สารชีวโมเลกุล เรื่อง โปรตีน

สารชีวโมเลกุลในร่างกายของสิ่งมีชีวิต สามารถแบ่งได้เป็น 4 ชนิด คือ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ซึ่งสารชีวโมเลกุลทั้ง 4 ชนิด จะมีคุณสมบัติ บทบาทหน้าที่ และความสำคัญต่อร่างกายที่แตกต่างกันไป ในที่นี้ขอกล่าวถึง "โปรตีน" ดังนี้

โปรตีน (Protein) โปรตีนเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่และมีโครงสร้างที่ซับซ้อน ประกอบด้วยธาตุต่าง ๆ คือ ธาตุคาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ไนโตรเจน (N) และในบางชนิดอาจมีกำมะถัน (S) และฟอสฟอรัส (P) เป็นองค์ประกอบร่วมด้วย ในร่างกายของมนุษย์ประกอบด้วยโปรตีนถึงประมาณร้อยละ 15-25 ของน้ำหนักตัว โดยโปรตีนในร่างกายนอกจากจะมีบทบาทในการเผาผลาญให้พลังงานแก่ร่างกายแล้ว ยังช่วยในการเจริญเติบโต เป็นส่วนประกอบของกล้ามเนื้อ ยังช่วยในการเจริญเติบโต เป็นส่วนประกอบของกล้ามเนื้อ และช่วยซ่อมแซมเนื้อเยื่อต่าง ๆ อีกทั้งยังเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์และฮอร์โมนต่าง ๆ ที่ทำหน้าที่ในการควบคุมระบบต่าง ๆ ในร่างกายให้สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ โปรตีนเป็นสารอาหารที่พบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดทั้งที่เป็นพืชและสัตว์ โดยจะพบมากในเนื้อสัตว์และผลิตภัณฑ์จากสัตว์ต่าง ๆ เช่น เนื้อปลา เนื้อหมู ไข่ นม เนยจากสัตว์ เป็นต้น ส่วนในพืชจะพบมากในเมล็ดพืชตระกูลถั่ว เช่น ถั่วลิสง ถั่วเหลือง เป็นต้น

1. องค์ประกอบและโครงสร้างของโปรตีน โปรตีนเป็นสารประกอบที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ เกิดจากโมเลกุลของกรดอะมิโน (amino acid) จำนวนมากมาสร้างพันธะเชื่อมต่อกันจนเกิดเป็นสายยาว โดยกรดอะมิโนมีลักษณะเป็นสารชีวโมเลกุลซึ่งประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันทั้งที่เป็นหมู่อะมิโน (-NH2) มีสมบัติเป็นเบส และหมู่คาร์บอกซิล (-COOH) ซึ่งมีสมบัติเป็นกรด กรดอะมิโนต่าง ๆ จะมีการสร้างพันธะเชื่อมต่อกันเป็นสายยาวจนเกิดเป็นโมเลกุลของกรดอะมิโนต่าง ๆ ว่า พันธะเพปไทด์ (peptide bond) ซึ่งเป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างหมู่คาร์บอกซิลและหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนแต่ละโมเลกุล เนื่องจากโปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนจำนวนมากมาเชื่อมต่อกัน ดังนั้นสมบัติของโปรตีนจึงมีความสัมพันธ์กับชนิดของกรดอะมิโนที่เป็นองค์ประกอบ สัดส่วนของกรดอะมิโนแต่ละชนิด และลำดับการเรียงตัวของกรด ซึ่งโปรตีนในธรรมชาติมีกรดอะมิโนอยู่ 20 ชนิด ดังนั้นจึงสามารถเกิดเป็นโปรตีนชนิดต่าง ๆ มากมาย โดยโปรตีนที่แตกต่างกันก็จะมีคุณสมบัติและบทบาทต่อร่างกายที่แตกต่างกันด้วย

2. สมบัติของโปรตีน สารชีวโมเลกุลประเภทโปรตีนมีสมบัติและความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ดังนี้
1) โปรตีนไม่ละลายน้ำ แต่อาจมีบางชนิดที่สามารถละลายน้ำได้บ้างเล็กน้อย
2) มีสถานะเป็นของแข็ง
3) เมื่อถูกเผาไหม้จะมีกลิ่นเหม็น
4) สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) โดยมีกรด ความร้อน หรือเอนไซม์เป็นตัวเร่ง ปฏิกิริยา ทำให้เกิดเป็นกรดอะมิโนจำนวนมาก โปรตีน + น้ำ -----> กรด + กรดอะมิโน
5) เมื่อโปรตีนได้รับควมร้อน หรือเมื่อสัมผัสกับสารละลายกรด หรือสารละลายเบส จะทำให้โครงสร้างของโปรตีนเสียไป ไม่สามารถทำงานได้เหมือนเดิม เรียกกระบวนการนี้ว่า การแปลงสภาพโปรตีน (denaturation of protein)
6) โปรตีนสามารถเกิดปฏิกิริยากับคอปเปอร์ (II) - ซัลเฟต (CuSO4) ในสภาพที่เป็นเบส เกิดเป็นตะกอนสีม่วง สีม่วงอมชมพู หรือสีน้ำเงิน ซึ่งปฏิกิริยานี้สามารถใช้ในการทดสอบโปรตีนได้

3. โปรตีนในร่างกาย เมื่อเราบริโภคอาหารที่มีโปรตีน โปรตีนเหล่านั้นจะถูกย่อยสลายจนกระทั่งกลายเป็นกรดอะมิโน แล้วถูกดูดซึมเข้าสู่เซลล์ต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อนำไปสังเคราะห์โปรตีนที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกาย ดังนั้นกรดอะมิโนทุกชนิดจึงมีความจำเป็นต่อร่างกายอย่างยิ่ง แต่เนื่องจากร่างกายของเราสามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนได้เอง 12 ชนิด ส่วนอีก 8 ชนิดเป็นกรดอะมิโนที่ต้องได้รับจากอาหาร ดังนั้นจึงสามารถแบ่งชนิดกรดอะมิโนได้เป็น 2 ชนิด ตามความจำเป็นในการบริโภค ดังนี้
1) กรดอะมิโนจำเป็น (Essential amino acids) เป็นกลุ่มของกรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์เองไม่ได้ มีปริมาณไม่เพียงพอต่อความต้องการของร่างกาย จำเป็นต้องได้รับจากอาหารต่าง ๆ ได้แก่ เทไทโอนีน (Methionine) ทริโอนีน (Threonine) ไลซีน (Lysine) เวลีน (Valine) ลิวซีน (Leucine) ไอโซลิวซีน (Isoleucine) เฟนิลอะลานีน (Phenylalanine) และทริปโตเฟน (Tryptophan) ส่วนในเด็กทารกจะต้องการรับกรดอะมิโนเพิ่มอีก 1 ชนิด คือ ฮิสติดีน (Histidine) เพื่อช่วยในการเจริญเติบโต
2) กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น (Non-essential amino acids) เป็นกรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์เองได้ มีปริมาณเพียงพอต่อความต้องการของร่างกาย ร่างกายไม่ค่อยคลาดแคลน ร่างกายของคนเราจะนำกรดอะมิโนต่าง ๆ มาใช้สังเคราะห์เป็นโปรตีนซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันไปตามบทบาทหน้าที่ของโปรตีนชนิดนั้น ดังตัวอย่างเช่น
- คอลลาเจน (Collagen) เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับระบบโครงสร้างร่างกาย มีหน้าที่ในการสร้างเอ็นและกระดูกอ่อน
- เคราติน (Keratin) เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับระบบโครงสร้างร่างกาย มีหน้าที่ในการสร้างขน ผม เล็บ และผิวหนัง
- อินซูลิน (Insulin) เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับระบบฮอร์โมน มีหน้าที่ควบคุมระดับน้ำตาลในกระแสเลือด
- แอคติน (Actin) และไมโอซิน (Myosin) เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับระบบการเคลื่อนไหวของร่างกาย มีหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ
- ฮีโมโกลบิน (Hemoglobin) เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับระบบการลำเลียงสารในกระแสเลือด มีหน้าที่ลำเลียงแก๊สออกซิเจนไปสู่เซลล์ต่าง ๆ ของร่างกาย
- อิมมูโนโกลบูลิน (Immunoglobulin) เป็นโปรตีนที่เกี่ยวกับระบบคุ้มกันของร่างกาย มีหน้าที่การสร้างภูมิคุ้มกัน

4. โปรตีนจากอาหาร จะเห็นได้ว่าโปรตีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการดำรงชีวิต และการเจริญเติบโตของมนุษย์เป็นอย่างยิ่ง ดังนั้นเราจึงควรให้ความสำคัญในการรับประทานอาหารประเภทโปรตีนอยู่เสมอ โดยอาหารที่มีโปรตีนพบได้ทั้งอาหารที่มาจากสัตว์และจากพืช ซึ่งโปรตีนทั้งสองแหล่งมีความแตกต่างกันดังนี้
1) โปรตีนจากสัตว์เป็นโปรตีนที่มีคุณภาพสูง ประกอบด้วยกรดอะมิโนจำเป็นอยู่อย่างครบถ้วน ขณะที่โปรตีนจากพืชเป็นโปรตีนที่มีคุณภาพต่ำ ประกอบด้วยกรดอะมิโนจำเป็นไม่ครบ 8 ชนิด เช่น ข้าวเจ้าขาดไลซีน ถั่วเหลืองขาดไทโอนีนและทริปโตเฟน เป็นต้น
2) โปรตีนจากสัตว์เป็นโปรตีนที่ย่อยสลายได้ง่าย ขณะที่โปรตีนจากพืชจะย่อยสลายได้ยากกว่า อาหารที่เป็นแหล่งโปรตีนชั้นดี ประกอบด้วยกรดอะมิโนจำเป็นอยู่อย่างครบถ้วน ได้แก่ ไข่ และน้ำนม ซึ่งนอกจากจะอุดมไปด้วยโปรตีนแล้ว ยังประกอบด้วยไขมัน ธาตุแคลเซียม เหล็ก ฟอสฟอรัส และวิตามินเออีกด้วย จึงถือได้ว่าอาหารประเภทนี้เป็นอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูง ในแต่ละวันเราควรรับประทานอาหารประเภทโปรตีนอย่างน้อยวันละประมาณ 1 กรัมต่อน้ำหนักร่างกาย 1 กิโลกรัม แต่ปริมาณที่แต่ละบุคคลต้องการอาจแตกต่างออกไปขึ้นอยู่กับอายุ เพศ น้ำหนัก และสภาพร่างกายของแต่ละบุคคลด้วย เช่น หญิงตั้งครรภ์ หญิงให้นมบุตรหรือผู้ป่วยจะต้องการโปรตีนมากกว่าปกติ ส่วนในวัยทารกและวัยเด็กจะมีความต้องการโปรตีนในปริมาณที่มากกว่าวัยอื่น ๆ ถ้าหากได้รับโปรตีนในปริมาณที่ไม่เพียงพอ อาจจะก่อให้เกิดภาวะขาดโปรตีนหรือเป็นโรคตานขโมยได้ ดังนั้นเราจึงต้องให้ความสำคัญต่อการบริโภคอาหารของเรา โดยการเลือกรับประทานอาหารให้ได้รับสารอาหารที่เป็นประโยชน์อย่างครบถ้วนในปริมาณที่เหมาะสม