ارزش انرژیزایی (Energy Value) پروتئین در بدن سگ و گربه چقدر است و با مازاد آن چه میشود؟
کیفیت پروتئین (Protein Quality) به چه معناست و چه عواملی بر آن اثر میگذارند؟
روشهای آزمایشگاهی (In vitro) برای سنجش کیفیت پروتئین کدامند و چه محدودیتهایی دارند؟
روشهای بیولوژیکی (In vivo) مانند PER، BV و NPU چگونه کیفیت پروتئین را تعیین میکنند؟
بخش اول: ماهیت، ساختار و بیوشیمی پروتئینها
سؤال ۱: ماهیت شیمیایی پروتئینها چیست و چه عاملی آنها را از کربوهیدراتها و چربیها متمایز میکند؟ پروتئینها مولکولهای پیچیدهای هستند که مانند کربوهیدراتها و چربیها حاوی کربن (Carbon)، هیدروژن (Hydrogen) و اکسیژن (Oxygen) هستند. اما تفاوت اصلی و تعیینکننده این است که همه پروتئینها حاوی عنصر نیتروژن (Nitrogen - N) هستند و اکثر آنها گوگرد (Sulfur) نیز دارند.
سؤال ۲: چرا در آزمایشگاه برای ارزیابی وضعیت پروتئین بدن از سنجش نیتروژن (Nitrogen) استفاده میکنیم؟ به دلیل یک ثبات بیوشیمیایی جالب: تمام پروتئینها تقریباً حاوی ۱۶٪ نیتروژن هستند. این ثبات باعث شد دانشمندان “آزمون تعادل نیتروژن” (Nitrogen balance test) را ابداع کنند تا با اندازهگیری میزان دریافتی و دفعی نیتروژن، وضعیت ذخایر پروتئین بدن حیوان را تخمین بزنند.
متن مرجع برای استناد:
“All proteins contain approximately 16% nitrogen. This consistency led to the development of the nitrogen balance test”.
سؤال ۳: تفاوت ساختاری پروتئینهای ساده (Simple Proteins) و پروتئینهای مرکب (Conjugated Proteins) در چیست؟ واحد پایه پروتئینها، اسیدهای آمینه (Amino Acids - AA) هستند که با پیوندهای پپتیدی (Peptide linkages) به هم متصل میشوند. (برای درک نحوه اتصال و ساختار زنجیره، میتوانید تصویر شماره ۱-۴ و ۲-۴ را ببینید).
پروتئینهای ساده: پس از شروع هیدرولیز (Hydrolysis) - فرآیند تجزیه با آب - فقط اسید آمینه یا مشتقات آن را تولید میکنند. مثال: آلبومین (Albumin) پلاسما، زئین (Zein) ذرت و پروتئینهای ساختاری مثل کراتین (Keratin)، کلاژن (Collagen) و الاستین (Elastin).
پروتئینهای مرکب یا متصل: از ترکیب یک پروتئین ساده با یک مولکول غیرپروتئینی ساخته شدهاند. مثال: نوکلئوپروتئینها (Nucleoproteins)، گلیکوپروتئینها (Glycoproteins) و فسفوپروتئینها (Phosphoproteins).
بخش دوم: وظایف فیزیولوژیک و نیازهای بدن
سؤال ۴: نقشهای حیاتی پروتئینها در بدن حیوان شامل چه مواردی است؟ پروتئینها آچار فرانسه بدن هستند و وظایف متعددی دارند:
اجزای ساختاری (Structural components): جزء اصلی مو، پوست، ناخن، تاندونها و غضروف. کلاژن (Collagen) فراوانترین پروتئین بافت همبند است.
پروتئینهای انقباضی (Contractile proteins): مانند میوزین (Myosin) و اکتین (Actin) که مسئول حرکت عضلات هستند.
آنزیمها (Enzymes): تمام آنزیمهایی که واکنشهای متابولیک و هضم مواد مغذی را کاتالیز (Catalyze) میکنند، پروتئین هستند.
هورمونها (Hormones): بسیاری از هورمونها مثل انسولین (Insulin) و گلوکاگون (Glucagon) که قند خون را کنترل میکنند، ساختار پروتئینی دارند.
انتقالدهندهها (Carriers): هموگلوبین (Hemoglobin) برای حمل اکسیژن، ترانسفرین (Transferrin) برای حمل آهن و پروتئینهای باندشونده به رتینول (Retinol-binding protein) برای حمل ویتامین A.
تنظیم اسید-باز (Acid-base balance): پروتئینهای پلاسما در حفظ تعادل PH خون نقش دارند.
سیستم ایمنی (Immune system): آنتیبادیها (Antibodies) که بدن را در برابر بیماریها مقاوم میکنند، مولکولهای بزرگ پروتئینی هستند.
سؤال ۵: چرا میگوییم بدن “نیاز به پروتئین” ندارد، بلکه “نیاز به اسیدهای آمینه” دارد؟ پروتئین بدن استاتیک (Static) یا ساکن نیست؛ بلکه در حالت “تغییر و شار مداوم” (Constant state of flux) یعنی تخریب و سنتز همیشگی است. در سطح سلولی، برای بدن فرقی نمیکند اسید آمینه از رژیم غذایی (Diet) آمده باشد یا بدن خودش آن را ساخته باشد. بنابراین بدن در واقع به اسیدهای آمینه خاص و سطحی از نیتروژن نیاز دارد. با این حال، چون اکثر غذاها حاوی پروتئین کامل (Intact protein) هستند، ما همچنان از اصطلاح “نیاز پروتئینی” استفاده میکنیم.
بخش سوم: اسیدهای آمینه و انرژی
سؤال ۶: تفاوت اسیدهای آمینه ضروری (EAA) و غیرضروری (NEAA) چیست؟ در مجموع ۲۲ اسید آمینه آلفا (Alpha-amino acids) در زنجیرههای پروتئینی یافت میشود.
اسیدهای آمینه غیرضروری (NEAA): بدن سگ و گربه میتواند ۱۲ عدد از آنها را به شرط وجود نیتروژن کافی، خودش بسازد.
اسیدهای آمینه ضروری (EAA): ۱۰ عدد از آنها توسط بدن با سرعت کافی ساخته نمیشوند و حتماً باید از طریق رژیم غذایی تامین شوند.
نکته تخصص گربه: گربهها علاوه بر آن ۱۰ مورد، نیاز ویژهای به تورین (Taurine) دارند که یک اسید بتا-سولفونیک (Beta-sulfonic acid) است.
لیست کامل: برای مشاهده لیست دقیق هر دو گروه، حتماً باکس ۱-۴ (Box 4-1) را در منابع ببینید.
سؤال ۷: ارزش انرژیزایی پروتئین در بدن سگ و گربه چقدر است و با مازاد آن چه میشود؟ انرژی ناخالص (Gross Energy - GE) اسیدهای آمینه ۵.۶۵ کیلوکالری بر گرم (kcal/g) است. اما آنچه پس از کسر تلفات مدفوع و ادرار برای بدن قابل استفاده است، انرژی متابولیسمی (Metabolizable Energy - ME) است که در سگ و گربه تقریباً ۳.۵ kcal/g میباشد. نکته مهم: حیوانات نمیتوانند اسیدهای آمینه اضافی را ذخیره کنند. آنها یا مستقیماً برای انرژی میسوزند یا به گلیکوژن (Glycogen) و چربی (Fat) برای ذخیره انرژی تبدیل میشوند.
بخش چهارم: ارزیابی کیفیت پروتئین (مبحث حیاتی آزمون)
سؤال ۸: کیفیت پروتئین (Protein Quality) به چه معناست؟ کیفیت پروتئین به دو عامل بستگی دارد: قابلیت هضم (Digestibility) و پروفایل اسیدهای آمینه. پروتئین باکیفیت یعنی پروتئینی که تمام EAAها را با نسبتهای صحیح نسبت به نیاز حیوان داشته باشد.
اسید آمینه محدودکننده (Limiting amino acid): اسید آمینهای که بیشترین کمبود را نسبت به پروتئین مرجع دارد و توانایی بدن برای استفاده از آن پروتئین را محدود میکند. معمولاً متیونین (Methionine)، تریپتوفان (Tryptophan) و لیزین (Lysine) محدودکننده هستند.
سؤال ۹: روشهای آزمایشگاهی (In vitro) برای سنجش کیفیت کدامند؟ این روشها بر اساس ترکیب شیمیایی هستند (فرمولها در باکس ۲-۴ موجود است):
امتیاز شیمیایی (Chemical Score): مقایسه اسید آمینه محدودکننده با یک پروتئین مرجع (معمولاً پروتئین تخممرغ با امتیاز ۱۰۰).
شاخص اسید آمینه ضروری (EAAI): میانگین هندسی نسبتهای تمام EAAها را در نظر میگیرد.
محتوای کل اسید آمینه ضروری (نسبت E/T): نسبت نیتروژن حاصل از EAA به کل نیتروژن در منبع پروتئینی.
نقص بزرگ: این روشها اطلاعاتی درباره قابلیت هضم (Digestibility) یا در دسترس بودن (Availability) اسیدهای آمینه (مثلاً پس از حرارت دیدن در فرآیند تولید غذا) نمیدهند.
سؤال ۱۰: روشهای بیولوژیکی (In vivo) چگونه عمل میکنند؟ این روشها نیاز به انجام آزمایش روی حیوان زنده (Feeding trials) دارند:
نسبت کارایی پروتئین (Protein Efficiency Ratio - PER): تغییر وزن (گرم) تقسیم بر مقدار پروتئین مصرفی (گرم).
- نقص: فرض میکند افزایش وزن فقط به دلیل احتباس نیتروژن است که ممکن است همیشه در سگ و گربه درست نباشد.
ارزش بیولوژیکی (Biological Value - BV): درصدی از پروتئین جذب شده که در بدن باقی میماند.
- متن مرجع: > “BV is defined as the percentage of absorbed protein that is retained by the body”.
- نقص: قابلیت هضم را در نظر نمیگیرد.
بهرهوری خالص پروتئین (Net Protein Utilization - NPU): حاصلضرب BV در قابلیت هضم. NPU درصد پروتئین مصرف شده را که در بدن باقی میماند، اندازه میگیرد.
جمعبندی نهایی: اگرچه تستهای آزمایشگاهی مفیدند، اما کیفیت پروتئین در غذای حیوانات خانگی بهترین وجه از طریق آزمونهای تغذیهای روی خود حیوان (In vivo feeding trials) و بررسی بلندمدت سلامت، شادابی (Vitality) و پذیرش غذا (Acceptability) مشخص میشود.