تحقیق درباره پروتئین 2

پروتئین ها مواد آلی بزرگ و یکی از انواع درشت‌ملکول‌های زیستی هستند که از زیرواحدهایی بنام اسید آمینه ساخته شده‌اند. پروتئین‌ها مانند زنجیری از یک کلاف سه‌بعدی بسپارهایی هستند که از ترکیب اسیدهای آمینه حاصل می‌شوند. اسیدهای آمینه مثل یک زنجیر خطی توسط پپتاید باند میان گروه های کرباکسیل و آمینو مجاور به یکدیگر متصل میشوند تا یک پالی پپتاید را بوجود بیاورند. ترتیب اسیدهای آمینه در یک بروتئین توسط ژن مشخط میشود. اگرچه کد ژنتیک 20 تا اسید آمینه استاندارد را معرفی میکند، گاهی در پروتئین ها دگرگونی بوجود میاید: یا قبل از انکه پروتئین بتواند به وظایفش در سلول عمل کند و یا به عنوان قسمتی از مکانیسم بازرسی. پروتئین ها معمولا با یکدیگر میپیوندند تا یک وظیفه ای را با یکدیگر انجام دهند که این خود باعث استوار شدن پروتئن میشود. چون ترتیب‌های نامحدودی در توالی و طول زنجیره اسید آمینه‌ها در تولید پروتئین‌ها وجود دارد، از این رو انواع بی‌شماری از پروتئین‌ها نیز می‌توانند وجود داشته باشند.

پروتئین‌های درون‌یاخته‌ای در بخشی از یاخته به نام ریبوزوم توسط آران‌ای(RNA) ساخته می‌شوند.

کارکردهای پروتئین‌ها

رفتار سلولی و تمام فعالیت‌‌هایی که در سلول انجام می‌شود بر عهده پروتئین‌‌ها است. همه پروتئین‌ها با هم برهم‌کنش دارند و تقریباً می‌توان گفت که همه پروتئین‌ها اثر خود را با همکاری پروتئین‌های دیگر در سلول اعمال می‌کنند و هیچ پروتئینی نیست که در یاخته به تنهایی عمل کند. برای ساخت پروتئن در سلول مراحل ذیل باید انجام شود:

۱- دی‌ان‌ای باید رونویسی شود. در این مرحله آنزیم آر‌ان‌ا پلی‌مراز دو رشته دی‌ان‌ای از هم جدا می‌شود و بعد رونویسی آغاز می‌شود. نکته: اطلاعات در دی‌ان‌ای بصورت رمز ۳ تایی وجود دارد یعنی هر ۳ نوکئوتید معرف ۱ رمز و هر رمز معرف ۱ اسید آمینه است.

۲- آران‌ای پلی‌مراز مانند قطاری بر روی دی‌ان‌ای حرکت می‌کند. و رونویسی ادامه دارد.

۳- بعد در آخر رونویسی آران‌ای پلی‌مرآز به رمز پایان میرسد و رونویسی به پایان میرسد. محصول این رونویسی ام‌آران‌ای (mRNA) نام دارد. mRNA از هسته خارج می‌شود و در سیتوپلاسم به کمک نوع دیگر آران‌ای به نام تی‌آران‌ای(tRNA) اسید آمینه را به هم متصل می‌کند. tRNA روی mRNA متصل می‌شود و طبق رمزهای tRNA, mRNA اسید آمینه‌ها را کنار هم می‌گذارد. و در آخر زنجیره‌ی بس‌پپتیدی به وجود می‌آید.

 پروتئین و بیماری‌ها

در سطح مولکولی، کلیه مکانیسم‌های زیستی سلول‌ها توسط پروتئین‌ها انجام می‌شود. پروتئین‌ها با ارتباط با یکدیگر بطور دقیق و بسیار کنترل شده‌ای وظایف خود را انجام می‌دهند. اساس مولکولی اغلب بیماری‌ها، بروز نقص یا تداخل در این کارکرد عادی پروتئین‌ها، که از طریق آن مکانیسم‌های زیستی سلولی را انجام می دهند، می‌باشد. اگر کار پروتئین‌ها از حالت طبیعی خارج شود می‌توانند باعث بروز بیماری‌های مختلف شوند. از جمله این بیماری‌ها سرطان است.

مصرف چه ميزان پروتئين در رژيم غذايي روزانه ما کافي است؟

پروتئين يک ماده محافظتي اصلي براي بدن محسوب مي شود. پروتئين ترکيب ماده اصلي و تشکيل دهنده ماهيچه ها مي باشد و وجود آن درشکل گيري و ساخت سلول ها ضروري است. وجود پروتئين همچنين در عملکرد سيستم امنيتي بدن حياتي مي باشد و در صورت محروميت از پروتئين ، بدن بيشتر در معرض بيماري ها و عفونت ها قرار مي گيرد. اگر فردي جراحي، زخم  و يا سوختگي داشته باشد به پروتئين بيشتري نياز دارد تا زخمها زودتر بهبود يابند.

پروتئين هاي استفاده شده دربدن از چند آمينو اسيد مختلف ساخته شده اند. بدن خود قادر به ساختن بعضي از آمينو اسيدهاي مي باشد. آمينواسيدهايي را که بدن قادر به ساختن آنها نيست آمينو اسيدهاي ضروري ناميده مي شوند چون وجود آنها در غذا ضروري است.

براي بدست آوردن پروتئين هاي کافي از رژيم غذايي بايد هر روز از غذاهاي متنوع استفاده کنيم. رايج ترين منبع پروتئين گوشت مي باشد. شير و ديگر انواع لبنيات نيز از پروتئين غني هستند. سفيده تخم مرغ بنابر بعضي ادعاها کاملترين نوع پروتئين را دارد. بسياري از اين منابع حيواني  پروتئين، حاوي چربي بالايي هم هستند.

براي پرهيز از مصرف چربي زياد، از گوشت هاي کم چربي (گوشت مرغ- ماهي- گاو و گوساله) استفاه کنيد. آنها را به شکل پخته شده ، کباب شده ، آب پز شده استفاده نماييد. البته بدون اضافه کردن چربي و روغن هنگام پخت غذا آنها را طبخ نماييد.

گياهخواران نيز مي توانند پروتئين کافي در رژيم غذايي خود داشته باشند. گياهخوران مي توانند از طريق مصرف لوبياها، عدس ، سبزيجات و غلات پروتئين را به بدن خود برسانند.   

حال بايد بدانيم که بدن ما روزانه به چه ميزان پروتئين نياز دارد؟

افراد بالغ متوسط به ازاي هر کيلو از وزن خود به 0.8 گرم پروتئين نياز دارند. اين مقدار برابر است با مصرف 45 الي 70 گرم پروتئين بطور روزانه براي اکثر بالغين به ترتيب براي خانم ها و آقايان.

خانم هاي باردار يا شيرده به بيش از 20 گرم پروتئين اضافي در روز نياز دارند تا احتياجات غذايي جنين و يا نوزاد خود را برآورده نمايند.

بهترين و مناسب ترين ميزان مصرف پروتئين گوشتي بين 90 تا 60 گرم در هر وعده غذايي (ناهار و شام) و 60-90 گرم مصرف پروتئين لبني مي باشد (تقريبا 1 فنجان شير يا 60 گرم پنير) . محصولات پروتئيني کم چربي و بدون چربي بهترين انتخابها بين مواد غذايي هستند.

ساختار پروتئین      

(cached)      

پروتئینها از تعداد زیادی اسید آمینه ساخته شده‌اند. این اسیدهای آمینه توسط پیوندهای پپتیدی به یکدیگر اتصال یافته و زنجیر طویلی را ایجاد می‌کنند. با توجه به اینکه در جانداران انواع و اقسام پروتئینهای مختلف وجود دارد تعجب آور نیست که در سنتز زنجیره‌های پلی پپتیدی تنها 20 نوع اسید آمینه مختلف شرکت می‌کند. ولی باید توجه داشت اگر یک زنجیره پلی پپتیدی را که دارای 50 اسید آمینه است در نظر بگیریم تنها با تغییر ترتیب قرار گرفتن این اسیدهای آمینه می‌توان سنتز 2050 زنجیر پلی پپتیدی را پیش بینی نمود.

شیمیدان آلمانی گ.ت.مولدر ، در سال 1835 ، برای نخستین بار متذکر شد که رابطه نزدیکی میان پروتئینها و موجودات زنده وجود دارد. او نام پروتئینها را از واژه یونانی Proteios به معنی نخستین گرفت. زیرا چنین می‌اندیشید که پروتئینها نقطه شروعی برای فهم شیمی حیات هستند. پیوند پپتیدی در ساختار پروتیئنها از ترکیب عامل کربوکسیل یک اسید آمینه و عامل آمین اسید آمینه دیگر با از دست دادن یک مولکول آب بوجود می‌آید.

ساختار آمینو اسید

همانطور که از نام اسیدهای آمینه استنباط می‌شود این گونه مواد شامل یک گروه آمین () و یک گروه اسید گروه کربوکسیل () هستند. غالبا اسیدهای آمینه یک گروه آمین و یک گروه اسید دارند که به همان اتم کربن پیوند یافته‌اند. فرمول عمومی اسیدهای آمینه () می‌باشد که در این فرمول R گروه مشخصه هر اسید آمینه و علامت ستاره روی کربن نشان دهنده یک اتم کربن بی‌تقارن است. ساده‌ترین اسید آمینه گلیسین است. که در آن R یک اتم هیدروژن است. گلیسین ، اسیدهای آمینه دیگر اتم کربن بی‌تقارن (کربن کایرال) و ایزومرهای نوری دارند. طبیعت ، ایزومرهای نوری چپ بر (L) اسیدهای آمینه را ترجیح می‌دهد.

نقش پروتئینها

پروتئینها مهمترین ترکیبات در بدن هستند. و در بسیاری از اعمال بدن موجود زنده ، از جمله حرکت اندامها ، مکانیسمهای دفاع در برابر مواد خارجی ، ایجاد آنزیمها و ایجاد مهمترین دیواره سلولی این موجودات ، نقش مهمی دارند. هر نوع پروتئین خاصی مرکب از چند اسید آمینه مشخص است که در ساختار مولکولی معینی آرایش یافته است. بخش عمده معدودی از پروتئین‌ها فقط یک نوع اسید آمینه است مثلا 44 درصد پروتئین موجود در ابریشم ، گلیسین است.

اسیدهای آمینه اصلی موجود در بدن باید از گوارش مواد غذایی حاصل شود. بطور کلی از تعداد بیست عدد اسیدهای آمینه ، هشت تای آنها در خود بدن سنتز می‌شوند و از راه تغذیه وارد بدن موجود زنده نمی‌شوند ولی بقیه آنها ضمن اینکه در بدن بیوسنتز می‌شوند از راه تغذیه نیز وارد بدن موجود زنده می‌شوند. مونومرهای اسید آمینه با پیوندهای پپتیدی بهم پیوند یافته‌اند. این واکنش شیمیایی یک واکنش اسید – باز است که در آن دو مونومر با از دست دادن یک مولکول آب بهم می‌پیوندند.

تعداد ساختار پروتئینی در انسان

بخشی از خصوصیات بی‌نظیر هر انسان در میان انسانهای دیگر ناشی از بی‌نظیر بودن مقداری از ساختهای پروتئینی شخصی است. این امر در مورد بیلیونها انسان ، دلالت بر آن دارد که تعداد بسیار عظیمی ساختار پروتئینی امکانپذیر است. وقتی دو اسید آمینه به هم می‌پیوندند، دو ترکیب متفاوت امکان پذیر می‌شود و این امر بستگی به آن دارد که کدام گروه آمینی با کدام گروه اسیدی ترکیب شود. مثلا وقتی گلیسین با آلانین ترکیب می‌شود ممکن است گلیسین آلانین تشکیل شود و هم آلانین گلیسین.

هرگاه چهار اسید آمینه با تمام حالات ممکن بهم بپیوندند، 24 مولکول متفاوت تشکیل می‌شود. و اگر 17اسید آمینه متفاوت به همین طریق پیوند یابند، فقط عده مولکولهای مرکب از 17- مونومر متفاوت که در نوع خود بی‌نظیرند به 356 تریلیون می‌رسد. بدیهی است که اگر از هر اسید آمینه بیشتر از یک مولکول به کار رفته باشد، عده حالات ممکن بسیار بیشتر خواهد شد. اما سلول زنده ، از پروتئین‌های بسیار متفاوتی که از یک مجموعه اسید آمینه ممکن است ساخته شود فقط تعداد نسبتا کم و گزینش یافته‌ای را که نیاز دارد‌، می‌سازد.

انواع ساختار پروتئین‌ها

در ساختار پروتئین‌ها چند ویژگی مشخص وجود دارد. ردیف اسید‌های آمینه‌ای که به صورت یک زنجیر به یکدیگر پیوند یافته‌اند، ساختار نوع اول دارند. زنجیر اسیدهای آمینه‌ای که براثر چرخشی به شکل مارپیچ در می‌آیند ، ساختار نوع دوم است. این مارپیچ‌ها با پیوندهای هیدروژنی در جای خود می‌مانند، پیوندهای هیدروژنی یک اتم هیدروژن را به اتم اکسیژنی که در سومین آمین زیرین زنجیر است متصل می‌کند. ساختار نوع دوم دیگری از پروتئین‌ها شبیه یک ورقه است که در آن چند زنجیر اسید آمینه در کنار یکدیگر با پیوندهای هیدروژنی بهم متصل شده‌اند.

غالب خواص ابریشم را با این ساختار شبه ورقه‌ای می‌توان توضیح داد. شکل تابدار یا تا شده مارپیج ، ساختار نوع سوم است. یک نوع از ساختار سوم در کلاژن که یک بافت لیفی است ، یافت می شود. سه زنجیر اسید آمینه‌ای که به صورت مارپیچ‌های چپ – دست تابیده شده‌اند و سپس باهم به صورت یک ابر مارپیچ راست – دست تابیده شده است، یک لیف فوق‌العاده محکم ایجاد می‌کند. دسته‌هایی از این الیاف ، کلاژن بوجود می‌آورد. نوع دومی از ساختار سوم پروتئین کروی است که در آن زنجیر مارپیچ بصورت یک الگوی هندسی معینی تا شده و بهم تابیده شده است. بسیاری از آنزیمها پروتئین‌های کروی هستند. ساختارهای نوع سوم با انواع متفاوتی از پیوندهای شیمیایی بهم متصل می‌شوند که یکی از آنها پیوند دی سولفید است. این نوع پیوند غالبا وقتی که سیستئین یا سیستین جزئی از سلسله اسید آمینه‌ای است، دیده می‌شود.

ساختار نوع چهارم پروتئین‌ها درجه تجمع واحدهای پروتئینی است. هموگلوبین انسان که یک پروتئین کروی با وزن مولکولی 68000 است باید چهار زنجیر اسید آمینه بطور مناسبی تجمع یافته باشد تا هموگلوبین فعالی تشکیل شود. انسولین نیز ترکیبی است که در آن زیر واحدهایی از پروتئین بطوری مناسب ، در یک ساختار نوع چهارم آرایش یافته اند. برای آنکه بدانیم مسئله ساختار در مورد پروتئین‌ها تا چه حد اهمیت دارد هموگلوبین را در نظر بگیرید. اگر هموگلوبین به علت قرار گرفتن یک اسید آمینه نادرست در موضع معین ، ساختار نوع اول ، دوم ، سوم یا چهارم غیر عادی داشته باشد، ممکن است نتواند اکسیژن را در گردش خون منتقل کند. فقط تغییر یک اسید آمینه خاص از 146 اسید آمینه موجود در یک تک زنجیر هموگلوبین سبب بیماری کم خونی می شود.

سنتز طبیعی پروتئین

پروتئین‌های بدن پی در پی تجدید می‌شوند و این عمل با سنتز مجدد اسیدهای آمینه موجود در بدن صورت می‌گیرد. بررسی عمر متوسط اسید‌های آمینه‌ای که اجزای ساختمانی پروتئین‌ها هستند یا به گفته دیگر ، زمانی که طول می‌کشد تا بدن پروتئینی را در یک بافت تعویض کند، با استفاده از اسیدهای آمینه‌ای که ایزوتوپ رادیواکتیو دارند امکان پذیر شده است. برای فرآیندی که باید بسیار پیچیده باشد، تعویض بسیار سریع است. فقط چند دقیقه پس از آنکه اسیدهای آمینه رادیواکتیو در بدن حیوانات تزریق شود، پروتئین رادیواکتیو را می‌توان یافت.

اگرچه تمام پروتئین‌ها مدام تعویض می‌شوند ولی سرعت تعویض تغییر می‌کند. بعضی از پروتئین‌های کبد و پلاسما طی 6 روز تعویض می‌شود. زمان لازم برای تعویض پروتئین‌های ماهیچه در حدود 180 روز و برای دیگر بافتها از قبیل کلاژن استخوان طولانیتر از این است. می‌دانیم که هر موجود زنده انواع پروتئین‌های خاص خود را دارد. عده آرایش‌های ممکن از 20 واحد اسید آمینه به  می‌رسد ، با وجود این ، پروتئین‌های خاص یک موجود زنده معین در حدود چند دقیقه سنتز می‌شود. DNA موجود در سلول ، حامل کد سنتز پروتئین است. یعنی ترتیبی که بازها در مولکول DNA دارند اطلاعات مورد استفاده برای سنتز پروتئین‌ها را فراهم می‌سازد. در این فرآیندها دو نوع RNA مورد استفاده قرار می‌گیرد که عبارتند از: RNA پیک و RNA ناقل.