ܓ܏ܛ ملف شامل حول البروتينات ܏ܛܜ

البروتينات Proteins مكوِّنات آزوتية للمادة الحية العالية الوزن الجزيئي،

تقوم بدور مهم في الظواهر الكيمياوية الحيوية.

توجد البروتينات في كل الخلايا الحية، وتؤلف الجزء الرئيس

من الجلد والعضلات والأوتار والأعصاب والدم، وأيضاً

من الإنظيمات (الإنزيمات) والأضداد وكثير من الهرمونات.
أتت تسمية البروتينات من الكلمة اليونانية Prôtos وتعني الأول،

وهذه التسمية مناسبة، لأن البروتينات هي من أهم المركبات الكيمياوية،

ولا توجد أي مركبات يمكن أن تحل محلها.
وهي تتكون من وحدات أولية هي الحموض الأمينية والببتيدات.
الحموض الأمينية
يعرف من الحموض الأمينية المعروفة حتى اليوم في جسم الكائنات

الحية عشرون حمضاً أمينياً فقط، وهي حموض من نوع a،

تبنى جميعها على أساس واحد، فلكل حمض زمرة أمينية NH2

في أحد طرفيه، وزمرة كربوكسيلية COOH في الطرف الآخر،

وترتبط الزمرتان بذرة كربون مركزية تدعى «الكربون ألفا» 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 هذه السلسلة الجانبية.


يقتضي وجود ذرة كربون لا متناظرة ظهور عدة متماثلات في

التركيب مع الحمض الأميني نفسه (عدا الغليسين)، وتعتمد

تسمية هذه المتماثلات في التركيب على وضع الزمرة NH2

حول ذرة الكربون اللامتناظرة، فإذا كانت الزمرة NH2

إلى يسار هذا الكربون كان الحمض الأميني من زمرة اليسار «L»

وإذا كانت إلى يمينه كان الحمض من زمرة اليمين «D».

علماً أن كافة الحموض الأمينية الطبيعية التي في البروتينات

من زمرة اليسار L. وقد جرت العادة أن يرمز للحمض

الأميني عند كتابة صيغ البروتينات إما بثلاثة أحرف وإما

يكتفى بحرف واحد في حالة البروتينات الضخمة

(انظر جدول الحموض الأمينية البروتينية).


خواص الحموض الأمينية
تبدي الحموض الأمينية خواصَّ كلٍ من الحموض والأمينات

إضافة إلى خواص مشتركة تتعلق بالزمرتين الأمينية والكربوكسيلية.
تصنيف الحموض الأمينية
اقتُرِحت طرائق مختلفة لتصنيف الحموض الأمينية معتمدة على

اختلاف طبيعة السلسلة الجانبية R. ومن أهم هذه الطرائق

التصنيف الآتي:
أ ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبية اللاقطبية (رُهابية الماء).
ب ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبية الحاوية زمرة هدروكسيلية.
ج ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبية الحاوية كبريتاً.
د ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبية الحامضية المشحونة سلباً.
هـ ـ الحموض الأمينية ذات السلسلة الجانبية الأساسية المشحونة إيجاباً.
الببتيدات (الهضميدات)
إن من أهم تفاعلات الحموض الأمينية تشكيل الرابطة الببتيدية.

ينتج الببتيد من التحام حمضين أمينيين على الأقل بإزاحة جزيء ماء،

فترتبط الزمرة الحمضية للمركب الأول بالزمرة الأمينية للمركب

الثاني وتؤلف «الرابطة الببتيدية» CO -NH-R-R.
اعتمد تحليل الببتيدات الذي يؤدي إلى الحموض الأمينية طرائق

كيمياوية تُحطم الرابطة الببتيدية كالتحليل المائي الحمضي

(غلي الببتيد مع 6ـ نظامي حمض كلور الماء

بالدرجة 105ْس مدة 24 ساعة) وبالتحليل المائي القلوي

(غلي الببتيد مع 5 ـ نظامي هدروكسيد الصوديوم مدة 24 ساعة).

ويلجأ في التحليل المائي الإنظيمي (حضن الببتيد بالدرجة 37ْس

لعدة ساعات في وسط pH معين لكل إنظيم)

إلى عدد من الإنظيمات التي عرفت اليوم جيداً كالببسين Pepsin،

والهضمين الثنائية الإنفحة أو المنْفحة Rennet،

والتربسين Trypsin،

والهضمين الثلاثية الكيموتربسين Chymotrypsin،

والبابائين Papain، وغيرها تحطم الرابطة الببتيدية

في أماكن معينة تتعلق بالحموض الأمينية المؤلفة لهذه الرابطة.
يطلق أحياناً اسم قليلات الببتيد Oligopeptides

على الببتيدات القليلة المكونات، ويطلق

اسم كثيرات الببتيد Polypeptides على الببتيدات

المكوَّنة من أكثر من عشر وحدات من الحموض الأمينية،

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 ببتيدية حلقية مكونة من 9

بقايا حموض أمينية، ويمكن استنساخهما بالاصطناع.

الأكسيتوسين هرمون يسبب تقلص الرحم وينشط هرمون

البرولكتين Prolactin الذي يزيد إفراز الحليب.

الفازوبريسين هرمون رافع لضغط الدم Hypertensive

ومضاد للبوال Antiduretic.
جـ ـ الغَسْترين Gastrin هرمون ببتيدي يحتوي على

17 بقية حمض أميني فُصل من غشاء المعدة المخاطي.

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: تبنى الجزيئات البروتينية من

حموض أمينية متصلة فيما بينها ومرتبطة أو غير مرتبطة

بزمر ضميمة Prosthetic ذات طبيعة متغيرة

(كالهيم، والشحوم، والسكريات...)، ويمكن أن يدخل

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 من البروتينات النوعية المختلفة.
تنتج البروتينات من اجتماع

( ـ الحموض الأمينية المرتبطة فيما بينها

بالرابطة الببتيدية (CO -NH) مؤلفة سلاسل طويلة كثيرات البببتيد.
تُدرس بنية البروتينات ضمن أربعة تنظيمات معقدة تعطي

بمجموعها بنية البروتين، وإذا تخرب أي من هذه التنظيمات

الأربعة يفقد البروتين وظائفه الحيوية.
أ ـ البنية الأولية

Primary Structure: يطلق على تسلسل الحموض الأمينية

وتعيين عدد الجسور الثنائية الكبريت، وأمكنتها في البروتين

(إن وجدت) اسم البنية الأولية. تتألف البروتينات المرتفعة

الوزن الجزيئي عادة من عدة سلاسل كثيرات الببتيد (الهضميد).
ب ـ البنية الثانوية: بيّنت دراسات أشعة رونتجن لعدة

بروتينات وجود سلاسل ببتيدية ممطوطة وسلاسل ملتفة بانتظام.

وقد توصل كل من الكيميائي الفيزيائي الأميركي باولنغ

L.Pauling والكيميائي الأمريكي كوري

R.B.Corey إلى وضع نماذج للبنيات الثانوية

أكانت من نوع الحلزون ألفا والبنية الصفيحية المنطوية بيتا،

والحلزون الثلاثي.
جـ ـ البنية الثالثية Tertiary Structure:

يمكن أن تلتوي السلسلة الببتيدية وتنثني وقد يتخرب

الحلزون في بعض الأجزاء، ويدعى الشكل النهائي

الذي تأخذه هذه السلسلة الببتيدية البنية الثالثية.
د ـ البنية الرابعية Quarternary Structure:

تطلق هذه التسمية على التوضع الفراغي لجزيء البروتين

الحاوي عدة سلاسل كثيرات الببتيد مثبتة بشدة في الفراغ

وتبدي فعالية حيوية (ولكل سلسلة بنيتها الخاصة

الأولية والثانوية والثالثية).
تصنيف البروتينات
إن عدد البروتينات المختلفة المعزولة من أعضاء الكائنات

الحية والنباتات والأحياء المجهرية كبير للغاية.

وتختلف البروتينات بعضها عن بعض بالتركيب الكيمياوي

(بعدد الحموض الأمينية وتتابعها)

وبالبنية الفراغية وبالوظيفة والفعالية الحيوية.

ولا يوجد حتى الآن نظام عام مناسب مُرْضٍ لتصنيف البروتينات،

إلا أن هناك أنظمة تصنيفية متعددة للبروتينات ومختلفة

فيما بينها مازالت مستخدمة حتى وقتنا الحاضر.
تعتمد النظم التصنيفية للبروتينات على: الذوبان، والتركيب

الكيمياوي، والشكل، والوظيفة، والبنية الفراغية الثلاثية الأبعاد.
وينتسب إلى البروتينات البسيطة تلك المؤلفة من حموض أمينية فقط،

وإن عدد البروتينات البسيطة كبير للغاية.
البروتينات السكرية Glycoproteins

وهي تنتج من ارتباط جزيء بروتيني بسكر؛

والبروتينات الشحمية Liporoteins

وهي البروتينات المرتبطة بالشحوم، والبروتينات

الملونة Chromoproteins وهي البروتينات المرتبطة

بزمر لونية، والبروتينات

النووية Nucleoproteins وهي البروتينات المرتبطة

بالحموض النووية، والبروتينات

المُفَلَّزه Metalloproteins وهي البروتينات المرتبطة

بالمعادن، والبروتينات

الفسفورية Phosphoproteins وهي البروتينات

المرتبطة بحمض الفسفور.
ويمكن في بعض الحالات تمييز صفين رئيسيين من البروتينات

يسمى الأول البروتينات

الكروية Globular proteins والثاني البروتينات

الليفية Fibrous proteins وذلك بالاعتماد على الشكل العام.
تصنف البروتينات أيضاً طِبقاً لوظائفها الحيوية التي

تتحقق في الجسم البروتينات الإنظيمية، البروتينات الهرمونية،

البروتينات الناقلة....
بعض البروتينات ذات البنية المشهورة
يهتم العلماء بدراسة الببتيدات العالية وفي مقدمتها الهرمونات

والإنظيمات.
أ ـ الأنْسولين Insulin: هرمون مُنقِص

لسكر الدم Hypoglucemic تفرزه المعثكلة.

يتألف الأنسولين من 51 بقية حمض أميني موزعة على

سلسلتين 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، وهو بروتين خطي يتألف

من سلاسل عديدات الببتيد ترتبط بعدد كبير من

الروابط الهدروجينية (البنية ـ بيتا)، وزنه الجزيئي

مرتفع نحو 100 ألف. تتوضع بقايا الحموض

الأمينية في السلسلة الببتيدية وفق الترتيب 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

الرئيسية لبروتينات بيض الدجاج. أما ألبومين الدم فوزنه الجزيئي 65 ألف ويؤلف 60% من بروتينات مصل الدم.
د ـ الهيموغلوبين Hemoglobin: وهو

المكون الأساسي لكريات الدم الحمراء.

يدخل في تركيب جزيء الهيموغلوبين أربع ذرات

حديد كل ذرة تتوضع في مركز زمرة الهيم. يتألف

الجزء البروتيني 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 Growth Hormone: ينتجه الفص الأمامي

لنخامة الإنسان، ويتألف من سلسلة

ببتيدية واحدة تحتوي 245 بقية حمض أميني وزنه الجزيئي 27 ألف.

ينشط هرمون النمو اصطناع الإنظيمات والبروتينات في كل خلية.
الخاصيات الفيزيائية للبروتينات
تعطي البروتينات مع الماء محاليل غروانية لزجة تقريباً،

وترسب من هذه المحاليل بالغول والمحاليل الملحية،

وتخربها الحرارة فتخثرها. ويمكن فصل مركباتها

أو مجموعات من هذه المركبات في محاليلها هذه بالرحلان الكهربائي Electrophoresis وبالتنبيذ

الفوقي Ultracentrifugation

والاستشراب Chromatography ويمكن أن تتخرب

بسهولة القوى الضعيفة نسبياً المسؤولة عن تثبيت البنية الفراغية،

بتأثير كثير من الكواشف والحالات المختلفة،

مما يؤدي إلى فقدان الفعالية الحيوية،

وتعرف هذه الخاصة بإفساد Denaturation البروتينات أي مسخها.
الخاصيات الكيمياوية
تلون كبريتات النحاس القلوية البروتينات بلون أحمر

بنفسجي يدعى «تفاعل بَيُوريت» المميز للببتيدات.

وتتلون البروتينات باللون الأحمر بتفاعلها مع

كاشف «ميلون Millon» (نترات الزئبق الحمضية)،

وهو تفاعل يعزى إلى التيروزين، لذلك لا يحصل

التلون مع الجزيئات التي لا تحوي هذا الحمض الأميني.

وتتفكك الروابط الببتيدية في البروتينات بتقنيات

التحلل المائي الكيمياوي أو الإنظيمي لتعطي ببتيدات تتحول

بالتدريج إلى حموض أمينية.
استقلاب البروتينات
إن لكل نوع نباتي أو حيواني بنيته البروتينية الخاصة

المكونة من حموض أمينية جوهرية لا غنى عنها.

ومع أن بإمكان الكائن الحي اصطناع بعض هذه

الحموض فإن هناك حموضاً أمينية أخرى

لا يستطيع الكائن الحي اصطناعها، لذلك ينبغي

أن تأتي من التغذية (بروتينات ضرورية).

وتتفكك هذه البروتينات تدريجياً بالعصارات

الهاضمة محررة حموضاً أمينية.

ويقوم الكائن الحي 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 اضطراب

الكثير من الوظائف، وذلك بتحليل البروتينات والمواد

التي تشتق من استقلابها. وكثيراً ما يتطلب الأمر

معايرة البروتينات الدموية وتجزئتها بالرحلان

الكهربائي ومعايرة البولة وحمض البول وغيرهما.

كما يدل وجود بعض الحموض الأمينية في البول على بعض الأمراض.
البروتينات النباتية
تحوي جميع البنى في النباتات بروتينات بمقادير متفاوتة

وقليلة نسبياً بالمقارنة مع النسج الحيوانية، ويوجد الكثير

من البروتينات في 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 الكلوروفيل بوساطة المغنزيوم. تؤلف البروتينات

النووية الجزء الرئيس من بروتينات الهيولى Cytoplasma.
تصنع النباتات المركبات الآزوتية على حساب النترات التي في التربة،

بإرجاعها إلى نشادر يتفاعل مع الحموض العضوية

(حمض الفومار، حمض حماض الخل، حمض aـ كيتو الغلوتار)

ليعطي حمض الاسبارتيك. وبنتيجة تفاعلات نقل الأمين من

حمض الاسبارتيك تتكون الحموض الأمينية الأخرى ومنها

الجزيئات البروتينية. وقد تبين في الوقت الحاضر أن استقلاب

الآزوت 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 تكوين البروتينات والحموض النووية.
ليست القيمة الغذائية للبروتينات النباتية كالقيمة الغذائية

للبروتينات الحيوانية نتيجة لعوز البروتينات النباتية في

الغالب إلى بعض الحموض الأمينية، وخاصة عوزها

إلى الليزين والمتيونين إذا ما قورنت بألبومين البيض.
ويعد بروتين الصويا من أجود أنواع البروتينات

النباتية إذ يزيد محتواه بالليزين على 20 %.
ويتبقى عند استخلاص الزيت الذي في الحبوب الزيتية

منتجٌ ثانوي هو الكُسْب الذي يحتوي على جميع

بروتينات الحبوب، والذي غالباً ما يستعمل في تغذية الحيوانات،

وإن كان يستعمل أحياناً في تغذية البشر.
البيلة الألبومينية والبيلة البروتينية
أطلق منذ زمن طويل على وجود بروتينات في البول اسم بيلة ألبومينية Albuminuria

(يعتمد اختبار كشفها على ترسيب البروتين الذي يعطي هلامة

مبيضة غَبْشاء مماثلة لألبومين البيض المتخثر).

ويزداد اليوم شيئاً فشيئاً استعمال المصطلح الأصح ألا وهو

البيلة البروتينية Proteinuria.

وبالفعل تُمثَّل البروتينات التي في البول بألبومين المصل،

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 Orthostatic من وجود بروتينات

في البول حين يكون الشخص المصاب واقفاً، في حين

أنها تختفي عند النوم أثناء الليل، وهي تنجم عن آفة في

الكلية وإن كانت تحتاج إلى مراقبة.
العواقب الفيزيولوجية الناجمة عن تغيرات في بنية البروتينات
إن استبدال حمض أميني بآخر في جزء معين من سلسلة ببتيدية،

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 جزيء الهيموغلوبين،

إذ يوجد عوضاً عن بقية حمض الغلوتاميك بقية الفالين

الحمض الأميني السادس في السلسلة الببتية ـ b من الطرف ـ N.

وإن كثيراً من الاضطرابات الاستقلابية الوراثية يمكن

أن تحدث نتيجة لمثل هذا التغيير.
البروتينات النفطية
أطلق اسم بروتينات نفطية ـ خلافاً للأصول ـ

على خمائر حُصل عليها بتخمير أرومة على ركيزة من

زراعة مكوّنة من فحوم هدروجينية.
وقد دفع نقص البروتينات ذات الأصل الحيواني

(اللحم والحليب والسمك)، الصناعة النفطية منذ عام 1960،

إلى إكثار كائنات حية قادرة على استخراج مادتها الصرفة من

بعض الفحوم الهدروجينية الألكانية (البرفينية) ذات السلاسل

المستقيمة والصيغة العامة CnH2n+2، إضافة إلى أن جهاز

الهضم يتحمل تحملاً كاملاً شتى الزيوت الطبيعية والبرفينات النفطية.
وسرعان ما اتضح أن أهم الكائنات الحية، الأحادية الخلية

المدروسة كمصدر جديد للبروتينات، هي الخمائر المستعملة

منذ زمن طويل في التخمرات الغذائية وفي تغذية الماشية.

وقد اختيرت أرومات من زمرة المُبْيَضَّة Candida،

وهي كائنات دقيقة من عالم النبات مصنفة بين

الفطور Mushrooms قادرة على تحويل المصادر

القليلة التكلفة من الآزوت والكربون إلى بروتينات عالية الجودة.

ومع أن حجم كل خلية لا يزيد على بضعة أجزاء من

الألف من الميليمتر فإن معدل تكاثرها نظرياً، لا يكاد يصدق؛

غير أن هذا التنامي يتوقف في الحقيقة عندما يتوقف تقديم العناصر

الحية المغذية لها كالماء وأكسجين الهواء والألكان (البرافين)

وشتى الأملاح المعدنية.
كشف تحليل مسحوق الخميرة الحاصلة عن محتوى بالبروتينات قدره 70 %

من المادة الجافة مما يضفي عليه قيمة مغذية مساوية على الأقل إلى قيمة

طحين السمك وكُسْب الصويا الأكثر استعمالاً اليوم في إغناء غذاء الحيوانات،

وعن أن الخميرة النفطية غنية بفيتامينات الزمرة B وبالفسفور

القابل للتمثل إضافة إلى الحموض الأمينية الجوهرية كالليزين والمتيونين.
وقد أجريت اختبارات علمية لا جدال فيها أكدت سلامة طحين هذه الخميرة

وعدم تسبُّبِها بالأمراض وخاصة المسرطنة منها، واستعداد الأجهزة

الهضمية لتمثلها، وأن درجة تمثل حموضها الأمينية تزيد على 95%،

في حين لا تتجاوز درجة تمثل أجود أنواع طحين السمك 85%.
وضع أغلب علماء التغذية نصب أعينهم استعمال الخمائر مباشرة

في التغذية البشرية وخاصة في البلاد التي استوطن

فيها سوء التغذية بالبروتينات.