پرُوتِئین (بهانگلیسی:protein) یکی از مواد مغذی اصلی است که بدن انسان برای زنده‌ماندن و عملکرد درست به آن نیاز دارد. این ماده از واحدهای کوچکی به نامآمینواسید ساخته شده است؛ همان‌طور که جمله از واژه‌ها ساخته می‌شود، پروتئین هم از آمینواسیدها تشکیل شده است. بدن ما از حدود ۲۰ نوع آمینواسید مختلف برای ساخت انواع پروتئین استفاده می‌کند. برخی از این آمینواسیدها را بدن می‌تواند خودش بسازد، اما بقیه را حتماً باید از راه غذا دریافت کند؛ به همین دلیل، خوردن منابع پروتئینی کافی مانند گوشت، تخم‌مرغ، لبنیات، حبوبات یا مغزها اهمیت زیادی دارد.
پروتئین‌ها تقریباً در همه جای بدن وجود دارند؛ از مو و ناخن گرفته تا ماهیچه، پوست،آنزیم‌ها و حتی هورمون‌ها؛ مثلاً آنزیم‌هایی که کمک می‌کنند غذا دردستگاه گوارش هضم شود، خودشان نوعی پروتئین هستند. یا هموگلوبین، ماده‌ای در خون که اکسیژن را از شش‌ها به بافت‌های دیگر می‌برد، نوعی پروتئین است. حتی دستگاه ایمنی بدن، که با بیماری‌ها مبارزه می‌کند، بدون پروتئین‌ها نمی‌تواند کار کند.
یکی از نکات دربارهٔپروتئین این است که بدن نمی‌تواند آن را برای مدت طولانی ذخیره کند، برخلاف چربی یاکربوهیدرات. بنابراین لازم است که هر روز مقدار مشخصی پروتئین از غذا دریافت شود. میزان نیاز روزانه به پروتئین بسته به سن، جنسیت، میزان فعالیت بدنی و وضعیت سلامتی متفاوت است، اما برای بیشتر بزرگسالان، حدود ۰٫۸ گرم به‌ازای هر کیلوگرم وزن بدن توصیه شده است.[۱]
تحقیقات علمی نشان داده‌اند که مصرف کافی پروتئین نه‌تنها برای رشد و ترمیم بافت‌های بدن مهم است، بلکه به احساس سیری بیشتر و کنترل وزن نیز کمک می‌کند. همین‌طور ورزشکاران برای ساختماهیچه بیشتر به پروتئین بیشتری نیاز دارند. از سوی دیگر، دریافت بیش از حد پروتئین، به‌ویژه از منابع حیوانی بدون تعادل، ممکن است به کلیه‌ها یا دیگر اندام‌ها فشار بیاورد، به‌ویژه در کسانی که مشکل کلیوی دارند.[۲]
برخی جانوران مانند عنکبوت‌ها، پروتئین‌هایی می‌سازند که بسیار خاص‌اند؛ مثلاً تار عنکبوت که از پروتئین ساخته شده، نسبت به وزنش از فولاد مقاوم‌تر است.[۳]
دلیل اینکه این واژه «پروتئین» نام گرفت، این بود که دانشمندان قرن نوزدهم آن را ماده‌ای بنیادی و «نخستین» برای حیات می‌دانستند.
نام «پروتئین» (Protein) ریشه در زبان یونانی دارد. این واژه نخستین بار در سال ۱۸۳۸ توسط شیمیدانی سوئدی به نام «یان یاکوب برزلیوس» (Jöns Jakob Berzelius) پیشنهاد شد. او این واژه را از واژهٔ یونانی πρωτεῖος (پروتئوس) به معنی «نخستین» یا «اصلی» اقتباس کرد. واژهٔ یونانی πρῶτος (پروتوس) نیز به معنی «اولین» یا «مقدم» است، و به اهمیت حیاتی این ماده در ساختار و کارکرد بدن اشاره دارد.
برزلیوس بر پایهٔ پژوهش‌هایی که شیمیدان هلندی «خراردوس یوهانس مولدر» (Gerardus Johannes Mulder) روی مواد آلی موجود در بافت‌های حیوانی و گیاهی انجام داده بود، این نام را انتخاب کرد. مولدر درون کشف کرده بود که همه این مواد (که بعدها پروتئین نامیده شدند) دارای ترکیب شیمیایی مشابهی هستند و عنصر نیتروژن در آن‌ها نقش مهمی دارد. برزلیوس با توجه به اینکه این ماده، اساسی‌ترین ترکیب در بدن موجودات زنده است، واژه‌ای را پیشنهاد کرد که به «برتری» یا «اساس بودن» اشاره دارد.
پروتئین از مهم‌ترین اجزای بدن است که نقش‌های بسیار حیاتی و مهمی در بدن دارد. این مواد از بهم چسبیدن زنجیره‌هایآمینواسیدی تشکیل شده‌اند که براساس نوع پروتئین، تعداد این آمینواسیدها می‌تواند تا چند هزار نیز برسد. پروتئین‌ها طبق نوع و محل حضورشان عملکرد متفاوتی دارند، از جمله این وظایف می‌توان به فعالیتآنزیمی به منظورکاتالیز فرایند، شناسایی میکروب‌ها و سلول‌های سرطانی، انتقال موادی مانند گازهای تنفسی و سیگنال‌دهی اشاره کرد این ماده جزمولکول‌های زیستی محسوب می‌شود.
ترتیباسیدهای آمینه در یک پروتئین توسطژن مشخص می‌شود. اگرچه کد ژنتیک ۲۰ تا اسید آمینه استاندارد را معرفی می‌کند، اما در بعضی ازاندامگان‌ها (ارگانیسم‌ها) کد ژنتیک شاملسلنوسیستئین و در بعضی ازآرکی‌باکتری‌هاپیرولیزین می‌باشد. گاهی در پروتئین‌ها دگرگونی به وجود می‌آید: یا قبل از آنکه پروتئین بتواند به وظایفش دریاخته عمل کند یا به عنوان قسمتی از مکانیسم بازرسی. پروتئین‌ها معمولاًبه یکدیگر می‌پیوندند تا یک وظیفه‌ای را با یکدیگر انجام دهند که این خود باعث استوار شدن پروتئین می‌شود. چون ترتیب‌های نامحدودی در توالی و طول زنجیرهاسید آمینه‌ها در تولید پروتئین‌ها وجود دارد، از این رو انواع بی‌شماری از پروتئین‌ها نیز می‌توانند وجود داشته باشند.[۴] پروتئین‌هایدرون‌یاخته‌ای در بخشی ازسلول به نامریبوزوم توسطآران‌ای (RNA) ساخته می‌شوند.
در ژانویه ۲۰۱۵ (بهمن ۱۳۹۳) دانشمندانآمریکایی واسترالیایی موفق بهبازیافت پروتئین شدند. آنان با استفاده ازاوره و نوعیهمزن مخصوص،تخم مرغ آب‌پز را دوباره به تخم مرغ خام تبدیل کردند.[۵]
ساختار دوم: به نظم‌های موضعی گفته می‌شود که پروتئین در حینتاشدگی به خود می‌گیرد. ساختار دوم پروتئین‌ها خود به چند دسته تقسیم می‌شود: ساختار دوم قسمتی از یک پروتئین؛مارپیچ آلفا به رنگ خاکستری وصفحه بتا به رنگ قرمز نمایش داده شده
مارپیچ آلفا ساده‌ترین و انعطاف‌پذیرترین ترتیب، کونفرماسیونی مارپیچی و راست گرد بود به ناممارپیچ آلفا. مارپیچ آلفا یکی از ساختارهای دوم رایج در پروتئین‌ها است.مارپیچ آلفا یک مارپیچ راست‌گرد است که ساختار آن هر ۴/۵آنگستروم یک‌بار تکرار می‌شود. در هر دو مارپیچ آلفا، ۶/۳اسید آمینه وجود دارد؛ یعنی هر ۵/۱آنگستروم یک اسید آمینه در طولمارپیچ آلفا قرار می‌گیرد. هر گروه کربوکسیل و آمین در مارپیچ آلفا با اسید آمینه‌ای با فاصله چهار تا از خود، دارای باند هیدروژنی می‌باشد و این الگو در سراسر مارپیچ، غیر از چهار اسیدآمینه در دو انتهای آن تکرار شده است.
صفحه‌های بتا: ساختار صفحه‌های بتا، ساختار دوم بسیار کشیده و چین‌دار می‌باشد. یکی از تفاوت‌های مهم صفحه‌های بتا با مارپیچ آلفا این است که اسیدآمینه‌هایی که معمولاً در ساختار اول زنجیره پروتئینی با فاصله زیاد از هم قرارگرفته‌اند، برای تشکیل این ساختار در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند بنابراین صفحه‌های بتا تمایل به سختی داشته و انعطاف‌پذیری ناچیزی دارند.پیوندهای هیدروژنی بین‌رشته‌ای که میان گروه‌های CO یک رشته بتا و NH رشته بتای مجاور ایجاد می‌شوند، به صفحات بتا پایداری می‌بخشند و باعث می‌شوند که این صفحات ظاهری زیگزاگ داشته باشند.
ساختار سوم: حالت سه‌بعدی کهپروتئین بعد از پیچش به خود می‌گیرد گفته می‌شود.
ساختار چهارم: حالت قرارگیری چند پروتئین در فضا کنار یکدیگر. بیشتر پروتئین‌ها از پیوند زنجیرهای پلی پپتیدی مشابه یا متفاوت ساخته شده‌اند، اتصال بین زنجیرها توسط پیوندهای ضعیف تری برقرار می‌گردد. این ساختار ترتیب قرارگرفتن زیر واحدهای یک پروتئین را شرح می‌دهد و نقش مهمی در توضیح چگونگی شرکت پروتئین درواکنش‌های شیمیایی دارد.
روش‌های تعیین ساختار پروتئین، کشف ساختار سوم و چهارم یک پروتئین راهنمای بسیار مهمی برای تعیین کارکرد این پروتئین است. از روش‌های معمول می‌توان بهپراش اشعه ایکس وتشدید مغناطیسی هسته اشاره کرد<این دو روش اطلاعات اتمی خوبی دربارهٔ ساختار پروتئین مورد نظر جمع‌آوری می‌کنند.
مقدار اسید آمینه ضروری و قابلیت دسترسی آن کیفیت پروتئین را مشخص می‌کندتخم مرغ باکیفیت‌ترین پروتئین را دارد و اارزش بیولوژیکی ان ۱۰۰است.پروتئینسیب زمینی کم ولی با کیفیت و معادلتخم مرغ است[۶]
خالص‌سازی پروتئین شامل یک سری مراحل می‌باشد که برای مجزا کردن یک نوع پروتئین از پروتئین‌های مختلط استفاده می‌شود. خالص‌سازی امری حیاتی برای توصیف وظیفه، ساختار و فعل و انفعالات پروتئین مورد نظر می‌باشد. این کار معمولاً با یکبافت زیستی یا کشت میکروبی آغاز می‌شود.مولکول‌ها ازیاخته جدا شده و سپس پروتئین‌ها از دیگرمولکول‌هاییاخته‌ای جدا می‌شوند. در انتها پروتئین مورد نظر از دیگر پروتئین‌ها جدا می‌شود.[۷]
ساخته شدن mRNA از روی DNA رارونویسی می‌گویند که با کمک آنزیمآران‌ای پلیمراز (RNA polymerase) انجام می‌شود. سلول‌هایپروکاریوتی فقط یک نوع آنزیم RNA پلیمراز دارند. در سلول‌هاییوکاریوتی سه نوع آنزیم RNA پلیمراز یافت شده است که آن‌ها را با علامت‌های I و II و III مشخص می‌کنند.
RNA پلیمراز II رونویسی پیشسازهای mRNAها و نیز برخی از RNAهای کوچک را انجام می‌دهد.
RNA پلیمراز III رونویسی ژن‌های tRNA و نیز برخی از RNAهای کوچک را کاتالیز می‌کند.
مراحل رونویسی:
مرحلهٔ ۱: رونویسی با اتصالRNA پلیمراز به قسمتی از ژن به نامراه انداز ژن (promoter) شروع می‌شود.راه انداز، قسمتی از DNA است که به RNA پلیمراز امکان می‌دهد رونویسی را از محل صحیح آغاز کند و مثلاً این کار را از وسط ژن شروع نکند. راه‌اندازی در نزدیکیجایگاه آغاز رونویسی (initiation site) قرار دارد. جایگاه آغاز رونویسی، به اولیننوکلئوتیدی از DNA گفته می‌شود که رونویسی می‌شود.
مرحلهٔ ۲: RNA پلیمراز دو رشتهٔ DNA را از یکدیگر باز می‌کند.
مرحلهٔ ۳: RNA پلیمراز هم چون قطاری که روی ریل حرکت می‌کند، در طول نوکلئوتیدهای DNA به حرکت در می‌آید و در مقابل هر یک از دئوکسی ریبو نوکلئوتیدهای DNA، ریبونوکلئوتید مکمل را قرار می‌دهد و به علاوه، هرریبونوکلئوتید جدید را به ریبونوکلئوتید قبلی وصل می‌کند. در رونویسی نیز از همان قوانین جفت شدن بازها که در همانندسازی DNA به کار می‌رود، استفاده می‌شود. تنها تفاوت این است که در مقابل دئوکسی نوکلئوتید A (آدنین دار) در DNA، ریبونوکلئوتید U (یوراسیل دار) در RNA قرار می‌گیرد.
مرحلهٔ ۴: RNA پلیمراز، DNA و mRNA تازه ساخته شده، پس از رونویسیجایگاه پایان رونویسی (termination site)، از یکدیگر جدا می‌شوند و مولکول mRNA برای مرحله بعدی یعنیترجمه، آزاد می‌شود.
اطلاعات دردی‌ان‌ای به صورت رمز ۳ تایی وجود دارد یعنی هر ۳نوکلئوتید معرف ۱ رمز و هر رمز معرف ۱ اسید آمینه است.پس از رونویسی mRNA از هسته خارج می‌شود و درسیتوپلاسم به کمک نوع دیگر آران‌ای به نام تی‌آران‌ای (tRNA) اسید آمینه را به هم متصل می‌کند. tRNA روی mRNA متصل می‌شود و طبق رمزهای tRNA, mRNA اسید آمینه‌ها را کنار هم می‌گذارد؛ و در آخر زنجیرهٔپپتیدی به وجود می‌آید. به این مرحله ترجمه پروتئین گفته می‌شود.
رفتار سلولی و تمام فعالیت‌هایی که در سلول انجام می‌شود بر عهده پروتئین‌ها است. همه پروتئین‌ها با همبرهم‌کنش دارند و تقریباً می‌توان گفت که همه پروتئین‌ها اثر خود را با همکاری پروتئین‌های دیگر در سلول اعمال می‌کنند و هیچ پروتئینی نیست که در یاخته به تنهایی عمل کند.
زیمایه یا آنزیم یک مادهآلی است که یکفرایند شیمیایی را در یکسازواره یا موجود زنده تقویت یا تضعیف می‌کند ولی خودش دگرگون نمی‌شود. به عبارت دیگر آنزیم‌هاکاتالیزگرهای فرایندهای زیستی هستند و نسبت به کاتالیزگرهای غیر زیستی کارایی بسیار بالایی دارند. اغلب آنزیم‌ها ساختار پروتئینی دارند، به غیر از انواع محدودی از آن‌ها که از جنس ریبونوکلئیک اسید هستند؛ مانندریبوزیم‌ها.
پادتَن یا آنتی‌بادی پروتئینی است کهدستگاه ایمنی بدن از آن استفاده می‌کند تا اجسام بیگانه همچون باکتری و ویروس را پیدا کرده و خنثی سازد. هر پادتن یک پادگن ویژه را در هدف خود تشخیص می‌دهد. پادتن‌ها درایمنی هومورال دفاع اختصاصی توسطپلاسموسیت‌ها تشکیل می‌شوند.
سلول‌ها به یکدیگر پیام‌هایی می‌دهند (به‌صورت شیمیایی یا الکتریکی) که به‌واسطهٔ این پیام‌ها با هم صحبت کرده و ارتباط برقرار می‌نمایند و اعمال خود را هماهنگ می‌کنند. از معروف‌ترین پیام‌رسان‌های شیمیایی «هورمون» ها هستند. هورمون ماده‌ای شیمیایی است که در غدد درون‌ریز ساخته شده و به داخل جریان خون می‌ریزد. این ماده روی سلول‌های هدف گیرنده دارد و با نشستن روی آن اعمال سلول را تغییر می‌دهد. گیرنده‌های هورمون‌های امینو اسیدی در روی سلول‌های هدف قرار دارد. هورمون‌ها گاهی از یک غده در یک نقطه از بدن ترشح می‌شوند و اثر خود را در نقطه‌ای دورتر اعمال می‌کنند. هورمون‌ها و پیام‌رسان‌های شیمیایی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. برخی از هورمون‌ها توانایی عبور از غشای سلولی و ورود به سلول را دارند و برخی دیگر نمی‌توانند از غشا عبور کنند. دستهٔ اخیر گیرنده‌هایی در سطح سلول دارند که پس از اتصال به آن‌ها، پیام خود را با واسطهٔ چندین مولکول دیگر به داخل سلول منتقل می‌کنند. برخی از این واسطه‌ها را «پیام‌رسان ثانویه» می‌گویند (ورارسانی پیام). از معروف‌ترین «سیستم‌های پیام‌رسانی ثانویه» سیستم «جی‌پروتئینها» است. این سیستم در مدار بسیاری از هورمون‌ها دیده می‌شود.[۸]
سلول‌های موجودات پرسلولی توسط انواعی از ملکول‌های پروتئینی و غیر پروتئینی به یکدیگر چسبیده باقی می‌مانند. این اتصال‌های گوناگون است که سلول‌های یک بافت را در کنار هم و بافت‌های مجاور را در کنار هم نگه‌می‌دارد.این پروتئین‌ها در سازمان بندی سلول نقش دارند مثل:اکتین ومیوزین
در سطح مولکولی، کلیه مکانیسم‌های زیستی سلول‌ها توسط پروتئین‌ها انجام می‌شود. پروتئین‌ها با ارتباط با یکدیگر به‌طور دقیق و بسیار کنترل شده‌ای وظایف خود را انجام می‌دهند. اساس مولکولی اغلب بیماری‌ها، بروز نقص یا تداخل در این کارکرد عادی پروتئین‌ها، که از طریق آن مکانیسم‌های زیستی سلولی را انجام می‌دهند، می‌باشد.اگر کار پروتئین‌ها ازحالت طبیعی خارج شود می‌توانند باعث بروز بیماری‌های مختلف شوند. از جمله این بیماری‌هاسرطان است.
پریون یکی از پروتئین‌هایی است که به‌طور عادی درسلول‌های عصبی بیان می‌شود.جهش در این پروتئین می‌تواند باعث تغییر ساختار این پروتئین شده به‌طوری‌که پروتئین جهش یافته می‌تواند مجتمع شده و پلاک‌های پروتئینی را در سلول‌های عصبی ایجاد کند.
مقاله اصلیپروتئین‌ها در رژیم غذایی پروتئین‌ها مواد مغذی اصلی هر سلول زنده هستند. در ساختمان آن‌ها نه تنها کربن، هیدروژن و اکسیژن وجود دارد، بلکه ازت و گاهیگوگرد نیز موجود می‌باشد. پروتئین‌ها مسئول انجام اعمال گوناگونی هستند. نقش آن‌ها از تشکیل ماده انقباضی عضلات گرفته تا ساختن بعضی از هورمون‌ها، آنزیم‌ها و آنتی‌بادی‌ها، تبدیلانرژی شیمیایی به کار و انتقال اکسیژن و هیدروژن متنوع می‌باشد.
در ژانویه ۲۰۱۵ (بهمن ۱۳۹۳) دانشمندانآمریکایی واسترالیایی موفق شدند با استفاده ازاوره و نوعیهمزن مخصوص، تخم مرغ آب‌پز را دوباره به تخم مرغ خام تبدیل کنند. برای این کار ابتدا با استفاده از اوره سفیده جامد و پخته تخم مرغ را تبدیل به مایع کردند، اما هنوز رشته‌های پروتئین به نحوی نامطلوب در هم پیچیده بودند. برای رفع این مشکل دانشمندان با یک همزن مخصوص کهجریان گردابی ایجاد می‌کرد به تدریج رشته‌های پروتئین را از هم باز و به آرامی جدا کردند تا اینکه دوباره در ساختاری مناسب تا بخورند. بازیافت پروتئین کاری گرانقیمت است و حدود چهار روز طول می‌کشد چون در واقع باید عملی مثلدیالیز، البته در سطحمولکولی، انجام شود اما روش جدید در عرض چند دقیقه به نتیجه می‌رسد. این کار مثل این است که تایپیراهنی را که بد تا شده باز کنیم، آن را اتو کنیم و چین و چروک‌های ناخواسته را از بین ببریم و بعد دوباره آن را تا کنیم.[۵]
