ثانياً: البروتينات والمواد الكربوهيدراتية

1. البروتينات

البروتينات هي المادة الأولية في بناء جسم أي كائن حي، فلحوم الجسم من البروتينات، والدم الذي يجري في العروق مصنوع أيضاً من البروتينات، والغدد التي تفرز الهرمونات هي بروتينات كذلك. ومن هذه الحقيقة اشْتُقَّ اسم البروتين. فكلمة بروتو Proto باللاتينية تعني البنية الأولية أو الأساسية. ومن هذا المقطع اللاتيني نفسه اشْتُقَّتْ كلمة البروتوبلازم، الذي يعد أهم أجزاء الخلية على الإطلاق.

والبروتينات - كأي مادة عضوية - تتركب من عمود فقري من الكربون والهيدروجين والأكسجين، إلا أنها تختلف عن باقى المركبات العضوية باحتوائها على نسبة عالية من عنصر النيتروجين (الآزوت)، كما أن بها عنصر الكبريت، وعديداً من العناصر الأخرى بنسب متفاوتة حسب نوع البروتين. وتكمن الخصائص الفريدة للبروتينات في تنوع وحداتها الأحادية وطريقة ترتيب هذه الوحدات في البروتين النهائي؛ فالبروتين يعتمد في وظيفته على شكله المجسم.

ووحدات البروتينات تُسمى الأحماض الأمينية، وكل حامض أميني يتكون من أربع مجموعات من الذرات مرتبطة بعضها ببعض بذرة الكربون (أُنظر شكل تركيب الحامض الأميني). أولى هذه المجموعات هي مجموعة الكربوكسيل COOH الحامضية، وهي المجموعة التي تفقد أيون هيدروجين لكي تتحد مع المجموعة التي تليها. أما المجموعة الثانية فتُسمى المجموعة الأمينية، حيث تحتوي على عنصر النيتروجين متحداً مع ذرتين من الهيدروجين؛ ولذلك يكون قاعدياً في تفاعلاته، ويكون قادراً على أن يتحد مع أيون الهيدروجين القادم إليه من مجموعة الكربوكسيل في الحامض الأميني المجاور. أما المجموعة الثالثة، فهي تتكون من ذرة هيدروجين واحدة، وتتفق كل الأحماض الأمينية في هذه المجاميع الثلاث. أما المجموعة الرابعة، فتختلف في كل حامض أميني، فأحياناً تكون من البساطة، بحيث يمثلها ذرة هيدروجين واحدة، وأحياناً أخرى تكون عبارة عن مجموعة معقدة التركيب. وعموماً يوجد عشرون نوعاً من المجموعة الرابعة في الإنسان التي تكون عشرين نوعاً مختلفاً من الأحماض الأمينية.

وهناك عشرة أحماض لا يستطيع جسم الإنسان بناءها، لكنه يحصل عليها عن طريق الغذاء، وهي الأحماض الأمينية الأساسية (أُنظر شكل الحامض الأميني ليوسين) و(شكل الحامض الأميني ليسين) و(شكل الحامض الأميني فنيل ألانين) و(شكل الحامض الأميني تربتوفان) و(شكل الحامض الأميني ثريونين) و(شكل الحامض الأميني فالين) و(شكل الحامض الأميني أرجنين) و(شكل الحامض الأميني أيزوليوسين) و(شكل الحامض الأميني ميثيونين) و(شكل الحامض الأميني هيستيدين). وهناك أحماض أخرى يستطيع جسم الإنسان بناءها من مواد أخرى كالمواد النشوية أو الدهون، وهي الأحماض الأمينية الغير أساسية (أُنظر شكل الحامض الأميني سيستين) و(شكل الحامض الأميني سيرين) و(شكل الحامض الأميني جلوتاميك) و(شكل الحامض الأميني اسبارتيك) و(شكل الحامض الأميني جلوتامين) و(شكل الحامض الأميني جلايسين) و(شكل الحامض الأميني تيروسين) و(شكل الحامض الأميني برولين) و(شكل الحامض الأميني أسباراجين) و(شكل الحامض الأميني ألانين). والغذاء الذي يحتوي على نسبة عالية من الأحماض الأمينية الأساسية مثل اللحم والبيض يعتبر غذاءً عالي القيمة الغذائية.

ويتكون جزيء البروتين من سلسلة من الأحماض الأمينية مرتبطة مع بعضها البعض. ومن معجزات الخالق أن ترتيب الأحماض الأمينية داخل جزيء البروتين هو الذي يحدد شكل هذا البروتين ووظيفته وخواصه الكيميائية، فإذا اختل ترتيب حامض أميني واحد فقد جزيء البروتين وظيفته، بل قد يقوم بأداء وظيفة أخرى مختلفة تماماً. وقد قُدِّر عدد أنواع البروتينات التي تم التعرف عليها حتى الآن في جسم الإنسان بما يقرب من 421 ألف نوعاً. ويعتقد العلماء أن هناك ملايين أخرى من أنواع البروتينات التي لم يُمَط اللثام عن وظائفها وتركيبها بعد. وطول الأحماض الأمينية في جزيء البروتين قد يُعطي انطباعاً عن وظيفتها، فكلما زاد طول سلسلة الأحماض الأمينية في بروتين ما، دل ذلك على أن هذا البروتين سيكوِّن جزءاً من عضلة كعضلات الذراع أو الساق. كما أن هناك نوعاً من البروتينات تلتف فيه سلاسل الأحماض الأمينية حول نفسها مكونةً كريات صغيرة Globular Protein، وغالباً ما يكون البروتين إنزيماً أو هرموناً أو جسماً مضاداً.

والإنزيمات لها أهمية خاصة في توجيه كل عمليات الجسم الحيوية لأداء الوظائف اللازمة لحياة الإنسان. ولكل إنزيم جزء يُسمى المركز، وهو الذي يتعرف على مادة غذائية معينة، فيشطرها منتجاً أنواعاً أخرى من البروتينات، سرعان ما يتعرف عليها إنزيم آخر فيشطرها، وهكذا دواليك تستمر سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تنتهي بتكسير البروتين إلى أحماض أمينية يسهل على جسم الإنسان امتصاصها والاستفادة منها. كما يوجد من الإنزيمات ما يقوم بتكسير المواد النشوية والدهنية إلى وحداتها الأولية.

وعلى الرغم من الأهمية القصوى للبروتينات، فإنه قد يتخلف عن احتراقها داخل الجسم عدد من المركبات الكيميائية التي يصعب على الجسم التخلص منها، سواء كان ذلك عن طريق الكبد أو الكُلى، فيتسبب ذلك في ارتفاع البولينا في الدم وترسيب البروتينات في المفاصل والعديد من الاضطرابات القلبية والكلوية، ولذا يُنصح بعدم الإسراف في تناولها. ويفقد الجسم يومياً كميات من النيتروجين والبروتين عن طريق البول والعرق والبراز، كذلك تُستهلك البروتينات في تجديد الجسم وصيانة أنسجته، لذا يحتاج الإنسان إلى تناول البروتينات بصفة يومية، إلا أن نسبة احتياج الفرد اليومية من البروتينات تختلف باختلاف العمر والجنس والأعمال التي يقوم بها. والجدول التالي يلخص احتياجات الأفراد اليومية من البروتين طبقاً لما أعلنته منظمة الأغذية والزراعة والصحة العالمية(أُنظر جدول احتياجات الأفراد اليومية من البروتين)

ويحصل الإنسان على احتياجاته اليومية من البروتينات من خلال مصادر عديدة للطعام، سواء أكان مصدراً نباتياً أم حيوانياً. فلحوم الحيوانات والأسماك تعد من أغنى المصادر بالبروتينات، حيث تصل نسبة البروتينات عالية القيمة الغذائية فيها إلى 15 - 24% من وزنها. أما بيض الطيور، فإن نسبة البروتينات فيه تتجاوز 12%. واللبن ومنتجاته أحد المصادر الغنية بالبروتينات عالية القيمة الغذائية.

والنباتات أيضاً تحتوي على بروتينات لغذاء الإنسان، فالبقول تحتوي على أكثر من ربع وزنها بروتيناً، والقمح يحتوي على 11-14% من وزنه بروتيناً. وعلى الرغم من هذه النسبة العالية، فإنه ينبغي مراجعة قائمة الأحماض الأمينية الموجودة في كل نبات على حدة؛ حيث إن معظم النباتات لا تحتوي على جميع الأحماض الأمينية الأساسية. (أُنظر جدول توزيع الأحماض الأمينية الرئيسية في الأغذية الغنية بالبروتينات)

2. المواد الكربوهيدراتية

ويطلق عليها مجازاً المواد النشوية، وهي مركبات عضوية يتحد فيها عنصر الكربون مع كل من عنصري الهيدروجين والأكسجين، فتكون النسبة بينهما 2 : 1؛ أي مثل نسبتها في الماء.

وقد قسَّم العلماء الكربوهيدرات - حسب عدد وحدات السكر الموجودة بها - إلى: سكريات أحادية Monosaccharides، وهي أبسط أنواع السكريات، وعدد ذرات الكربون بها يتراوح بين 3-8 ذرات، ومن أمثلتها: الجلوكوز (سكر العنب) (أُنظر شكل جلوكوز ـ سكر العنب)، والفركتوز (سكر الفواكه) (أُنظر شكل الفركتوز)، وسكريات ثنائية  Disaccharides ناتجة عن اتحاد وحدتين من السكريات الأحادية، مثل: السكروز (سكر القصب) (أُنظر شكل سكروز ـ سكر القصب)، والمالتوز (سكر الشعير) (أُنظر شكل مالتوز ـ سكر الشعير)، واللاكتوز (سكر اللبن) (أُنظر شكل لاكتوز ـ سكر اللبن)، وسكريات عديدة Polysaccharides، وفيها يتحد عدد كبير من السكريات الأحادية مكوناً سلسلة طويلة، ومن أمثلتها: النشا (أُنظر شكل النشا)، والجليكوجين (أُنظر شكل جليكوجين ـ سكر الكبد)، والسليولوز (أُنظر شكل سليولوز).

والكربوهيدرات لها دور حيوي في جسم الإنسان، فهي تُحرَق داخل الخلايا فتُولِّد، الطاقة اللازمة لأداء العمليات الحيوية. وتمثل الكربوهيدرات نسبة هائلة في غذاء الإنسان قد تصل إلى 60%، كما أنها تُكوِّن ما يقرب من 0.6% من وزن الجسم. وتُختزن الكربوهيدرات الزائدة عن حاجة الجسم في الكبد والعضلات على صورة جليكوجين  Glycogen، حيث يتحول الجلوكوز بسهولة في جسم الإنسان إلى سلسلة طويلة من الجليكوجين، وعند حاجة الجسم إليها مرة أخرى، فإنه يسهل تكسيرها إلى جزيئات الجلوكوز بسهولة.

ومصادر الكربوهيدرات عديدة ومنتشرة في معظم العناصر الغذائية الموجودة في الطبيعة، فتوجد في الحبوب بنسبة تصل إلى 80% من وزنها، وفي البقول بنسبة 60% من وزنها، كما توجد في الفواكه. أما الخضراوات والمنتجات الحيوانية، فهي فقيرة في الكربوهيدرات فيما عدا اللبن.

والجدول التالي يبين احتياجات الأفراد من الطاقة. ويتضح تأثرها بالسن والوزن والجنس وطبيعة الأنشطة التي يمارسها الفرد. (أُنظر جدول احتياجات الكيلو جرام الواحد من وزن الجسم للطاقة).