نظرة عامة على عملية التمثيل الغذائي للبروتين

يتم تحلل البروتينات إلى أحماض أمينية أثناء عملية الهضم. وعلى عكس الدهون والكربوهيدرات، التي يتم تخزينها للاستخدام لاحقًا، لا يتم تخزين البروتينات. وبدلاً من ذلك، يتم استخدام الأحماض الأمينية لإنتاج ATP من خلال الأكسدة أو المساهمة في إنشاء بروتينات جديدة لنمو الجسم وإصلاحه. يتم تحويل أي فائض من الأحماض الأمينية من النظام الغذائي إلى جلوكوز أو دهون ثلاثية بدلاً من إفرازها.

تلعب الأحماض الأمينية أدوارًا مختلفة في الجسم بمجرد امتصاصها في الخلايا. يتم إعادة هيكلتها إلى بروتينات، والتي يمكن أن تخدم وظائف متعددة مثل الإنزيمات أو الناقلات أو الأجسام المضادة أو الهرمونات

يحدث تحلل البروتين يوميًا في الجسم كجزء من العمليات الفسيولوجية الطبيعية. في حين أن الكورتيزول يمكن أن يعزز تحلل البروتين، فإن عوامل أخرى مثل التمرين ودورات النمو والشيخوخة ودورة الخلايا تساهم أيضًا بشكل كبير. يتم تحلل البروتينات من الخلايا الميتة أو منتهية الصلاحية إلى أحماض أمينية، يتم إعادة استخدام بعضها لتكوين بروتينات جديدة أو تحويلها إلى أحماض أمينية أخرى. بالإضافة إلى ذلك، يتم استقلاب بعض الأحماض الأمينية بواسطة خلايا الكبد (الخلايا الكبدية) إلى أحماض دهنية أو أجسام كيتونية أو جلوكوز، اعتمادًا على احتياجات الجسم من الطاقة.

قبل أن يتم استخدام الأحماض الأمينية لإنتاج ATP، يجب تحويلها إلى جزيئات يمكنها الانضمام إلى دورة كريبس أو أن تصبح جزءًا منها، مثل أسيتيل مرافق الإنزيم أ. ومع ذلك، يتطلب هذا التحويل إزالة المجموعة الأمينية (NH2)، وهي عملية تُعرف باسم نزع الأمين، والتي تحدث في الخلايا الكبدية. ينتج نزع الأمين الأمونيا، وهي مادة شديدة السمية يتم تحويلها بسرعة إلى يوريا بواسطة خلايا الكبد. اليوريا، وهي مادة غير ضارة نسبيًا، يتم إفرازها بعد ذلك من خلال البول

يحدث بناء البروتين، وهي عملية إنشاء بروتينات جديدة عن طريق تكوين روابط ببتيدية بين الأحماض الأمينية، في الريبوسومات في كل خلية تقريبًا في الجسم، بتوجيه من الحمض النووي والحمض النووي الريبي للخلية. تحفز العديد من الهرمونات تخليق البروتين، بما في ذلك هرمون النمو وعوامل النمو الشبيهة بالأنسولين وهرمونات الغدة الدرقية والأنسولين والإستروجين والتستوستيرون. نظرًا لأن البروتينات هي مكون أساسي لمعظم هياكل الخلايا، فإن البروتين الغذائي الكافي أمر حيوي، وخاصة أثناء فترات النمو والحمل وأوقات إصلاح الأنسجة بعد المرض أو الإصابة.

من بين الأحماض الأمينية العشرين الموجودة في جسم الإنسان، يعتبر 10 منها أساسية، حيث يجب الحصول عليها من خلال النظام الغذائي لأن الجسم لا يستطيع إنتاجها بكميات كافية. يمكن العثور على البروتينات الكاملة، التي تحتوي على جميع الأحماض الأمينية الأساسية، في الأطعمة مثل لحم البقر والأسماك والدواجن والبيض والحليب. توجد البروتينات غير الكاملة، التي تفتقر إلى بعض الأحماض الأمينية الأساسية، في الخضروات الورقية الخضراء والبقول والحبوب. ومع ذلك، فإن بعض الأطعمة النباتية، مثل الكينوا وفول الصويا، تشكل استثناءات وتحتوي على بروتينات كاملة مع جميع الأحماض الأمينية الأساسية

يمكن للجسم تخليق الأحماض الأمينية غير الأساسية من خلال عملية تسمى انتقال الأمين، حيث يتم نقل مجموعة أمينية من حمض أميني إلى حمض البيروفيك أو حمض في دورة كريبس. بمجرد وجود الأحماض الأمينية الأساسية وغير الأساسية الضرورية في الخلايا، يمكن أن يستمر تخليق البروتين بسرعة.

اضطرابات امتصاص البروتين والهدم والبناء:

سوء التغذية البروتينية-الطاقية (PEM): وهي حالة ترتبط عادة بعدم تناول كمية كافية من البروتين والسعرات الحرارية، ويمكن أن تؤدي إلى مشاكل صحية خطيرة، بما في ذلك ضمور العضلات، وتوقف النمو، وضعف الجهاز المناعي. وهناك شكلان رئيسيان لسوء التغذية البروتينية هما الكواشيوركور (سوء التغذية البروتينية) والماراسموس (سوء التغذية بالسعرات الحرارية).

ضمور العضلات: يتميز هذا الاضطراب بضمور أنسجة العضلات، غالبًا بسبب فترات طويلة من الخمول، أو الشيخوخة، أو أمراض مثل التصلب الجانبي الضموري (ALS) أو ضمور العضلات. تؤدي هذه الحالات إلى اختلال التوازن حيث يتجاوز هدم البروتين بناء البروتين، مما يتسبب في تدهور العضلات.

مرض الكلى المزمن (CKD): في مرض الكلى المزمن، تضعف قدرة الكلى على تصفية الفضلات من الدم. يؤدي هذا إلى تراكم اليوريا، وهو أحد نفايات عملية هدم البروتين، مما يسبب أعراضًا مثل الغثيان والتعب وفقدان الشهية.

اضطرابات النمو: تنتج حالات مثل ضخامة الأطراف (هرمون النمو المفرط لدى البالغين) والعملقة (هرمون النمو المفرط لدى الأطفال) عن الإفراط في إنتاج هرمون النمو. ونتيجة لذلك، يتم تحفيز عملية بناء البروتين بشكل مفرط، مما يتسبب في نمو غير طبيعي للأنسجة والأعضاء.

السرطان: النمو الخلوي غير المنضبط في السرطانات، مدفوعًا في المقام الأول بطفرات في الجينات السرطانية وجينات قمع الورم، مما يؤدي إلى اختلال التحكم في دورة الخلية وانقسام الخلايا غير المنضبط. في حين قد يتم زيادة تنظيم تخليق البروتين لدعم التكاثر السريع للخلايا، فإن السرطان ينبع في المقام الأول من خلل التمثيل الغذائي والوراثي وليس من فرط نشاط عملية بناء البروتين.

البيلة البروتينية: تتضمن هذه الحالة وجود كمية غير طبيعية من البروتين في البول، مما يشير عادة إلى وجود مشكلة في وظائف الكلى وليس استقلاب البروتين. تحدث عندما تضعف قدرة الكلى على الترشيح، مما يسمح للبروتينات بالمرور إلى البول. في حين أن البيلة البروتينية ترتبط عادة بمرض الكلى المزمن، إلا أنها يمكن أن تحدث أيضًا في اضطرابات الكلى الأخرى. من المهم ملاحظة أن ليس كل حالات مرض الكلى المزمن مصحوبة ببيلة بروتينية، والحالتان، على الرغم من ارتباطهما، ليستا مترادفتين.

اضطرابات استقلاب الأحماض الأمينية هي مجموعة من الاضطرابات التي تؤثر على قدرة الجسم على استقلاب بعض الأحماض الأمينية. تشمل الأمثلة بيلة الفينيل كيتون (PKU) ومرض بول شراب القيقب. في بيلة الفينيل كيتون، يؤدي عدم القدرة على تكسير الفينيل ألانين إلى تراكم سام في الدم، مما يسبب الإعاقة الفكرية ومضاعفات أخرى. في مرض بول شراب القيقب، لا يمكن تكسير بعض الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة، مما يؤدي إلى تلف عصبي إذا لم يتم علاجه.

عدم تحمل البروتين الليسينوري: وهو اضطراب وراثي نادر يتميز بعدم قدرة الجسم على هضم واستخدام بعض الأحماض الأمينية. وقد تشمل الأعراض الفشل في النمو وضعف العضلات والإعاقة الفكرية.

اضطرابات هضم البروتين: تحدث هذه الاضطرابات عندما تتعطل عمليات هضم البروتين. ومن الأمثلة على ذلك قصور البنكرياس الخارجي، حيث يتم إنتاج إنزيمات هضمية غير كافية، ومرض الاضطرابات الهضمية، حيث يتسبب رد الفعل المناعي الذاتي للجلوتين في إتلاف بطانة الأمعاء، مما يضعف امتصاص البروتين.

متلازمة كواشيوركور والهزال: وهما شكلان حادان من سوء التغذية المرتبط بنقص البروتين. وينتج مرض كواشيوركور في المقام الأول عن نقص البروتين على الرغم من تناول السعرات الحرارية الكافية أو الكافية تقريبًا. ويتميز بالوذمة وضعف النمو وفقدان كتلة العضلات. وعلى النقيض من ذلك، ينشأ الهزال من نقص شديد في السعرات الحرارية، بما في ذلك الحرمان من البروتين والطاقة، مما يؤدي إلى الهزال الشديد للأنسجة العضلية والدهنية. وتسلط كلتا الحالتين الضوء على أهمية التغذية المتوازنة ولكنهما تختلفان في أوجه القصور الغذائية الأساسية والعرض السريري.