بحث عن البروتينات في الكيمياء

مقدمة البحث

الحمد لله الذي خلق فسوّى، والصلاة والسلام على نبينا محمد وعلى آله وصحبه. أما بعد، فإن الخلية الحية مصنع دقيق تجري فيه آلاف التفاعلات الكيميائية في وقت واحد، وأبرز العاملين في هذا المصنع هي البروتينات. فمنها الإنزيمات التي تسرّع التفاعلات، ومنها الأجسام المضادة التي تحمي الجسم، ومنها الألياف التي تعطي الأنسجة قوتها. وفي هذا البحث نتعرف على البروتينات من وجهة نظر الكيمياء: تركيبها وأنواعها وخواصها ووظائفها.

تعريف الموضوع

البروتينات مركبات عضوية ضخمة الجزيئات، تتكون من وحدات بنائية صغيرة تسمى الأحماض الأمينية ترتبط ببعضها في سلاسل طويلة. وتحتوي جميع البروتينات على عناصر الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين، وكثير منها يحتوي على الكبريت، وبعضها يحتوي على الفوسفور أو الحديد أو الزنك. ووجود النيتروجين هو ما يميز البروتينات عن الكربوهيدرات والدهون التي لا تحتوي عليه عادة.

أهمية الموضوع

تكمن أهمية دراسة البروتينات في أنها أساس الحياة في كل كائن حي، فلا توجد خلية بلا بروتينات. وفهم تركيبها يفسر كيف يهضم الجسم الغذاء، وكيف تنقبض العضلات، وكيف ينتقل الأكسجين في الدم، ولماذا ينقلب بياض البيض أبيض عند الطهي. كما أن هذا الفهم أساس في الطب والصناعات الغذائية والدوائية.

أهداف البحث

• التعرف على الأحماض الأمينية والرابطة الببتيدية التي تكوّن البروتين.
• توضيح مستويات البناء الأربعة للبروتين.
• تفسير ظاهرة تمسخ البروتين وأسبابها.
• بيان أهم وظائف البروتينات في الكائنات الحية.
• التعرف على طريقة الكشف عن البروتينات ومصادرها الغذائية.

عناصر البحث

أولًا: الأحماض الأمينية

الحمض الأميني مركب عضوي يرتبط فيه ذرة كربون مركزية بأربع مجموعات: مجموعة أمين، ومجموعة كربوكسيل، وذرة هيدروجين، وسلسلة جانبية تختلف من حمض إلى آخر. ويمكن تمثيل الصيغة العامة هكذا:

H₂N – CH(R) – COOH

ويدخل في تركيب بروتينات الكائنات الحية عشرون حمضًا أمينيًا أساسيًا. وبعضها يستطيع الجسم تصنيعه، وبعضها لا يستطيع فيجب الحصول عليه من الغذاء، ويسمى الأحماض الأمينية الأساسية، ومن أمثلتها الليوسين والليسين والفالين. وتختلف الأحماض الأمينية فيما بينها بنوع السلسلة الجانبية، فبعضها يحب الماء وبعضها يكرهه، وبعضها حمضي وبعضها قاعدي، وهذا الاختلاف هو الذي يعطي البروتينات أشكالها وخواصها المتنوعة.

ثانيًا: الرابطة الببتيدية

ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها عندما تتفاعل مجموعة الكربوكسيل في حمض مع مجموعة الأمين في الحمض الذي يليه، ويخرج جزيء ماء في عملية تسمى التكاثف أو الارتباط بنزع الماء. والرابطة الناتجة بين ذرة الكربون وذرة النيتروجين تسمى الرابطة الببتيدية. ويسمى الناتج بحسب عدد الوحدات: ثنائي الببتيد إذا ارتبط حمضان، وثلاثي الببتيد إذا ارتبطت ثلاثة أحماض، وعديد الببتيد إذا كثرت الوحدات. ويتكون البروتين من سلسلة أو أكثر من عديد الببتيد تلتف وتنطوي بشكل محدد.

وعند تحلل البروتين بالماء تنكسر الروابط الببتيدية ويعود البروتين إلى أحماضه الأمينية، وهذا ما يحدث في الجهاز الهضمي بفعل إنزيمات مثل البيبسين والتربسين.

ثالثًا: مستويات بناء البروتين

ومن أمثلة المستوى الرباعي الهيموغلوبين الذي يتكون من أربع سلاسل ببتيدية، ويحمل الأكسجين في كريات الدم الحمراء. وتبين هذه المستويات أن وظيفة البروتين مرتبطة بشكله الدقيق، وأن تغيير حمض أميني واحد قد يغير الشكل والوظيفة في بعض الحالات.

رابعًا: تمسخ البروتين

التمسخ هو فقدان البروتين لشكله الطبيعي ثلاثي الأبعاد وبالتالي فقدانه لوظيفته، دون أن تنكسر الروابط الببتيدية في الغالب. ومن أسبابه:

• الحرارة المرتفعة، كما يحدث عند سلق البيض فيتجمد بياضه.
• الأحماض والقواعد القوية، كما يتخثر الحليب عند تحمضه.
• الكحول والمذيبات العضوية، ولهذا يستخدم الكحول في التعقيم.
• الأملاح الثقيلة مثل أملاح الرصاص والزئبق، وهذا سبب سميتها.
• الرج الشديد والتحريك السريع كما في خفق بياض البيض.

وعادة لا يعود البروتين الممسوخ إلى حالته الأولى، مع وجود حالات خاصة يمكن فيها ذلك في المختبر.

خامسًا: أنواع البروتينات ووظائفها

تصنف البروتينات من حيث الشكل إلى ليفية وكروية. فالليفية طويلة غير ذائبة في الماء وتؤدي دورًا بنائيًا مثل الكيراتين في الشعر والأظافر، والكولاجين في الجلد والعظام. أما الكروية فتكون مطوية على شكل كرة وتذوب في الماء، ومنها الإنزيمات والهرمونات والهيموغلوبين.

• وظيفة إنزيمية: تسرّع الإنزيمات التفاعلات الحيوية، ولكل إنزيم مادة متفاعلة محددة يتعرف عليها بشكل موضعه النشط، كما يناسب المفتاح قفله.
• وظيفة بنائية: كالكولاجين والكيراتين.
• وظيفة نقل: كالهيموغلوبين الذي ينقل الأكسجين.
• وظيفة دفاعية: كالأجسام المضادة التي تتعرف على الميكروبات.
• وظيفة حركية: كالأكتين والميوسين في العضلات.
• وظيفة تنظيمية: كهرمون الإنسولين الذي ينظم سكر الدم.

سادسًا: الكشف عن البروتينات

من أشهر الاختبارات المخبرية اختبار بيوريت، وفيه يضاف محلول هيدروكسيد الصوديوم ثم قطرات من محلول كبريتات النحاس الثنائي إلى العينة، فإذا ظهر لون بنفسجي دل ذلك على وجود روابط ببتيدية أي على وجود بروتين. ومن الاختبارات أيضًا اختبار حمض النيتريك المركز الذي يعطي لونًا أصفر مع الأحماض الأمينية الحاوية على حلقات عطرية.

سابعًا: المصادر الغذائية

توجد البروتينات الحيوانية في اللحوم والأسماك والبيض والحليب ومنتجاته، وتحتوي عادة على جميع الأحماض الأمينية الأساسية. وتوجد البروتينات النباتية في البقوليات كالفول والعدس والحمص، وفي المكسرات والحبوب، وقد يفتقر بعضها إلى حمض أميني أساسي فينصح بتنويع الأغذية النباتية. ويحتاج الجسم إلى البروتين للنمو وبناء الأنسجة وتعويض التالف منها، وتختلف الكمية المناسبة بحسب العمر والنشاط، ويستحسن استشارة اختصاصي التغذية عند الحاجة.

النتائج

• البروتينات بوليمرات طبيعية مكوّنة من عشرين نوعًا من الأحماض الأمينية.
• تربط الرابطة الببتيدية بين الأحماض الأمينية بعد نزع جزيء ماء.
• للبروتين أربعة مستويات في البناء، وشكله الثلاثي الأبعاد هو ما يحدد وظيفته.
• التمسخ يفقد البروتين شكله ووظيفته، ويحدث بالحرارة والأحماض والمذيبات والأملاح الثقيلة.
• يكشف اختبار بيوريت عن الروابط الببتيدية بظهور اللون البنفسجي.

التوصيات

• تنويع مصادر البروتين في الغذاء بين الحيواني والنباتي.
• تجنب تعريض الأغذية البروتينية لحرارة مفرطة تفقد قيمتها.
• إجراء التجارب المخبرية البسيطة كتجربة بيوريت تحت إشراف المعلم.
• توعية الطلاب بأهمية الإنزيمات والبروتينات في صحة الجسم.

الخاتمة

تعرفنا في هذا البحث على البروتينات: مركباتها الأساسية من الأحماض الأمينية، ورابطتها الببتيدية، ومستويات بنائها، وظاهرة التمسخ، وأهم وظائفها وطرق الكشف عنها ومصادرها. ويتضح أن هذه الجزيئات الدقيقة تقوم بأدوار عظيمة في جسم الكائن الحي، وأن كل ذلك من إتقان خلق الله سبحانه الذي أتقن كل شيء.

المراجع

• كتب الكيمياء والأحياء للمرحلة الثانوية، وزارة التعليم في المملكة العربية السعودية.
• كتب الكيمياء العضوية الجامعية، فصول الأحماض الأمينية والبروتينات.
• كتاب مبادئ الكيمياء الحيوية لليهنجر (Lehninger Principles of Biochemistry).

كلمات دليلية

بحث، بحث عن، بحث علمي، بحوث، البروتينات في الكيمياء