تحفز البروتينات تقريبًا جميع التفاعلات الكيميائية في الجسم، كما أنها تنظم التعبير الجيني وتشكل العناصر الهيكلية الرئيسية لجميع الخلايا وتنظم جهاز المناعة وتشكل المكونات الرئيسية للعضلات والأحماض الأمينية الفردية ومكونات البروتينات وتعمل أيضًا كناقلات عصبية وهرمونات ومعدلات للعمليات الفسيولوجية المختلفة، وكل جانب من جوانب علم وظائف الأعضاء يتضمن البروتينات، بالإضافة إلى ذلك، يستمر استكشاف تأثيرات العوامل الوراثية والهرمونات والنشاط البدني والضغوط البيئية على استقلاب البروتين ومتطلبات البروتين.
البروتين في الجسم
البروتينات هي جزيئات مكونة من الأحماض الأمينية، ويتم ترميزها بواسطة جيناتنا وتشكل أساس الأنسجة الحية، كما أن لها دورًا مركزيًا في العمليات البيولوجية، على سبيل المثال، تحفز البروتينات التفاعلات في أجسامنا وتنقل الجزيئات مثل الأكسجين وتحافظ على صحتنا كجزء من جهاز المناعة وتنقل الرسائل من خلية إلى أخرى.
تكوين البروتين
الجين هو جزء من جزيء (DNA) يحتوي على التعليمات اللازمة لصنع بروتين فريد، وتحتوي جميع خلايانا على نفس جزيئات الحمض النووي، لكن كل خلية تستخدم مجموعة مختلفة من الجينات لبناء بروتينات معينة تحتاجها لأداء وظائفها المتخصصة، ويتكون تخليق البروتين من مرحلتين رئيسيتين، تُعرف المرحلة الأولى بالنسخ، حيث يتشكل جزيء الرسول (mRNA)، ويتم نسخ هذا الجزيء من جزيء الحمض النووي ويحمل نسخة من المعلومات اللازمة لصنع البروتين، وفي المرحلة الثانية، يترك جزيء (mRNA) نواة السيتوبلازم، حيث تقرأ ريبوسومات الخلية المعلومات وتبدأ في تجميع البروتين في عملية تسمى الترجمة.
أثناء الترجمة، تقرأ الريبوسومات تسلسل الرنا المرسال للقواعد 3 في كل مرة، وهذه المجموعات المكونة من 3 أحرف (تسمى الكودونات) ترمز كل منها إلى حمض أميني معين، كما يوجد هناك 4 قواعد (الأدينين، الثايمين، الجوانين والسيتوزين)، ولكن هناك حاجة إلى 20 من الأحماض الأمينية فقط لبناء جميع البروتينات في أجسامنا، ويعتبر التسلسل المعين للأحماض الأمينية هو الذي يحدد شكل ووظيفة البروتين، ويمكن أن يتأثر تخليقالبروتين، مثل العديد من العمليات البيولوجية الأخرى، بالعوامل البيئية، وتشمل هذه تغذية الأم، والإجهاد في درجة الحرارة، ومستويات الأكسجين والتعرض للمواد الكيميائية.
الأحماض الأمينية
الأحماض الأمينية تبني البروتينات، والبروتينات هي مغذيات كبيرة تحافظ على الحياة، ومع ذلك فإن مجرد وصف الأحماض الأمينية بأنها اللبنات الأساسية للبروتين لا ينصف قيمتها، في حين أن بعض الأحماض الأمينية تصنع البروتينات فقط، يقوم البعض الآخر بمجموعة متنوعة من الأدوار، من دعم التمثيل الغذائي إلى حماية قلبك، يمكن لجسمك أيضًا استخدام الأحماض الأمينية للحصول على الطاقة عندما تفتقر إلى الكربوهيدرات والدهون، ومن وظائف الأحماض الأمينية في جسم الإنسان:
بناء البروتين
عندما تحتاج الخلايا إلى البروتين، فإنها تتبع تعليمات الحمض النووي التي تحدد الأحماض الأمينية المحددة والترتيب الذي يجب أن تتصل به لبناء البروتين، ويحتاج الحمض النووي على جزيء ضخم آخر (RNA) حتى يكون البروتين، ويأخذ (RNA) نسخة من الشفرة من الحمض النووي الخاص بك، ويجد الأحماض الأمينية ويعيدها إلى الخلية، حيث ترتبط في سلسلة، ويجب أن يتوفر كل حمض أميني في وقت الحاجة إليه وإلا فلن يتم تصنيع البروتين، وعندما تكتمل السلسلة، فإنها تلتوي وتنطوي إلى شكل متخصص، ويتحكم التركيب الكيميائي لكل حمض أميني في الشكل النهائي، ويحدد الشكل وظيفة البروتين.
توليف النواقل العصبية
تنتج العديد من الأحماض الأمينية نواقل عصبية، ولكن هناك مثالان مشهوران هما الأحماض الأمينية التربتوفان والتيروزين، وينتج التربتوفان مادة السيروتونين التي تنظم حالتك المزاجية وتنتج هرمون الميلاتونين، ويستخدم (Tyrosine) لتوليف (norepinephrine) و (adrenalin)، ويتنافس التربتوفان والتيروزين حتى يصلا للعقل، وعندما تأكل الكثير من الكربوهيدرات، يدخل المزيد من التربتوفان إلى عقلك ويجعلك تشعر بالنعاس، وتزيد الوجبة الغنية بالبروتين من كمية التيروزين في دماغك، مما يمنحك المزيد من الطاقة.
التمثيل الغذائي
يفضل جسمك استخدام الكربوهيدرات والدهون للحصول على الطاقة، ولكن عند الضرورة، يتم استقلاب الأحماض الأمينية للحصول على الطاقة، ثلاثة أحماض أمينية (حمض الجلوتاميك والسيستين والجليسين) وتتحد لتشكل الجلوتاثيون، وهو أحد مضادات الأكسدة، ويصنع حمض الهيستيدين الأميني الإنزيمات المستخدمة لإنتاج خلايا الدم الحمراء والحفاظ على الأعصاب السليمة، ويوجد هناك حاجة إلى التيروزين لتخليق هرمونات الغدة الدرقية، بينما يصنع الميثيونين (SAMe) ويعتبر ضروري لعملية التمثيل الغذائي للحمض النووي والناقلات العصبية.
