Структура білків молока

зміст .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..

5.2.

Структура білків молока

Білкові молекули містять від 100 до кількох тисяч амінокислот в пептидних ланцюгах, упорядкованих в просторі. Для характеристики будови білків введені поняття про первинної, вторинної та третинної структурі. І якщо мова йде про білки, що утворюють міцели, - про четвертинної структурі. В даний час вивчена первинна структура більшості компонентів казеїну, b -лактоглобуліна, a -лактальбуміна, протеоз-пептонов. А також отримані деякі відомості про вторинної, третинної і четвертинної структурах основних білків молока.

Первинна структура визначається числом і розташуванням a-амінокислот, конфігурацією зв'язків в поліпептидних ланцюгах і, якщо білки складаються з декількох поліпептидних ланцюгів, - місцем розташування та типом поперечних зв'язків. Для з'ясування первинної структури білків необхідно знати їх амінокислотний склад. Амінокислотний склад білків молока в даний час досить вивчений. Набагато важче встановити розташування амінокислот в поліпептидних ланцюгах. Різноманіття білків, в тому числі молочних, обумовлено відмінностями розташування 20 складових їх амінокислот (послідовністю розташування амінокислот). При дослідженні первинної структури білка важливо визначити кінцеві групи поліпептидних ланцюгів. Кожна поліпептидний ланцюг має кінцеву аміногрупу і кінцеву карбоксильну групу:

На різній здатності кінцевих груп реагувати з хімічними речовинами, засновані методи їх ідентифікації. Послідовне відщеплення амінокислот від поліпептидного ланцюга дозволяє встановити послідовність розташування амінокислот, тобто первинну структуру білка. Подання про складну первинну структуру білків молока дає, наприклад, схема послідовності амінокислот у фракціях казеїну: a S1 - 199 амінокислот, b -казеін - 209; c -казеін - 169. Амінокислоти розташовуються таким чином, що кінець однієї амінокислоти пов'язаний з початком іншої пептидного зв'язком. Пептидний зв'язок утворюється в результаті виділення молекули води з карбоксильної групи однієї амінокислоти і аміногрупи інший.

¾ З ¾ NH ¾ - пептидний зв'язок;

Пептидні зв'язку дуже міцні (валентні).

Багато білки мають кілька поліпептидних ланцюгів, з'єднаних один з одним дисульфідними зв'язками R - S - S - R цистину, причому обидва кінці молекули цистину входять до складу двох різних ланцюгів. Ці дисульфідні зв'язки можуть перебувати і всередині поліпептидного ланцюга, згорнутої у вигляді спіралі. Крім цього, між фосфорною кислотою і серином в молекулі білка можливе утворення фосфатноефірной зв'язку (рис. 5.3).

О~

- Н2С - О - Р - О - СН2 - фосфатноефірная зв'язок

Про

Цей зв'язок нетривка, при нагріванні молока вона руйнується. Таким чином, первинна структура білків заснована на головних валентних зв'язках: пептидних і дисульфідних. Вони стабільні, не руйнуються при обробці і переробці молока (при енергетичних впливах). Первинна структура білків молока руйнується тільки при ферментативному гідролізі білка (наприклад, в процесі тривалого зберігання молока або при дозріванні сирів), або при кислотному гідролізі білка під дією концентрованої соляної кислоти (використовується в дослідницьких цілях при визначенні амінокислотного складу білків).

Вторинна структура білків відображає порядок просторової орієнтації поліпептидного ланцюга - конформацию, що залежить від взаємного розташування амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга. Поліпептидні ланцюги білкових молекул можуть мати спиралевидную або зигзагоподібну укладку, стабілізований за рахунок водневих зв'язків: С = О ... В.М. - N

Водневі зв'язки можуть утворюватися також всередині поліпептидного ланцюга. Якщо уявити, що поліпептидний ланцюг намотана на циліндр, то вийде спиралевидная конфігурація, в якій атоми кисню карбонільної групи і водень амідогруппи наближені один до одного на таку відстань, при якому утворюються водневі зв'язку. Водневі зв'язки пояснюються полярним характером і залишковими валентності присутніх атомних угруповань. Якщо негативно заряджений атом кисню, тобто атом кисню з вільною парою електронів, наближається до поляризованого атома водню амідогруппи, то в цій випадку діють сили електростатичного взаємодії.

Спиралевидная конформація поліпептидних ланцюгів отримала назву α-спіралі. На кожен виток спіралі доводиться 3,7 амінокислотного залишку. Всі бічні ланцюга амінокислотних залишків розташовані поза спіралі. Значні відстані між бічними радикалами виключають можливість їх взаємодії в складі однієї α-спіралі. У білках імовірна і можливість існування інших структур (не тільки конформація α-спіраль). Інша конформація - β-складчаста структура (звивиста) - являє систему паралельно або антипараллельно розташованих ділянок однієї або декількох поліпептидних ланцюгів, з'єднаних водневими зв'язками. На відміну від α-спіралі водневі зв'язку в такій системі перпендикулярні напрямку поліпептидних ланцюгів.

В даний час доведено, що α S1-, β - і κ-казеїни мають незначну кількість α-спіральних ділянок (від 1 до 6% і більше за деякими даними), тобто молекули казеїну мають малоупорядоченную структуру. β-Лактоглобулин і α-лактальбумин містять від 10 до 26% α-спіральних ділянок, а решта становить β-складчаста структура (β-конформація) і невпорядкована структура.

Крім водневих зв'язків вторинну структуру (просторову орієнтацію поліпептидних ланцюгів) обумовлюють дисульфідні зв'язки: R - S - S - R.

Водневий зв'язок має незначну енергією, її не можна вважати справжньою хімічним зв'язком. Вона може розщеплюватися при обробці і переробці молока, наприклад при високотемпературної пастеризації. Розрив водневих зв'язків всередині спіралі або β складчастої конформації поліпептидного ланцюга веде до її розгортання, а вивільнені побічні валентності можуть вступати у взаємодію з іншими ланцюгами.

Третинна структура відображає спосіб укладання поліпептидних ланцюгів в глобулярних білках з утворенням компактної структури. Формування третинної структури обумовлено тим, що амінокислоти пролін і оксипроліну своєї плоскою конфігурацією порушують α-спіраль, внаслідок чого відбувається її розгортання і освіту компактних кулястих структур.

Стабільність третинної структури обумовлена ​​силами взаємодії полярних і неполярних зв'язків бічних ланцюгів, а також водневими зв'язками. Сили, які виходять від неполярних бічних ланцюгів, являють собою енергію гідрофобних зв'язків

─ З - R ◠◠◠ R - C ─

(Сили молекулярного притягання Ван-дер-Ваальса-Лондона). Взаємодія між полярними ділянками бічних ланцюгів стабілізується іонним зв'язком

- С - N + H3 ~ ~OOC - C -

Бічні ланцюга, що забезпечують збереження третинної структури, і функціональні групи знаходяться всередині кулястих конфігурацій. Залишкові функціональні групи на поверхні частинок зумовлюють хімічні і фізичні властивості білкових молекул, причому від іонізованих карбоксильних і аміногруп залежать розчинність і стабільність білків. У формі іонів з електричним зарядом вони приєднують воду, тобто гидратируются. Гидратная води утворює захисну оболонку навколо білкових молекул в колоїдному розчині. У кожного виду білка своя структура. Вона формується при біосинтезі білка в організмі. Якщо зв'язку, зумовлюють конформацию (тобто вторинну і третинну структуру) розщеплюються, то це веде до зміни структури білка. Причому до необоротної зміни, після усунення факторів, що викликають розщеплення, первісна структура білка не відновлюється, внаслідок чого змінюються його властивості. В такому випадку білок вважається денатурованим.

Четвертичная структура. Казеїни, як деякі інші білки, можуть утворювати неміцно пов'язані один з одним міцели, тобто формувати четвертинних структуру. Міцели - це агрегати частинок, що складаються з субодиниць (субміцелл), які легко руйнуються під впливом зовнішніх факторів. Зв'язок між субміцелламі в мицеллах здійснюється, по-видимому, через кальцій-фосфатні містки, так як величина казеїнових частинок в значній мірі залежить від вмісту кальцію в молоці. Після видалення кальцію міцели казеїну розпадаються на субміцелли.

Як уже зазначалося в розділі 5.1 все фракції казеїну є фосфопротеіди і в присутності кальцію, цитратів і фосфатів схильні самоассоцііроваться і взаємодіяти один з одним з утворенням асоціатів різних розмірів. Мабуть між фракціями казеїну можуть виникати зв'язку різних типів: гідрофобні взаємодії, іонні, водневі і дисульфідні. Здатність казеїну до асоціації залежить від температури, рН та іонної сили молока. Встановлено, що казеїни містяться в молоці у вигляді розчинних казеїнатів кальцію в поєднанні з колоїдним фосфатом кальцію у вигляді казеінаткальційфосфатного комплексу (ККФК).

В даний час за допомогою електронномікроскопічних досліджень встановлено, що ККФК утворює міцели, які мають сферичну форму з діаметром від 40 до 300 нм (середній діаметр становить близько 100 нм) і є високоорганізованим структурними одиницями середня молекулярна маса яких 6.108.

Під четвертичной структурою білка розуміють структуру мицелл казеїну. Незважаючи на численність досліджень в цьому напрямку, питання про модель структури казеїну все ще залишається дискусійним. До теперішнього часу відомо більше десяти моделей структури мицелл казеїну, які припускають зчеплення в міцелі, як окремих поліпептидних ланцюгів, так і субміцелл між собою, в основному, за допомогою колоїдного фосфату кальцію. В основі більшості моделей лежить субміцеллярний принцип побудови міцели, тобто субміцелли розглядаються як структурні субодиниці мицелл. Відомості про характер комбінацій фракцій казеїну в субміцеллах досить суперечливі. Ці протиріччя стосуються співвідношення фракцій казеїну в субміцеллах, відносного розподілу їх в обсязі субміцелл (гідрофобна ядро ​​і гідрофільна поверхня), залежно співвідношення фракцій казеїну від розмірів субміцелл.

Першою моделлю субміцеллярного будови міцел є модель, розроблена Мором. Інші моделі цього типу можна розглядати як її модифікації, в тому числі і модель, розроблену Д.Г.Шмідтом (рис.5.4).

Автор припускає, що міцела казеїну складається з субміцелл діаметром 10-20 нм. Субміцелли складаються з α S1-, α S2-, β- і κ -казеінов в співвідношенні 3: 1: 3: 1. Фракції казеїну пов'язані фосфатом кальцію і в субміцелле розташовуються таким чином, що гідрофобні ділянки фракцій знаходяться всередині ядра, а гідрофільні ділянки κ -казеіна і фосфатні групи α S1-, α S2-і β-казеїну - на поверхні.

Субміцелли об'єднуються в міцели за допомогою коллолідного фосфату кальцію (на малюнку позначено точками). Ряд дослідників не виключають можливість міцеллообразованія казеїну за рахунок гідрофобних взаємодій між субміцелламі.

Субміцелли з незначним вмістом κ -казеіна або без нього розташовані всередині міцели, а з високим вмістом κ -казеіна - на її поверхні. Таким чином, поверхня міцели казеїну за рахунок електричних зарядів пов'язує значна кількість води, що обумовлено полярністю її молекул. На утворився шарі адсорбуються інші частинки води. У міру потовщення шару зв'язаної води нові молекули води все слабше утримуються колоїдної часткою.

З появою нових і розвитком традиційних методів досліджень структура моделі мицелл казеїну уточнювалася й удосконалювалася. За допомогою елетронномікроскопіческіх досліджень вдалося встановити, що на поверхні міцел є «волоскові шар», що представляє собою виступаючі з поверхні

Узагальнена субміцеллярная модель міцели казеїну представлена ​​схематично на рис. 5.5.

Таким чином, будова білків молока наступне. Білки складаються з великих молекул (поліпептидних ланцюгів) з відносною молекулярною масою понад 10000, здатних агрегувати один з одним в субміцелли і міцели. Властивості білків визначаються кількістю, видом і послідовністю розташування амінокислот (тобто первинної структурою), їх просторової орієнтацією і способом укладання поліпептидних ланцюгів (вторинної та третинної структурою), а також взаємодією агрегатів основних фракцій субміцелл (з α S1-, α S2- , β- і χ -казеінов) в мицеллах (четвертинної структурою). Сили, що зумовлюють ту чи іншу структуру відрізняються за своєю природою і міцності.

зміст .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..