عملکرد پروتئین ها — به زبان ساده

از زمان پیدایش حیات، بر روی کره زمین،‌ تا کنون، گستره عظیمی از موجودات مختلف، بر روی آن زیسته‌اند، که همگی، ویژگی‌های یکسانی از نظر محتویات چربی و کربوهیدرات داشته‌اند. تنها تفاوت این مجموعه بی‌پایان زیستی، در یک جزء، خلاصه می‌شود: پروتئين. این نام از کلمه یونانی «پروتئوس» (Proteos) به معنی «اولیه» یا «مقام اول» آمده است و به خوبی،‌ گویای اهمیت این مولکول‌ها در ایجاد و تداوم حیات است. به طوری که می‌توان گفت،‌ تقریبا هر نوع بیماری در بدن، به نوعی با اختلال در عملکرد پروتئین در ارتباط است.

پیش‌تر به معرفی انواع پروتئين‌ها و ویژگی‌های ساختاری آن‌ها پرداختیم. در این نوشتار، ۹ عملکرد پروتئين‌ها را در بدن، مرور می‌کنیم.

پروتئین چیست؟

پروتئین‌ها از اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند که به هم می‌پیوندند و زنجیره‌های طولانی ایجاد می‌کنند. می‌توان یک پروتئین را مانند رشته‌ای از مهره‌ها دانست که هر مهره در آن، یک اسید آمینه است. صدها اسید آمینه در طبیعت وجود دارد که 20 عدد از آنها به تشکیل هزاران پروتئین مختلف در بدن کمک می‌کند.

فیلم آموزش بیوشیمی عمومی – جامع و به زبان ساده در فرادرس

کلیک کنید

وظایف پروتئین در بدن چیست؟

پروتئین‌ها بیشترین کار را در سلول انجام می‌دهند و وظایف گوناگونی را بر عهده دارند. در ادامه، عملکردهای مهم پروتئین در بدن انسان، آورده شده است.

رشد و نگهداری

بدن هر موجود زنده، برای رشد و نگهداری از بافت‌ها، به پروتئین نیاز دارد. در شرایط عادی، بدن موجودات، این پروتئين‌ها را برای ساخت و ترمیم بافت‌ها تجزیه و مصرف می‌کند. با این حال، پروتئین‌های بدن، با یک سرعت تقریبا ثابت،‌ همواره در حال تخریب و از نو ساخته شدن هستند.

اگر در شرایط خاصی، پروتئین‌هایی که تجزیه می‌شوند، بیش از مقداری باشند که در بدن، ساخته شده است، نیاز بدن به پروتئین بیشتر، از راه غذا، تامین خواهد شد. برخی از این موارد، عبارتند از:

• دوره‌های بیماری
• دوران بارداری
• هنگام شیردهی

افرادی که از آسیب یا جراحی بهبود می‌یابند، افراد مسن و ورزشکاران نیز به پروتئین بیشتری نیاز دارند.

انجام واکنش‌های بیوشیمیایی

آنزیم‌ها پروتئین‌هایی هستند که به هزاران واکنش بیوشیمیایی در داخل و خارج سلول‌ها کمک می‌کنند. ساختار آنزیم‌ها به آنها اجازه می‌دهد تا با مولکول‌های دیگر سلول، به نام «سوبسترا» (Substrates)، ترکیب شوند و واکنش‌های ضروری برای متابولیسم بدن را کاتالیز ‌کنند.

برخی از آنزیم‌ها در خارج از سلول نیز کار می‌کنند. به عنوان مثال، آنزیم‌های هضم‌کننده، مانند لاکتاز و سوکراز، به تجزیه صنعتی قند کمک می‌کنند. برخی از آنزیم‌ها، برای انجام واکنش، به مولکول‌های دیگری مانند ویتامین‌ها یا مواد معدنی نیاز دارند،‌ که کوآنزیم نامیده می‌شوند.

بخشی از عملکردهای بدنی وابسته به آنزیم‌ها، در ادامه آمد‌ه‌اند. کمبود یا عملکرد نامناسب آنزیم‌ها در هر مورد، ممکن است منجر به بیماری شود.

• گوارش
• تولید انرژی
• لخته شدن خون
• انقباض عضله

تقریبا همه واکنش‌های بیوشیمیایی، نیازمند برهم‌کنش‌هایی بین دو جزء پروتئینی هستند، که می‌بایست در قالب دمین‌های عملکردی، ساختارهای سه‌بعدی منظمی را شکل دهند و در دسترس پروتئین دیگر، قرار بگیرند.

عمل به عنوان یک پیام رسان

برخی از پروتئین‌ها هورمون‌هایی هستند که به عنوان پیام‌رسان‌های شیمیایی، عمل می‌کنند و در ایجاد ارتباط بین سلول‌ها، بافت‌ها و اندام‌ها موثر هستند. این هورمون‌ها توسط غدد درون ریز ساخته و ترشح می‌شوند و سپس، همراه با جریان خون، به بافت‌ها یا اندام‌های مورد نظر منتقل و در آنجا به گیرنده‌های پروتئین در سطح سلول، متصل می‌شوند.

هورمون‌ها را می‌توان در سه دسته اصلی گروه‌بندی کرد:

• پروتئین و پپتیدها. این گروه، از زنجیره‌های اسید آمینه، به طول چند تا چندصد عدد ساخته می‌شوند.
• استروئیدها. اعضای این گروه، از کلسترول ساخته می‌شوند. هورمون‌های جنسی، تستوسترون و استروژن، مبتنی بر استروئید هستند.
• آمین‌ها. آمینو اسیدهای منفرد تریپتوفان یا تیروزین، به ساخت هورمون‌های مرتبط با خواب و متابولیسم کمک می‌کنند.

پروتئین و پلی پپتیدها بیشتر هورمون‌های بدن را تشکیل می‌دهند. برخی از انواع هورمون‌های پروتئینی عبارتند از:

• انسولین. سیگنال جذب گلوکز یا قند را به سلول می‌فرستد.
• گلوکاگون. کبد را تحریک می‌کند تا گلوکز ذخیره شده را تجزیه کند و به جریان خون بفرستد.
• hGH (هورمون رشد انسانی): رشد بافت‌های مختلف، از جمله استخوان را تحریک می‌کند.
• ADH (هورمون ضد ادرار): به کلیه‌ها سیگنال می‌دهد تا آب را دوباره جذب کنند.
• ACTH (هورمون آدرنوكورتيكوتروپيك): ترشح كورتيزول را تحریک می‌کند که یک عامل اصلی در متابوليسم، به شمار می‌رود.

کمک به ایجاد و حفظ ساختارها

برخی از پروتئین‌ها رشته‌ای هستند و استحکام و سفتی را در اختیار سلول‌ها و بافت‌ها قرار می‌دهند. این پروتئین‌ها شامل کراتین، کلاژن و الاستین هستند که به تشکیل چارچوب پیوندی ساختارهای خاصی در بدن کمک می‌کنند.

کراتین یک پروتئین ساختاری است که در پوست، مو و ناخن، یافت می‌شود. کلاژن، فراوان‌ترین پروتئین در بدن انسان است و پروتئین ساختاری استخوان‌ها، تاندون‌ها، رباط‌ها و پوست را تشکیل می‌دهد. انعطاف پذیری الاستین، چند صد برابر کلاژن است. خاصیت ارتجاعی بالای آن باعث می‌شود بسیاری از بافت‌های بدن، پس از کشش یا انقباض، به شکل اصلی خود برگردند. رحم، ریه‌ها و شریان‌ها، از جمله این موارد هستند.

حفظ pH مناسب

پروتئین‌ها در تنظیم غلظت اسیدها و بازها در خون و سایر مایعات بدن، نقشی حیاتی دارند. تعادل بین اسیدها و بازها با استفاده از مقیاس pH اندازه گیری می‌شود. دامنه آن از 0 تا 14 است و 0 اسیدی ترین، 7 خنثی و 14 قلیایی‌ترین وضعیت را نشان می‌دهد.

نمونه‌هایی از مقدار pH در مواد رایج عبارتند از:

• pH 2: اسید معده
• pH 4: آب گوجه فرنگی
• pH 5: قهوه سیاه
• pH 7/4: خون انسان
• pH 10: شیر منیزیم
• pH 12: آب صابون

انواع سیستم‌های بافری، به مایعات بدن اجازه می‌دهد تا محدوده‌های pH طبیعی را حفظ کنند. ثابت بودن pH، یک فاکتور لازم و حیاتی برای بدن است، زیرا حتی یک تغییر جزئی در آن می‌تواند عملکرد پروتئین‌ها را به شدت مختل کند یا به طور بالقوه کشنده باشد.

یکی از راه‌های تنظیم pH بدن، استفاده از پروتئین‌ها است. به عنوان مثال، هموگلوبین، پروتئینی است که در تشکیل گلبول‌های قرمز دخالت دارد. این پروتئین، با حمل گاز دی‌اکسید کربن، به صورت اسید کربنیک و کربنات به حفظ مقدار pH طبیعی خون کمک می‌کند. سایر سیستم‌های بافری موجود در بدن، شامل یون‌های «فسفات» و «بی‌کربنات» است.

حفظ تعادل مایعات بدن

پروتئین‌ها فرایندهای بدن را تنظیم می‌کنند تا تعادل مایعات درون آن حفظ شود. آلبومین و گلوبولین، پروتئین‌هایی در خون هستند که با جذب و نگهداری آب، به حفظ تعادل مایعات بدن کمک می‌کنند. اگر فرد، پروتئین کافی مصرف نکند، سرانجام سطح آلبومین و گلوبولین در خون او کاهش می‌یابد. در نتیجه، این پروتئین‌ها دیگر نمی‌توانند خون را در رگ‌ها نگه دارند و آب موجود در خون، ناگزیر به فضای بین سلول‌های شما رسوخ خواهد کرد.

فیلم آموزش بیوشیمی عمومی – پروتئین ها و آمینواسیدها در فرادرس

کلیک کنید

با ادامه تجمع مایعات در فضاهای بین سلول‌ها، تورم یا اِدِم به خصوص در ناحیه معده ایجاد می‌شود. این نوعی سوءتغذیه شدید پروتئینی به نام «کواشیورکور» (kwashiorkor) است و به ویژه وقتی ایجاد می‌شود که فرد، به میزان کافی کالری مصرف می‌کند، اما رژیم غذایی او فاقد پروتئین کافی است. کواشیورکور در کشورهای پیشرفته جهان، نادر است و بیشتر در مناطقی با قحطی و گرسنگی‌های مداوم، دیده می‌شود.

تقویت قوای ایمنی

پروتئین‌ها در قالب انواع ایمونوگلوبولین‌ها یا آنتی بادی‌ها، به بدن، برای مقابله با عفونت کمک می‌کنند. آنتی بادی‌ها پروتئین‌هایی در خون هستند که در محافظت از بدن، در برابر انواع عوامل بیماری‌زا، مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها نقش کلیدی دارند. بدون این آنتی بادی‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها آزادانه تکثیر می‌شوند و بدن را در بیماری، غرق می‌کنند.

هنگامی که بدن، آنتی بادی علیه باکتری یا ویروس خاصی تولید کرد، سلول‌ها تا مدت‌ها به ساختن آن، ادامه می‌دهند. این ویژگی، به سیستم ایمنی اجازه می‌دهد تا دفعه بعدی که همان عامل بیماری‌زای خاص، به بدن حمله می‌کند، به سرعت پاسخ دهد. در نتیجه، بدن در برابر بیماری‌هایی که یک بار به آن‌ها مبتلا شده است، مصونیت پیدا می‌کند.

حمل و نقل و ذخیره مواد مغذی

«پروتئین‌های انتقالی» (Transport Proteins)، مواد را در سرتاسر بدن حمل می‌کنند. گاهی این انتقالات در سطح درون سلول رخ می‌دهد، مثل انتقال اجزای سلول، از اندامکی به اندامک دیگر، گاهی نیز موادی به سلول‌ها وارد، یا از آن‌ها خارج می‌شوند، مثل انواع پیام‌های عصبی و غیره.

موادی که توسط پروتئین‌ها منتقل می‌شوند، شامل مواد مغذی مانند ویتامین‌ها یا مواد معدنی، قند خون، کلسترول و اکسیژن هستند. به عنوان مثال، هموگلوبین پروتئینی است که اکسیژن را از ریه‌ها به بافت‌های بدن منتقل می‌کند. حامل‌های گلوکز (Glucose Transporters | GLUT) گلوکز را به سلول‌ها منتقل می‌کنند و لیپوپروتئین‌ها، وظیفه انتقال کلسترول و سایر چربی‌ها را در خون بر عهده دارند.

پروتئین‌های انتقالی، به صورت «اختصاصی» (Specific) عمل می‌کنند، یعنی فقط به مواد خاصی متصل می‌شوند. به عبارت دیگر، یک پروتئین انتقالی که مسئول جابه‌جایی گلوکز است، کلسترول را حرکت نخواهد داد. پروتئین‌ها همچنین نقش ذخیره‌سازی مواد غذایی را بر عهده دارند. به عنوان مثال، «فریتین» (Ferritin) یک پروتئین ذخیره کننده آهن است. پروتئین ذخیره کننده دیگر، «کازئین» (Casein) است که پروتئین اصلی شیر است و به رشد نوزادان کمک می‌کند.

تأمین انرژی

پروتئین‌ها می‌توانند انرژی بدن موجودات زنده را تأمین کنند. در یک نگاه کلی، از سوختن هر یک گرم پروتئین، چهار کالری انرژی آزاد می‌شود. این مقدار، برابر با میزان انرژی حاصل از سوختن یک گرم از یک کربوهیدرات است. چربی‌ها، نُه کالری در هر گرم، بیشترین انرژی تولید می‌کنند.

با این حال، پروتئین، آخرین چیزی است که بدن، برای تامین انرژی، به سراغ آن خواهد رفت، زیرا این ماده مغذی ارزشمند، به طور گسترده‌ای در سراسر بدن استفاده می‌شود و کارکردهای مهم دیگری به جز تامین انرژی دارد.

کربوهیدرات‌ها و چربی‌ها برای این کار، بسیار مناسب‌تر هستند، زیرا بدن، میزان مازاد این ترکیبات را به عنوان سوخت‌های زیستی، ذخیره و حفظ می‌کند. به علاوه، این دو گروه، در مقایسه با پروتئین، به طور موثرتری متابولیزه می‌شوند. در حقیقت، در شرایط عادی، سوختن پروتئین، انرژی بسیار کمی را برای بدن، تأمین می‌کند.

با این حال، در حالت گرسنگی‌های شدید و طولانی، یعنی حدود 18-48 ساعت عدم مصرف غذا، بدن، عضله اسکلتی را می‌شکند تا اسیدهای آمینه بتوانند انرژی مورد نیاز را تأمین کنند. مورد دیگر، زمانی است که ذخیره کربوهیدرات بدن، کم باشد.

در این حالت، بازهم ماهیچه‌های اسکلتی، تخریب و اسیدهای آمینه موجود در آن‌ها به عنوان منابع تامین انرژی به کار گرفته می‌شوند. این حالت، ممکن است بعد از یک ورزش سنگین رخ دهد. همچنین اگر در یک بازه زمانی طولانی، به طور کلی، کالری کافی مصرف نشود، اندازه ماهیچه‌ها کاهش خواهد یافت.