โปรตีน

โปรตีน (protein)

โปรตีนเป็นชื่อมาจากรากศัพท์ภาษากรีก แปลว่า สำคัญเป็นอันดับแรก ในปี พ . ศ .2481 นักเคมีชาวดัช ชื่อ เจแรร์ดัส มูลเดอร์ (Gerardus Mulder) เป็นผู้ให้ชื่อนี้เพราะเขาเชื่อว่าโปรตีนเป็นสารที่สำคัญที่สุดในบรรดาสารอินทรีย์ที่รู้จักกันแล้วทั้งหมด มูลเดอร์ เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีว่า สารพวกแอลบูมินัส (albuminous substance) ประกอบด้วยหน่วยพื้นฐาน คือ โปรตีน นักวิทยาศาสตร์ผู้อื่นสนับสนุนทฤษฎีนี้ในเวลาต่อมา โปรตีนเป็นสารที่มีมากในร่างกายเป็นที่สองรองจากน้ำ (ดูตารางที่ 1.3) มีอยู่ในร่างกายประมาณ ร้อยละ 15 - 25 พบในกล้ามเนื้อ เลือด เอนไซม์ ฮอร์โมน ขน ผม เล็บ ภูมิต้านทานโรค กระดูก และฟัน ฯลฯ โปรตีนเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของเซลล์ และเนื้อเยื่อต่างๆในร่างกาย ดังนั้นจึงพบในเซลล์ของระบบประสาท ระบบหายใจ หรือระบบหมุนเวียนของเลือด ฯลฯ

ส่วนประกอบของโปรตีน

โปรตีนทุกชนิด ประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน นอกจากนี้อาจมีกำมะถัน ฟอสฟอรัส เหล็ก ไอโอดีน หรือ โคบอลต์อยู่ด้วย โมเลกุลของโปรตีนอยู่ในรูปของกรดอะมิโน ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานที่เล็กที่สุดของโปรตีน โปรตีนมีสารที่มีโครงสร้างซับซ้อนและมีน้ำหนักโมเลกุลสูง กรดอะมิโนของโปรตีนต่อกันด้วยพันธ์ของเพปไทด์ ถ้ามีกรดอะมิโนสองตัวต่อกันเรียกว่า ไดเพปไทด์ (dipeptide) ถ้ามีสามตัวต่อกันเรียกว่า ไตรเพปไทด์ (tripeptide) ถ้ามีหลายตัวต่อกันเรียกว่า พอลิเพปไทด์ (polyprptide) ในธรรมชาติพืชสามารถสังเคราะห์โปรตีนได้จากสารประกอบไนโตรเจน เช่น ไนเทรต ไนไทรต์ หรือแอมโมเนีย พืชบางชนิด เช่น พืชตระกูลถั่ว สามารถใช้ไนโตรเจนจากอากาศ สร้างสารประกอบพวกไนโตรเจนและโปรตีนได้ เมื่อสัตว์กินพืชเป็นอาหารสัตว์ใช้โปรตีนจากพืชสร้างโปรตีนขึ้นในร่างกายของสัตว์ คนกินทั้งอาหารพืชและอาหารพวกสัตว์ หรือผลิตผลจากสัตว์ จึงได้รับโปรตีนดังกล่าวมาใช้สร้างโปรตีนในร่างกายคนและเมื่อคน สัตว์ และพืชเน่าเปื่อยทับถมในดิน โปรตีนจะสลายตัว สารประกอบพวกไนโตรเจนกลับสู่พื้นดิน หรืออากาศใหม่ และถูกนำไปใช้วนเวียนเป็นวัฎจักรเช่นนี้เรื่อยไป

การแบ่งประเภทของโปรตีน

โปรตีนอาจแบ่งตามคุณสมบัติทางกายภาพ และการละลายได้ 3 พวก คือ

ก . โปรตีนธรรมดา (simple protein) คือโปรตีนที่แตกตัวให้กรดอะมิโน เท่านั้น ไม่มีสารอื่นปนอยู่ด้วย ตัวอย่าง เช่น แอลบูมิน (albumin) ในไข่ เซอิน (zein) ในข้าวโพด ไกลอาดิน (gliadin) ในข้าวสาลี หรือ โกลบิน (globin) ในฮีโมโกบิน

ข . โปรตีนเชิงประกอบ (compound protein) คือโปรตีนที่มีสารอินทรีย์อื่นอยู่ด้วยในโมเลกุล เมื่อแตกตัวจะได้โปรตีน หรือกรดอะมิโนกับสารที่ไม่ใช่โปรตีน เช่น เคซีน (casein) ในนมประกอบด้วยโปรตีนรวมอยู่กับกรดฟอสฟอริก มิวซิน (mucin) ในน้ำลายประกอบด้วยโปรตีนรวมอยู่กับคาร์โบไฮเดรต หรือ ลิโพโปรตีน (lipoprotein) ในเลือดประกอบด้วย โปรตีนรวมอยู่กับลิพิด

ค . โปรตีนอื่นๆ (derived protein) คือสารที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงหรือการแตกตัวของโปรตีนโดยความร้อน หรือกระบวนการอื่นๆ เป็นต้นว่าถูกแสง เสียง กรด ด่าง ฯลฯ ตัวอย่างของโปรตีนอื่นๆได้แก่ โพรทิโอส (proteose) เพปโทน (peptone) พอลีเพปไทด์ (polypeptide) เพปไทด์ (peptide) ซึ่งเป็นสารที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของโปรตีน และโมเลกุลเล็กลงตามลำดับ

กรดอะมิโน (amino acid)

กรดอะมิโน คือ หน่วยที่เล็กที่สุดที่ประกอบขึ้นในโมเลกุลของโปรตีน ทางเคมี กรดอะมิโน คือ สารซึ่งมีหมู่อะมิโน (-NH2) และหมู่คาร์บอกซิลิก (-COOH) อยู่ในโมเลกุล มีสูตรทั่วไป คือ RCHNH2COOH (R จะเป็นหมู่ใดก็ได้) อาหารโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 12 - 22 ชนิด ส่วนโปรตีนในร่างกายประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 20 ชนิด กรดอะมิโน เหล่านี้ต่อเชื่อมกันเป็นโมเลกุลใหญ่ กรดอะมิโนเป็นผลึกสีขาว มีรสต่างกัน บางตัวมีรสหวาน เช่น ไกลซีน อะลานีน และเซรีน บางตัวมีรสขม เช่น อาร์จินีน บางตัวก็ไม่มีรส เช่น ทริปโทเฟน และลิวซีน การแบ่งประเภทของกรดอะมิโนในแง่โภชนาการ ทางโภชนาการแบ่งกรดอะมิโนออกเป็น 2 พวก คือ
กรดอะมิโนที่พบในอาหาร และร่างกาย
ไกลซีน ลิวซีน
ไทโรซีน
เซรีน
กรดกลูแทมิก
กรดแอสพาร์ติก
เฟนิลอะลานีน
ไลซีน
อาร์จินีน
ฮิสทิดีน
ซีสทีน
โพรลีน วาลีน ทริปโทเฟน
ออกซีโพรลีน
ไอโซลิวซีน
กรดออกซีกลูแทมิก
เมทิโอนีน
ทรีโอนีน

ก . กรดอะมิโนที่จำเป็นแก่ร่างกาย (essential amino acid) ได้แก่ กรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ไม่ได้ หรือสังเคราะห์ได้แต่ไม่เพียงพอกับความต้องการ ของร่างกาย จำเป็นต้องได้รับจากอาหาร กรดอะมิโนเหล่านี้ ได้แก่ อาร์จินีน (arginine) ฮีสทิดีน (histidine) ไอโซลิวซีน (isoleucine) ลิวซีน (leucine) ไลซีน (lysine) เมทิโอนีน (methionine) เฟนิลอะลานีน (phenylalanine) เทรโอนีน (threonine) ทริปโทเฟน (tryptophan) และวาลีน (valine) เด็กต้องการกรดอะมิโนที่จำเป็นแก่ร่างกาย 9 ตัวยกเว้นอาร์จินีน สำหรับผู้ใหญ่ต้องการกรดอะมิโนที่จำเป็นแก่ร่างกาย 8 ตัว ยกเว้น อาร์จินีน และฮีสทิดีน

ข . กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นแก่ร่างกาย (nonessential amino acid) ได้แก่กรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นได้เพียงพอกับความต้องการของร่างกายไม่จำเป็นต้อง ได้รับจากอาหาร คือ อาจสังเคราะห์ขึ้นจากสารประกอบพวกไนโตรเจน หรือจากกรดอะมิโน ที่จำเป็นแก่ร่างกาย หรือจากไขมันหรือจากคาร์โบไฮเดรต กรดอะมิโนพวกนี้ได้แก่ กรดกลูแทมิก ไกลซีน ซีสทีน ไทโรซีน ฯลฯ ในเรื่องนี้มักมีคนเข้าใจผิดว่ากรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นแก่ร่างกาย เป็นกรดอะมิโนที่ร่างกายไม่จำเป็นต้องใช้ ความจริงนั้นร่างกายต้องใช้กรดอะมิโน ทั้งสองพวกในการสร้างโปรตีน แต่ที่เราเรียกว่าเป็นกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นนั้นเพราะเราคิดในแง่ที่ว่าร่างกายสร้างเองได้เพียงพอ จากการวิเคราะห์พบว่าโปรตีนในเซลล์ และเนื้อเยื่อของร่างกายมีกรดอะมิโนพวกนี้อยู่ร้อยละ 40

หน้าที่

ก . อาหารโปรตีนให้กรดอะมิโน ซึ่งร่างกายนำไปใช้สร้างโปรตีนในเซลล์ และเนื้อเยื่อต่างๆ การสร้างโปรตีนนี้จำเป็นสำหรับกระบวนการเติบโต และการซ่อมแซมร่างกาย โปรตีนเป็นส่วนประกอบของเซลล์ทุกเซลล์ โปรตีนของเนื้อเยื่อต่างๆในร่างกายมีลักษณะต่างๆกัน สุดแต่ประโยชน์ใช้สอยของร่างกาย เช่นโปรตีนในกล้ามเนื้อมีลักษณะที่ทำให้กล้ามเนื้อหดตัว ได้ง่าย มีความแน่น หรือมีเนื้อแน่นพอเหมาะ สามารถเก็บของเหลวไว้ภายในได้ ส่วนโปรตีนที่อยู่ในเซลล์บุผิวนั้นมีลักษณะหนาและไม่ละลายน้ำทำหน้าที่ป้องกันเนื้อเยื่อเหล่านั้นไว้ โปรตีนที่มีในเซลล์ของผนังเส้นเลือดทำให้เส้นเลือดมีความยืดหยุ่นดี ซึ่งจำเป็นในการรักษาความดันเลือดให้ปกติ สำหรับโปรตีนในเซลล์ของกระดูกและฟัน ก็ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างให้เกลือแร่มาจับ เกาะได้ง่าย ร่างกายต้องใช้โปรตีนสร้างและซ่อมแซมเนื้อเยื่อตลอดชีวิต ในเด็กการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ๆต้องใช้โปรตีน ในผู้ใหญ่ที่หยุดเติบโตแล้ว ต้องใช้โปรตีนซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่มีอยู่แล้วสำหรับสร้างผม เล็บ หรือชั้นนอกของ ผิวหนังที่งอกขึ้นมาใหม่ แทนส่วนที่หมดอายุแล้วหลุดไป ในหญิง มีครรภ์ต้องใช้โปรตีนสร้างเซลล์ของทารกในครรภ์ และซ่อมแซมเนื้อเยื่อในร่างกายของ ผู้เป็นมารดา

ข . การสร้างสารควบคุมการทำงานของร่างกาย สารควบคุมการทำงานของร่างกาย ได้แก่ เอนไซม์ ฮอร์โมน และสารต่อต้านโรค (antibodies) ล้วนแต่เป็นสารพวกโปรตีนทั้งนั้น เอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการย่อยอาหารรวมทั้งที่ใช้ในการเผาผลาญอาหารทุกตัว เป็นสารพวกโปรตีน ฮอร์โมนบางตัว เช่น อะดรีนาลีน และไทรอยด์ฮอร์โมน เป็นสารพวกกรดอะมิโน (มาจากเฟนิลอะลานีน) บางตัวเป็นพวกโปรตีนหรือรวมอยู่กับโปรตีน สารต่อต้านโรคที่มีในเลือด เช่น แกมมาโกลบูลินเป็นโปรตีน ดังนั้นผู้ที่ได้รับโปรตีนคุณภาพสมบูรณ์ไม่เพียงพอจึงมีความ ต้านทานโรคต่ำ และอวัยวะต่างๆทำงานผิดปกติ หรือบกพร่อง และเมื่อกินโปรตีนคุณภาพสมบูรณ์เพียงพอก็จะมีความต้านทานโรคดีขึ้นและแข็งแรงขึ้น

ค . รักษาสิ่งแวดล้อมภายในร่างกายให้อยู่ในสภาพคงที่ (homeostasis) เช่น

1. การรักษาความเป็นกรดด่าง (pH) ของร่างกายให้คงที่ โปรตีนในเลือด ช่วยให้เลือดมี pH คงที่หรือเป็นด่างเล็กน้อยซึ่งเหมาะกับการทำงานของอวัยวะต่างๆในร่างกาย

2. การรักษาดุลของน้ำในร่างกาย (water balance) โปรตีนในเลือดมี ส่วนช่วย ควบคุมการแลกเปลี่ยน หรือการเคลื่อนที่ของของเหลวระหว่างเลือดกับเซลล์โปรตีนโมเลกุลมีขนาดใหญ่ไม่สามารถผ่านผนังเส้นเลือดได้ การที่โปรตีน (ส่วนใหญ่ คือ แอลบูมิน) คงอยู่ในเลือดนี้ทำให้เกิดแรงออสโมติก (osmotic pressure) ขึ้นซึ่งจะช่วยให้น้ำคงอยู่ในเส้นเลือด จึงช่วยควบคุมความเข้มข้นของเลือดและดุลของน้ำในร่างกายให้คงที่ ในคนหรือสัตว์ที่มีโปรตีนในเลือดต่ำ แรงออสโมติกในเส้นเลือดจะต่ำลง เมื่อความดันเลือดสูงกว่าแรงออสโมติก น้ำจะออกจากเลือด ไปสะสมในของเหลวที่อยู่รอบๆเซลล์มากผิดปกติ ทำให้เกิดบวม (edema) ขึ้น

ง . โปรตีนเป็นสารที่ให้พลังงานและความร้อน โปรตีน 1 กรัม ให้พลังงานประมาณ 4 แคลอรี เมื่อใดที่ร่างกายได้รับพลังงานจากคาร์โบไฮเดรต และไขมันไม่เพียงพอ ร่างกายจะเผาผลาญโปรตีนแทน จ . โปรตีนสามารถเปลี่ยนเป็นสารอื่นได้ เช่นเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรตหรือ ไขมันสุดแต่ ร่างกายต้องการ หรือเปลี่ยนเป็นวิตามิน เช่น กรดอะมิโนทริปโทเฟน สามารถเปลี่ยนเป็นไนอะซินได้ ถ้ามีวิตามินบีหกเพียงพอ

ฉ . โปรตีนช่วยป้องกันโรคไขมันสะสมมากผิดปกติในตับได้ เด็กที่เป็นโรคขาดโปรตีนมักมีไขมันสะสมมากผิดปกติที่ตับ และเมื่อรักษาด้วยอาหารที่มีโปรตีนประเภทสมบูรณ์ อาการดังกล่าวจะหายไป นอกจากโปรตีนแล้ว สารอื่นๆที่ใช้ได้ คือ กรดอะมิโนเมทิโอนีน โคลีน และอิโนสิทอล (ทั้งโคลีนและอิโนสิทอลเป็นวิตามินในกลุ่มของวิตามินบีรวม)

ช . ช่วยในการขนส่งสารต่างๆในเลือด เช่น ฮอร์โมน วิตามิน สารพวกลิพิด เกลือแร่ และอื่นๆ

ฌ . เป็นส่วนประกอบสำคัญของ ดี เอ็น เอ (DNA) ซึ่งเป็นสารพันธุกรรม พื้นฐาน ซึ่งเป็นผู้นำข้อมูลทางพันธุ