Казеин — основной белок молока

Количество казеина в коровьем молоке колеблется от 2,1 до 2,8%. Элементарный состав нефракционированного казеина (в %) следу­ющий: углерод — 53,1; водород — 7,1; кислород — 22,8; азот — 15,4[4], сера — 0,82; фосфор — 0,8.

На практике под казеином понимают смесь фосфопротеидов, осаж­даемых из обезжиренного молока при подкислении дорН 4,6…4,7. По определению Кинселлы, казеин — это группа гетерогенных фосфо­протеидов, самоассоциирующихся в мицеллы в присутствии кальция, цитратов и фосфатов. Действительно, основная часть казеина (около 95%) в молоке содержится в виде казеиновых мицелл и лишь незначи­тельная часть (около 5%) — в виде мономеров, полимеров фракций казеина и субмицелл, имеющих размер менее 20…40 нм. Последнюю форму казеина называют растворимым казеином, его количество за­висит от температуры и продолжительности хранения молока.

Очищенный казеин, выделенный из молока с помощью уксусной кислоты, представляет собой аморфный порошок белого цвета, без
запаха к вкуса, практически нерастворимый в воде, растворимый в слабых растворах шелочей, солей щелочных и щелочноземельных ме­таллов и минеральных кислот. Он может быть разделен на фракции, различающиеся по составу и свойствам.

Физико-химические свойства. В растворе казеин имеет ряд свобод­ных функциональных групп, которые обусловливают его заряд, ха­рактер взаимодействия с водой (гидрофильные свойства) и способ­ность вступать в химические реакции.

Носителями отрицательных зарядов и кислых свойств казеина яв­ляются Р — и 7-карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой кислот, гидроксильные группы фосфорной кислоты, а также карбок­сильные группы сиаловой кислоты гликомакропептидов к-казеина; носи гелями положительных зарядов и основных свойств — Е-амино — группы лизина, гуанидиновые группы аргинина и имидазольные группы гистидина.

При рН свежего молока 6,6…6,7 казеин имеет отрицательный за­ряд. Равенство положительных и отрицательных зарядов (изоэлект — рическое состояние белка) наступает в кислой среде при рН 4,6…4,7 (или рН 4,6…5,0).

К

Казеин принадлежит к фосфопротеидам — в своем составе содер­жит фосфорную кислоту (органический фосфор), присоединенную мопоэфирной связью к остаткам серина:

-N11 _ ^ОН

‘О—Р^О

V

-с он

———- У

Серинфос^юрнпя кислота

Казеин

Своими полярными группами и пептидными группировками глав­ных цепей казеин снязынает значительное количество воды — около 3,7 г на 1 г белка. Гидрофильные свойства казеина зависят от струк­туры, величины заряда молекул, рН среды, концентрации в ней со­лей, а также других факторов.

Способность казеина связывать воду имеет большое практичес­кое значение. От гидрофильных свойств казеина зависит устойчивость мицелл белка в сыром, пастеризованном и стерилизованном молоке.

В процессе высокотемпературной тепловой обработки молока про­исходит взаимодействие денатурированного р-л акта глобул и на с ка­зеиновыми мицеллами, в результате чего гидрофильные свойства ка­зеина усиливаются. От интенсивности этого взаимодействия зависят сгрукгурно-механические свойства белковых сгустков, образующихся при выработке кисломолочных продуктов и сыра. Гидрофильные свойства казеина и продуктов его распада также определяют водо — связывающую и влагоудерживающую способность сырной массы при созревании сыра, то есть консистенцию готового продукта.

Кроме того, казеин и различные казеинаты находят широкое ис­пользование в качестве белковых добавок, стабилизаторов структу­ры при производстве молочных, мясных, рыбных и других пищевых продуктов.

Казеин подобно всем белкам обладает амфотерными свойства­ми — способен проявлять как кислые, так и щелочные свойства:

TOC \o "1-3" \h \z ЫН2 1ЧН3+

И К

\ \ соон соег

В молоке казеин имеет явно выраженные кислые свойства. Его свободные карбоксильные группы дикарбоновых аминокислот и гид — роксильные группы фосфорной кислоты легко взаимодействуют с ионами солей щелочных и щелочноземельных металлов (Ыа+, К+, Са2+, образуя казеинаты. При иодировании тирозина, входя­

Щего в состав белка, образуется иод казеин, который сейчас стали ши­роко применять в молочной и хлебопекарной промышленности для ликвидации йодной недостаточности населения.

Свободные аминогруппы казеина могут взаимодействовать с аль­дегидами. например, с формальдегидом;

^СН2ОН К—ЫН2 + 2СН20 —я—N

Чсн2он

Эта реакция лежит в основе определения содержания белков в мо­локе методом формольного титрования.

Взаимодействием свободных аминогрупп казеина (в первую оче­редь Е-аминогрунп лизина) с альдегидными группами лактозы объяс­няется первая стадия реакции Майара:

К—МН2 + у——— я, —К— И—СИ—’К] + Н20

И Алыюзиламнн

Алвдоза

Фракционный состав. Казеин, полученный из обезжиренного мо­лока осаждением кислотой при рН 4,6…4,7 является гетерогенным белком, то есть при электрофорезе образует несколько фракций с раз­ной подвижностью.

В 50.,,70 годахXX в. дифференциациюказеинов проводили имен­но по величине электрофоретической подвижности в полиакрила — мидном или крахмальном геле, содержащем мочевину. В настоящее время основой для классификации и идентификации казеинов слу­жит первичная структура их полипептидных цепей. Согласно после­дней классификации казенны делятся на ос5|-, о^.-, р — и к-казенны, среднее содержание которых соответственно составляет 40, 10, 38 и 12% от всего казеина (Еще! а!.).

Фракции казеина синтезируются в клетках молочной железы, имеют генетические варианты, являются фосфопротеидами, а к-казеин принадлежит к фосфогликопротеидам; оц-, ос^- и 3-казенны чувствительны к ионам кальция, к-казеин — не чувствителен, но осаждается сычужным ферментом.

Все фракции казеина характеризуются значительной термоустой­чивостью, гидрофобны, обладают дмфильными свойствами, то есть являются сравнительно сильными ПАВ, характеризуются наличием в структуре незначительного количества а-спирали и ?3-структуры (см. табл. 2.5).

(Х^-Казеин (сц-Ки). Это основная фракция казеина, являющаяся смесью двух белков — главного и минорного компонентов, имею­щих одинаковую первичную структуру, но отличающихся степенью фосфорилирования. Главный компонент о^ — Кп содержит 8 фосфо — сериновых остатков, а минорный компонент — 9 остатков. Оба ком­понента характеризуются значительной чувствительностью к ионам кальция. Фракция имеет пять генетических вариантов (А, В, С, О и Е), отличающихся друг от друга как содержанием отдельных аминокис­лот, так и их расположением в полипептидной цепи. На рис. 2.1 пред­ставлена первичная структура ос8 — казеина главного генетического варианта В (оц-Кн В-8Р).

10

Арг—

Про-

Лил-

Гис-

Про—

Илв-

Ляэ—

Гис-

Глк-

Гли-

Лей-

Лро-

Глн-

Гпу-

Вал—

Лсй-

Аен—

Глу-

Асн—

Лей-

30

Лей — АрГ-

Фек~

Фен-

Вал-

Ала—

Про—

Фея—

Про-

Глн—

Бал-

Фен—

Гли-

Лиз-

Глу-

Лиз—

Вал-

Асн-

Глу-

40

Л«Й-

Сер-

Лиз-

Асп—

Иге—

Гли~

Сер-

Г

Глу-

Сер — •

Тре-

Глу-

1 р

(

Р

(0

Асп-

Гик-

Ала—

Мег—

Глу-

Асп—

Ипе-

Лкэ—

Глн-

Мет-

Глу-

Ала-

Глу-

Сер—

1

Иле-

Сер-

I

Сер — 1

Сер — 1

Глу-

IV

Глу-

1

Р

1

Р

1 Р

1

Р

80

Иле-

Вал-

Лро—

Асн-

Сер — 1

Вал-

Глу-

Гли-

Лиз—

Гис-

Р

50

Илв—

Глн—

Лия-

Глу-

Аеп-

Вал-

Про-

Сер-

Глу-

Арг-

100

Тир-

Лей—

Гли-

Тир-

Лей-

Глу-

Глн-

Лей~

Лей-

Арг—

110

Лей-

Лиз-

Лиз-

Тир-

Лиз-

Вал-

Про—

Глн—

Лей-

Глу-

120

Иле-

Вал—

Про — Асн-

Сер — 1

Ала-

Глу-

Глу-

Арг—

Лей-

1 Р

130

Гис—

Сер-

Мег — Лиэ-

Гйу

Гли-

Иле-

Гис-

Ала-

Г;ш-

149

Гля-

Лил-

Глу-

Лро-

Мет-

Иле-

Гли-

Вал—

Аск—

Глн—

150

Глу—

Лей-

Ада — Три-

Фвн-

Три-

Про—

Глу—

Лей-

Фен-

160

Арг—

Глн—

Фен-

Тир-

Глн—

Лей-

Асп-

Ала-

Тир-

Про-

170

Сер-

Гли-

Ала-

Три-

Ткр-

Тир—

Вал-

Про-

Лей-

Гли-

180

Гре — Глн—

Ткр— Тре-

Асп-

Аля-

Про-

Сер-

Фен—

Сер-

190

Асп-

Иле—

Про-

Асн—

Про—

Ил е-

Гли-

Сер~

Глу-

Аси-

Сер-

Глу-

Лнэ—

Тре-

Тре-

Мет-

Про-

Лск-

Три-

Соон

Рис. 2.1. Первичная структура а51-казеина варианта В (а5)-Кн В-8Р)

П ришчаниг. Цифры на схеме обозначают номера аминокислотных сстатков, дан­ных в трехбукквнных символах, Р — остаток фосфорной кислоты.

Фракция содержит повышенное количество асгшрагиновой кис­лоты, а также лизина и тирозина, но в ней отсутствует цистеин.

А^-Казеин (а^-Кн). Кос^-Кн относятся компоненты «„-казеина, которые отличаются друг от друга лишь степенью фосфорилирова­тт (содержат от 10 до 13 фосфосериновых остатков). На рис. 2.2 пред­ставлена первичная структура ос^-казеина генетического варианта А (а3г-Кн А-11Р). Фракция содержит 2 остатка цистеина, имеет низ­кую гидрофобность, очень чувствительна к ионам кальция, но не чув­ствительна к действию сычужного фермента.

(З-Казеин (р-Кн). На рис. 2.3 показана первичная структура Р-Кн А.-5Р, представляющая собой полипептидную цепь, которая содержит 5 фосфатных групп (известно семь ее генетических вари­антов). Фракция характеризуется повышенным содержанием вали- на, лейцина, пролина, пониженным — аланина, аспарагиновой кис­лоты и отсутствием цисгеина (см. табл. 2.5). Р-Кн не чувствителен к ионам кальция при 4®С3 но осаждается ими при 35°С.

Выяснено, что р-казеины после секреции могут гидролизовать — си под действием плазмина молока, в результате чего образуются фрагменты р-Кн, ранее называемые у-казеинами (молекулярной массой от 12 000 до 20 000) и компонентами протеозо-пептонов (молекулярной массой от 4000 до 14 ООО). Пептидные связи поли­пептидной цепи [}-Кн, гидролизуемые плазмином, на рис. 2.3 от­мечены стрелками (см. связи около остатков Лиз в положениях 28, 105 и 107). Комитет ЛОЗА рекомендует называть у-казенны и ком­поненты 5 и 8 протеозо-пептонов {З-казеинами. указывая в скоб­ках аминокислотную последовательность соответствующего фраг­мента. Например, у,-казеин следует называть Р-Кн (фрагмент 29…209), 72-казеин — р-Кн (фрагмент 106…209), у3-казеин — р-Кн (фрагмент 108…209), компонент 5 протеозо-пептонов — р-Кн (фрагмент 1..Л05), компонент 8 «быстрый» — р-Кн (фрагмент 1…28) и т. д.

Таким образом, после выходар-Кн из состава казеиновых мицелл во время длительного хранения молока происходит его протеолиз с образованием нежелательных у-казеинов и протеозо-пептонов, ухуд­шающих технологические свойства молока. Нормальное свежее мо­локо содержит около 3% у-казеинов, однако их количество повыша­ется (до 10% и выше) в конце лактации, при заболевании животных маститом, а также н результате нарушения режима кормления жи­вотных (при дефиците в рационах протеина).

Лиз-

Асн—

Тре-

Мет—

Глу-

Гис—

Вал-

Сер — |

Глу-

Глу-

Сер— 1

Иле-

Ило—

Сер—

Глн—

Р

Глу-

Ллз—

Глн—

Р

Глу-

Лиз—

Асн—

Мет-

Ала—

Иле-

Сер-

Лиз — Глу-

Асн—

Лей-

Дис-

Сер-

Тре-

Лиз-

Глу—

Вал-

Вал-

Арг—

Асн—

Апа—

Асн-

Глн-

Тир-

Сер-

Ил е-

Глн—

Сер—

>

Сер — ¦

Сер-

I

Сер— 1

Ала—

Глу-

Вал-

Ала-

1

Р

Тре-

1

Р

Глу-

1

Р

Глу-

Р

Кле-

Тре-

Вал-

Асл—

Асг.-

Лиз-

Гис—

Тир-

Ала-

Лей-

Асн—

Глу-

Иле-

Асн-

Глу-

Феи—

Лиз-

Фен—

Про— Глн—

Тир-

Лей—

Глк-

Тир-

Глн—

Гли-

Про— Иле—

Вал-

Лей-

АсИ-

Лро-

Глн-

В&л—

Лиэ—

Арг-

Асн—

Ала—

Вал—

Про-

Про—

Тре-

Лей-

Асн-

Apr-

Глу-

Глн—

Лей-

Сер — 1

Г пу-

Глу-

Асн-

Сер-

Лиз-

Лиз-

Тре-

Р

Мет—

Тлу—

Сер — 1

Тре-

Глу-

Вал-

Фен—

Тре-

Тре-

Лиз-

Р

Лей-

Тре-

Глу-

Глу—

Глу-

Лиз-

Лей-

Аеи—

Фен—

Лей-

Лиз-

Лиэ-

Иле-

Сер-

Ткр-

Гли-

Лиз—

Феи—

Ала-

Лей-

Про-

Глн—

Лиэ—

Тре—

Вал-

Тир-

Глн-

Гис-

Глн—

Лда—

Лиэ-

Про — Три — Иле-

Глн-

Лро—

Лиз—

207

Лей-

Тре—

Иле-

Про — Тир — Зал-

Арг-

Тир-

СООН

10

Сер — Сер-

J I

Р Р 20 Тре — Тир-

30

Асн— Про— 40

Фен— Цкс— 50

Глу — Глу — 60

Глу — Глу — 70

Вал — Лиз — 80

Г ли — Лкэ — 90

Тир — Глн— 100

Лей — Тир — 110

Три— Асл-

120

Иле — Тре— 130

Сер — Тре-

I

Р 140 Вал — Асп-

150

Лиз— Лиз— 160

Асн— Арг — 170

Глн— Apr— 180

Тир — Лей — 190

Ала — Мет— 200 Лиэ — Вал-

Рис. IX Первичная структура а^-казеин а варианта A (aSj-Kн A-IIP)

Apr

Thy

Лей

Пгу

Diy

Лей

Асн

Вал

Про

10 ?ПК

20

Глу

Biy

Иле

В*Л

Глу

Сер i

Лей

Сер 1

Сер

Сер 1

1лу

Сер

Иле

Тре

1

Р

Apr

Иле

1

Р Асн

I 1

Р Р

ПажжИИ

A i л Лиз — Лиз

Й

Иле «о От

_

Eiy

Лнз

Фен

Глн

Сер

1

Cry

Глу

Глн

Глн

T(*

_

Глу

APНT

Глу

1

Р

Лей

1лн

Асп

Лиз

Иле

»

Гис

Тир ТО

Лей

№ Tps

50

Про 100 Глу 110 Про

1» Тре

Про

Фен

Ала

Глн

Тре

Язи

Сор

Лей

Вал

Про

Фен

Про

DiH

Про

Иле

Про

Асн

Сер

Про

Гпн

Асн

Иле

Про

Про

Лей

Тре

Глн

Про

Бал

Вал

Вал

Про

Про

Фен

Лей

Глн

Глу Ai?. Фен

Вал

Мет Про

Мет Ала Лиз

Гли Про

Тир

Вал

90s Лдо

Про

1

Сер 106 Гис

Bu

Лич

Jot

Лиз Dim

А

Кал

Ios Dry

Про

Лиз

M er

Фен

П»у

Сер

DIM

Ctp

Лей

Тре

Лей

Тре

А! "i i

Ij0 Вал

Глу

Асн

Лей

Пк

Лей

Про

Про

Лей

Лей

140

Лей

Елн

Сер

"г^н

Мет

Гис

Dm

Про

Гйс

Lпh

Iw Про

Лей

Про

Про

Тре

Вал

Мет

Ф«И

Про

Про

№ Глн

Сер

Бел

Лей

Сер

Лея

Сер

Dm

Сер

_

Лш

170

Вал

Лей

Про

Вал

Про

Diy

Лчз

Ача

Вал

Про

Iн9

Тир

Про

Гпн

Apr

Aon

Про

Иле

Сш

Ала

1» Фен

Лей

Лей

_

Тир

_

Шн

Bai

_

Про

Вал

Лей

_

1ли

Ач Про

Г»

— Вал — Apr — Dsn — Про — Феи — Про — Иле — Иле — Вал — ШОН

Рис. 2.3. Первичная структура Я-казеика варианта\ (Я-Кн А.-5Р)

К-Казеин (к-Кн). к-Казеин состоит из одного главного компонен­та, не содержащего углеводы, и шести минорных компонентов, от­носящихся к гликопротеидам.

Первичная структура главного компонента к-казеина (к-Кн В-1Р) представлена на рис. 2,4. Это полипелтидная цепь, содержащая 169 остатков аминокислот (в том числе два остатка цистеина) и одну фосфатную группу. Известны два генетических варианта к-казеина — А и В.

Тликолизированные компоненты к-казеина содержат от одной до трех углеводных цепей в виде три — и тетрасахаридов, состоящих из [Ч-ацетилгалактозамина, галактозы и Ы-ацетилнейраминовой, или сиаловой кислоты. Олигосахариды присоединяются к к-казеину 0-гликозидной связью. Местами их присоединения являются, по-ви­димому, остатки треонина в положениях 131,! 33 или 135.

К-Казеин в отличие от а5(- и [}-казеиноэ содержит только один фосфосериновый остаток (возможно, что некоторые компоненты имеют два остатка), поэтому практически не присоединяет ионы кальция, то есть не теряет растворимость в их присутствии. При ассоциации с оц — и (^-казенками к-казеин образует стабильные ми­целлы и таким образом защищает последние от осаждения иона­ми кальция.

Известно, что к-казеин не активно гидролизуется плазмином, но содержит чувствительную к сычужному ферменту (химозину) пеп­тидную связь, образованную остатками феншгаланина в положении 105 и метионина в положении 106 (см. рис. 2.4). Продуктами гидро­лиза к-казеина являются гидрофобный пара-к-казеин (аминокислот­ные остатки с 1 по 105) и гидрофильные гликомакропептиды {остат­ки со 106 по 169).

Гликомакропептиды имеют молекулярную массу 6000…8000, со­держат много серина, треонина и глутаминовой кислоты, характе­ризуются высоким отрицательным зарядом, обладают, по дан­ным М. П. Черникова с сотрудниками, физиологической актив­ностью.

Комментарии запрещены.