ما سبب أختلاف البروتينات عن بعضها ووجود عدد لا حصر له من البروتينات

📚 محتويات المقال

ما هى البروتينات

"البروتينات هي جزيئات حيوية عملاقة، تتكون من سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية المترابطة بروابط ببتيدية، وتتألف أساساً من عناصر الكربون، الهيدروجين، الأكسجين، النيتروجين، والكبريت، وتتخذ شكلاً فراغياً ثلاثي الأبعاد لتؤدي وظائفها الحيوية".

ما هي المكونات الأساسية لوحدة بناء البروتينات

• الوحدات الأساسية: تتكون من سلاسل من الأحماض الأمينية.
• العناصر الكيميائية: الكربون، الهيدروجين، الأكسجين، النيتروجين، وغالباً الكبريت.

وظائفها الرئيسية

• البناء والترميم: تبني العضلات، الجلد، الشعر، والأظافر.
• المحفزات الحيوية: تعمل كـ إنزيمات لتسريع التفاعلات الكيميائية بالجسم.
• النقل والتخزين: مثل الهيموجلوبين الذي ينقل الأكسجين في الدم.
• المناعة: تشكل الأجسام المضادة التي تحارب الأمراض.
• الإشارات الخلوية: تعمل كـ هرمونات مثل الأنسولين لتنظيم وظائف الجسم.

مصادرها الغذائية

• مصادر حيوانية: اللحوم، الدواجن، الأسماك، البيض، والألبان.
• مصادر نباتية: البقوليات العدس والفول، المكسرات، والحبوب الكاملة.

·         اشرح سيناريو تتكون الوحدات الاساسيه في البروتين بالتفصيل و بدون تكرار

تتكون البروتينات من وحدات أساسية تُسمى الأحماض الأمينية. إليك سيناريو تفصيلي يوضح كيفية بناء هذه الوحدات، متبوعاً بكيفية ترابطها لتشكيل البروتين:

أولاً: هيكل الحمض الأميني الوحدة الأساسية

يتكون كل حمض أميني من ذرة كربون مركزية تُسمى كربون-ألفا، ترتبط بها أربع مجموعات كيميائية ثابتة ومجموعة واحدة متغيرة:

• مجموعة الأمين القلويه: تحتوي على النيتروجين والهيدروجين NH2.
• سبب القلوية: قدرتها على استقبال أيون الهيدروجين H+ والتحول إلى صبغة موجبة NH3+
• مجموعة الكربوكسيل: مجموعة حمضية تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين COOH.
• سبب الحامضية: قدرتها على منح أيون الهيدروجين H+ والتحول إلى صبغة سالبة COO-
• ذرة هيدروجين: ترتبط مباشرة بالكربونة المركزية H.
• السلسلة الجانبية مجموعة R: هي الجزء المتغير الوحيد الذي يحدد هوية الحمض الأميني وخصائصه مثل حجمه وشحنته الكهربائية.

بسبب احتواء الحمض الأميني على هاتين المجموعتين معاً، فإنه يسلك سلوك الأحماض والقواعد حسب الوسط الذي يوضع فيه، وتسمى هذه الخاصية بالخاصية الأمفوتيرية المترددة.

ثانياً: سيناريو الارتباط وتكوين البروتين

لتتحول هذه الوحدات المفردة إلى بروتين، تمر بالخطوات المتتالية التالية داخل الخلية:

1. التقارب: يصطف حمضان أمينيان متجاوران بتوجيه من الريبوسوم مصنع البروتين في الخلية.
2. التفاعل الكيميائي: تواجه مجموعة الكربوكسيل COOH للحمض الأميني الأول مجموعة الأمين NH_2 للحمض الأميني الثاني.
3. نزع الماء التكثيف: تفقد مجموعة الكربوكسيل جزء OH وتفقد مجموعة الأمين ذرة H. يتحد هذان الجزءان لينتج جزيء ماء H₂O يخرج خارج التفاعل.
4. تشكيل الرابطة الببتيدية: تنشأ رابطة تساهمية قوية مباشرة بين كربون الحمض الأول ونيتروجين الحمض الثاني تُسمى الرابطة الببتيدية.
5. الاستطالة: تتكرر هذه العملية آلاف المرات بإضافة أحماض أمينية جديدة إلى السلسلة، مما ينتج عنه سلسلة طويلة تُسمى "بولي ببتيد" متعدد الببتيد.
6. الطي والتشكيل: تتجاذب السلاسل الجانبية مجموعات R المختلفة فيما بينها، مما يجبر السلسلة الطويلة على الانثناء والالتفاف حول نفسها لتأخذ شكلاً ثلاثي الأبعاد محدداً، وهنا ولدت "النسخة النهائية من البروتين" الوظيفي.

كيف تتخذ البروتينات شكلاً فراغياً ثلاثي الأبعاد؟

تتخذ البروتينات شكلها الفراغي ثلاثي الأبعاد عبر عملية حيوية وتلقائية تُسمى "طي البروتين" (Protein Folding). هذه العملية لا تحدث عشوائياً، بل تشبه طي ورقة بدقة لتتحول إلى مجسم هندسي معقد.

تحدث هذه العملية عبر أربع مراحل متتالية تحركها القوى الفيزيائية والكيميائية بين الأحماض الأمينية:

التركيب الأولي (الخيط المستقيم)

بمجرد خروج البروتين من الريبوسوم (مصنع الخلية)، يكون عبارة عن خيط مفرود ومستقيم من الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها. هذا الترتيب الخطي هو الذي يحدد كيف سينطوي البروتين لاحقاً.

التركيب الثانوي (الالتفاف المبدئي)

يبدأ الخيط المستقيم بالالتفاف حول نفسه نتيجة نشوء روابط هيدروجينية بين الهياكل الأساسية للأحماض الأمينية المتجاورة. يأخذ البروتين هنا شكلين شهيرين:

حلزون ألفا (Alpha Helix): يلتف الخيط مثل السلك اللولبي للهاتف.

صفيحة بيتا (Beta Sheet): ينثني الخيط ذهاباً وإياباً مثل الستائر المطوية.

التركيب الثالثي (المجسم ثلاثي الأبعاد الكامل)

هنا يولد الشكل الفراغي النهائي للحمض الأميني الواحد، والمحرك الأساسي لهذه المرحلة هو السلاسل الجانبية (مجموعات R) المتغيرة لكل حمض أميني، حيث تبدأ بالتفاعل مع بعضها ومع البيئة المائية المحيطة بها كالآتي:

التأثير الكاره للماء: الأحماض الأمينية التي تكره الماء تختبئ وتتجمع في الداخل (قلب البروتين)، بينما الأحماض المحبة للماء تندفع نحو السطح الخارجي لمواجهة سوائل الخلية.

الجسور الكبريتية: ترتبط الأحماض المحتومة على الكبريت (مثل السيستئين) مع بعضها بروابط تساهمية قوية جداً تثبت الالتواءات في مكانها.

الروابط الأيونية والتجاذب: تتجاذب الشحنات الموجبة والسالبة بين المجموعات الجانبية، مما يجبر البروتين على الانضغاط في شكل مجسم محدد (مثل شكل القفل والمفتاح).

التركيب الرابعي (اتحاد المجسمات)

بعض البروتينات لا تعمل بمفردها، بل تتطلب اتحاد أكثر من مجسم ثلاثي الأبعاد معاً ليعملوا كآلة واحدة.
على سبيل المثال نجد أن بروتين الهيموجلوبين يتكون من اتحاد 4 مجسمات بروتينية منفصلة لتتمكن من حمل الأكسجين

 ملاحظات هامه عن الهيموجلوبين

هناك انواع مختلفة من سلاسل الجلوبين في الهيموجلوبين.

كما ترون في اللوحة المحدثة (رقم 4):

1. هيموجلوبين البالغين (HbA): يتكون بشكل رئيسي من سلسلتي ألفا (α) وسلسلتي بيتا (β).
2. الهيموجلوبين الجنيني (HbF): يحل محل سلاسل بيتا بسلسلتي جاما (γ)، مما يعطيه تركيبة α₂γ₂.

ماذا يحدث لو فشل هذا السيناريو؟

إذا حدث خطأ في الطي (Mis-folding) ولم يتخذ البروتين شكله الفراغي الصحيح، يصبح جزيئاً تالفاً وغير قادر على أداء وظيفته، بل قد يتكتل ويسبب أمراضاً خطيرة مثل مرض ألزهايمر.
البروتينات تشكل البنية التركيبية لجميع الكائنات الحية.
تسهم البروتينات في العمليات الكيميائية الحيوية التي تحفظ الحياة، وتعمل علي إستمراريتها.

1. كيف تتكون البروتينات كيميائياً من (الكربون، الهيدروجين، الأكسجين، النيتروجين)؟

يتم ذلك عبر خطوتين كيميائيتين متتاليتين:

• بناء اللبنة الأولى (الحمض الأميني):
  ترتبط ذرة كربون مركزي بـأربع مجموعات حولها: ذرة هيدروجين، ومجموعة أمين تحتوي على النيتروجين والهيدروجين، ومجموعة كربوكسيل تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين، بالإضافة إلى سلسلة جانبية متغيرة.
•  هذا الترابط الكيميائي يشكل الحمض الأميني.
• التكثيف وتشكيل السلسلة:
  تتجمع هذه الأحماض الأمينية جنباً إلى جنب. وتحدث تفاعلات كيميائية يتم فيها نزع جزيء ماء (\(H_{2}O\)) عند التقاء كل حمضين، مما يسمح لذرات الكربون والنيتروجين بالارتباط المباشر عبر روابط ببتيدية قوية. 
• هذا التكرار ينتج سلاسل بروتينية طويلة وضخمة تضم هذه العناصر الأربعة بشكل أساسي.

2. كيف تشكل البروتينات البنية التركيبية لجميع الكائنات الحية؟

يتم ذلك من خلال تحول السلاسل البروتينية إلى ألياف ودعامات ميكانيكية صلبة وقوية تشكل هيكل الجسد:

• الخلايا والأنسجة: يدخل البروتين في تركيب الغشاء الخلوي لجميع خلايا الجسم، ويمنحها شكلها وتماسكها.
• الألياف الهيكلية (الكولاجين): يتشكل بروتين الكولاجين على هيئة حبال ليفية قوية للغاية، وهي التي تبني العظام، الغضاريف، الأوتار، والجلد.
• الحماية الخارجية (الكراتين): تتجمع أحماض أمينية غنية بالكبريت لتصنيع بروتين الكراتين الصلب، وهو المسؤول عن تشكيل الشعر، الأظافر، الجلد، والقرون في الحيوانات.
• الحركة والانقباض (الأكتين والميوسين): تشكل هذه البروتينات خيوطاً متداخلة داخل الخلايا العضلية، تنزلق فوق بعضها البعض لتوليد القوة الميكانيكية وحركة الجسم بالكامل.

3. كيف تسهم البروتينات في العمليات الحيوية وتحفظ الحياة؟

يتم ذلك لأن البروتينات تعمل كـ "الآلات التنفيذية" والعمال داخل الخلايا، وليس مجرد قطع بناء صامتة:

• الإنزيمات (مسرعات الكيمياء): تسهم البروتينات كإنزيمات في تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية (مثل الهضم وتنفس الخلايا) بملايين المرات. بدونها، تتوقف هذه العمليات وتموت الخلية فوراً.
• الهرمونات (التنظيم والتحكم): تعمل بروتينات معينة كرسائل كيميائية (مثل هرمون الأنسولين) تنتقل في الدم لتنظيم وظائف الجسم الحيوية مثل مستويات السكر والنمو.
• النقل والتخزين: يقوم بروتين الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء بالارتباط بالأكسجين ونقله من الرئتين إلى كافة خلايا الجسم لإنتاج الطاقة.
• الدفاع والمناعة: تصنع الخلايا المناعية بروتينات متخصصة تسمى "الأجسام المضادة"، شكلها الهندسي يتطابق مع الفيروسات والبكتيريا لشلها وتدميرها.

التركيب الجزيئي للبروتينات:

البروتينات جزيئات معقدة (بوليمرات)، لها وزن جزيئي كبير.

تتكون من وحدات بنائية (مونيمرات) هي الأحماض الأمينية.

تركيب الحمض الأميني:

يتكون الحمض الأميني من ذرة كربون يتصل بها:

مجموعة قاعدية هي مجموعة الأمين المجموعه الوظيفيه القاعديه.

مجموعة الكربوكسيل (المجموعة الوظيفيه الحمضية) COOH،وهي المجموعات الوظيفية في الحمض الأميني. NH2

ذرة هيدروجين أو مجموعة الألكيل R وهى تختلف من حمض أميني لآخر و التى تكون سبب تغير نوع الحمض الاميني.

الأحماض الأمينية وبناء البروتين:

تتكون البروتينات من وحدات متكررة من الأحماض الأمينية التي ترتبط مع بعضها بروابط ببتيدية.

الرابطة الببتيدية:

هى الرابطة التى تربط بين مجموعة الكربوكسيل لحمض أميني ومجموعة الأمين لحمض أميني آخر ويخرج منها الماء.

قارن بين مركب ثنائى الببتيد و عديد الببتيد ؟ 

مركب ثنائي اللببتيد	عديد الببتيد
ناتج اتحاد حمضين أمينيين	سلسلة بروتين ناتج اتحاد العديد من الأحماض الأمينية

 سبب أختلاف البروتينات عن بعضها ووجود عدد لا حصر له من البروتينات.

بسبب اختلاف أنواع وترتيب وعدد الأحماض الأمينية في السلسلة.

يدخل في بناء البروتين 20 نوعاً من الأحماض الأمينية ومن أمثلة الأحماض الأمينية (الجليسين– الآلانين– الفالين)

تصنيف البروتينات:

تٌصنف البروتينات تبعاً للمواد التي تدخل في بنائها إلي:-

بروتينات بسيطة:	البروتينات المرتبطة:
تتكون من الوحدات البنائية للبروتين (الأحماض الأمينية فقط)  مثل: بروتين الألبيومين. موجود في أوراق وبذور النباتات، وكذلك في بلازما الدم في الإنسان. وهو يحافظ على الضغط الأسموزي.	تتكون من أحماض أمينية ترتبط بعناصر أخري مثل: البروتينات النووية: المرتبطة بالأحماض النووية. البروتينات الفسفورية: مثل: الكازين Casein (بروتين اللبن) ويحتوي على الفوسفور. الثيروكسين: (بروتين الغدة الدرقية) يحتوي على اليود. هيموجلوبين الدم: بروتين يحتوي على عنصر الحديد.

الكشف عن البروتينات

‏ 1- يستخدم كاشف البيوريت في الكشف عن وجود البروتينات في الأطعمة المختلفة، ‏

‏2-  يتغير لونه من اللون الأزرق إلي البنفسجي.‏