأمينية في البولعلى بعض الأمراض.
البروتينات النباتية
تحوي جميع البنى في النباتات بروتينات بمقاديرمتفاوتة وقليلة نسبياً بالمقارنة مع النسج الحيوانية، ويوجد الكثير من البروتيناتفي بذور النباتات بحالة حرة غير مرتبطة بالشحوم أو السكريات.
يدخل في تركيب البروتينات النباتية:الألبومينات، والغلوبولينات، والغلوتيلينات، والبرولامينات.وتراوح نسبة البروتينات في الصانعات الخضر Chloroplasts بين 35- 45% ترتبط بالشحوم وبصباغ الكلوروفيلبوساطة المغنزيوم. تؤلف البروتينات النووية الجزء الرئيس من بروتينات الهيولى Cytoplasma.
تصنع النباتات المركبات الآزوتية على حسابالنترات التي في التربة، بإرجاعها إلى نشادر يتفاعل مع الحموض العضوية (حمضالفومار، حمض حماض الخل، حمض aـ كيتو الغلوتار) ليعطيحمض الاسبارتيك. وبنتيجة تفاعلات نقل الأمين من حمض الاسبارتيك تتكون الحموضالأمينية الأخرى ومنها الجزيئات البروتينية. وقد تبين في الوقت الحاضر أن استقلابالآزوت يتم بأربع مراحل: أ ـ تمثـل الآزوت، ب ـ تكوين الحموض الأمينية وتحولاتها،ج ـ اصطناع الأميدات والببتيدات وغيرها من المركبات الآزوتية البسيطة، د ـ تكوينالبروتينات والحموض النووية.
ليست القيمة الغذائية للبروتينات النباتيةكالقيمة الغذائية للبروتينات الحيوانية نتيجة لعوز البروتينات النباتية في الغالبإلى بعض الحموض الأمينية، وخاصة عوزها إلى الليزين والمتيونين إذا ما قورنتبألبومين البيض.
ويعد بروتين الصويا من أجود أنواع البروتيناتالنباتية إذ يزيد محتواه بالليزين على 20 %.
ويتبقى عند استخلاص الزيت الذي في الحبوبالزيتية منتجٌ ثانوي هو الكُسْب الذي يحتوي على جميع بروتينات الحبوب، والذيغالباً ما يستعمل في تغذية الحيوانات، وإن كان يستعمل أحياناً في تغذية البشر.
البيلة الألبومينية والبيلة البروتينية
أطلق منذ زمن طويل على وجود بروتينات في البولاسم بيلة ألبومينية Albuminuria (يعتمد اختبار كشفها على ترسيب البروتين الذي يعطي هلامة مبيضةغَبْشاء مماثلة لألبومين البيض المتخثر). ويزداد اليوم شيئاًفشيئاً استعمال المصطلح الأصح ألا وهو البيلة البروتينية Proteinuria. وبالفعل تُمثَّل البروتينات التي في البول بألبومينالمصل، كما تُمثَّل بالغلوبولينات a وb وg.
تلاحظ البيلة البروتينية في أغلب أمراض الكلية،وهي تراوح بين 1 و4غ في الليتر في التهابات الكلية Nephritis (الكُبَيْبية Glomerular أو الخلالية Interstitial)، وتزيد على 5غ في اللتر في الكُلاء Nephrosis.
تتأتى البيلة البروتينية القائمة Orthostaticمن وجود بروتينات في البول حين يكون الشخص المصاب واقفاً، في حين أنها تختفي عندالنوم أثناء الليل، وهي تنجم عن آفة في الكلية وإن كانت تحتاج إلى مراقبة.
العواقب الفيزيولوجية الناجمة عن تغيرات في بنيةالبروتينات
إن استبدال حمض أميني بآخر في جزء معين من سلسلةببتيدية، يمكن أن يؤدي إلى نقصان الفعالية الحيوية أو إلغائها مع حدوث عواقب خطرة.فمثلاً يكون سبب فقر الدم المنجلي Sicklecell Disease المنتشر في وسط إفريقية وغربها، تغير حمض أميني واحد في جزيءالهيموغلوبين، إذ يوجد عوضاً عن بقية حمض الغلوتاميكبقية الفالين الحمض الأميني السادس في السلسلة الببتية ـ b من الطرف ـ N. وإن كثيراً من الاضطرابات الاستقلابية الوراثية يمكن أن تحدثنتيجة لمثل هذا التغيير.
البروتينات النفطية
أطلق اسم بروتينات نفطية ـ خلافاً للأصول ـ علىخمائر حُصل عليها بتخمير أرومة على ركيزة من زراعة مكوّنة من فحوم هدروجينية.
وقد دفع نقص البروتينات ذات الأصل الحيواني (اللحموالحليب والسمك)، الصناعةالنفطية منذ عام 1960، إلى إكثار كائنات حية قادرة على استخراج مادتها الصرفة منبعض الفحوم الهدروجينية الألكانية (البرفينية) ذات السلاسل المستقيمة والصيغةالعامة C_nH_2n+2، إضافة إلى أن جهاز الهضم يتحمل تحملاً كاملاً شتى الزيوتالطبيعية والبرفينات النفطية.
وسرعان ما اتضح أن أهم الكائنات الحية، الأحاديةالخلية المدروسة كمصدر جديد للبروتينات، هي الخمائر المستعملة منذ زمن طويل فيالتخمرات الغذائية وفي تغذية الماشية. وقد اختيرت أرومات من زمرة المُبْيَضَّة Candida، وهي كائنات دقيقةمن عالم النبات مصنفة بين الفطور Mushrooms قادرة على تحويل المصادر القليلة التكلفة من الآزوت والكربون إلىبروتينات عالية الجودة. ومع أن حجم كل خلية لا يزيد على بضعة أجزاء من الألف منالميليمتر فإن معدل تكاثرها نظرياً، لا يكاد يصدق؛ غير أن هذا التنامي يتوقف فيالحقيقة عندما يتوقف تقديم العناصر الحية المغذية لها كالماء وأكسجين الهواءوالألكان (البرافين) وشتى الأملاح المعدنية.
كشف تحليل مسحوق الخميرة الحاصلة عن محتوىبالبروتينات قدره 70 % من المادة الجافة مما يضفي عليه قيمة مغذية مساوية علىالأقل إلى قيمة طحين السمك وكُسْب الصويا الأكثر استعمالاً اليوم في إغناء غذاءالحيوانات، وعن أن الخميرة النفطية غنية بفيتامينات الزمرة B وبالفسفور القابل للتمثل إضافة إلى الحموض الأمينية الجوهرية كالليزينوالمتيونين.
وقد أجريت اختبارات علمية لا جدال فيها أكدتسلامة طحين هذه الخميرة وعدم تسبُّبِها بالأمراض وخاصة المسرطنةمنها، واستعداد الأجهزة الهضمية لتمثلها، وأن درجة تمثل حموضها الأمينية تزيد على95%، في حين لا تتجاوزدرجة تمثل أجود أنواع طحين السمك 85%.
وضع أغلب علماء التغذية نصب أعينهم استعمالالخمائر مباشرة في التغذية البشرية وخاصة في البلاد التي استوطن فيها سوء التغذيةبالبروتينات.

مشكورررررررررررة اختاه

merci iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii