Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

18.4. Мицеллярные и белково-липидные комплексы молока

твием, следует выделить следующие: опсонины, агглютинины, лизины, антитоксины, лактенины, лизоцимы и др.

Опсонины — антитела, способствующие фагоцитированию бактерий,

т.е. активизируют механизмы разрушения бактерий с участием компонентов комплемента. Агглютинины — антитела, склеивающие бактерии. Действующим механизмом этих антител является агглютинация. Лизины — антитела, способные растворять (лизировать) клетки, бактерии и действуют на них токсически. Антитоксины — антитела, нейтрализующие яды, выделяемые бактериями. При этом происходит связывание антителами токсина бактерий, а затем его разрушение. Лизоцимы — это белки, механизм действия которых проявляется в способности лизировать,

т.е. разрушать некоторые бактерии. Кроме того, в молоке содержатся иммуноглобулины, способные временно подавлять активность бактерий.

18.4.МИЦЕЛЛЯРНЫЕ И БЕЛКОВО-ЛИПИДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ МОЛОКА

Сложные комплексы белков и липидов молока образуют упорядоченные структуры, которые построены по типу мицелл, которые представляют структуры гетерогенного состава, чаще всего шарообразной формы и различных размеров, формирующиеся неполярными молекулами в полярной среде. Стабилизированы мицеллы за счет слабых связей, преимущественно гидрофобных, гидрофильных, ионных, водородных и др. Компоненты, входящие в состав мицелл, представляют собой ассоциированные образования, сформированные под воздействием молекул растворителя и условий среды (температура, рН, ионная сила и др.).

В полярных растворителях образование мицелл происходит путем упорядоченного расположения липидов таким образом, что их гидрофильные головки бывают обращены в сторону полярных молекул воды, тогда как неполярные углеводородные радикалы формируют гидрофобное ядро, изолированное от молекул растворителя. К мицеллообразующим молекулам относятся жирные кислоты, фосфолипиды, ганглиозиды, желчные кислоты. Устойчивые мицеллы могут образовываться в смешанных белково-липидных комплексах. При этом белки располагаются по периферии мицеллы, контактируя с молекулами воды, а гидрофобные молекулы (липиды) занимают центральную часть молекулы.

Так как ядро мицеллы гидрофобно и на поверхности располагаются заряженные молекулы, то такие структуры способны солюбилизировать неполярные вещества, обеспечивая их растворимость в полярной среде. Этому подвергаются все соединения, которые нерастворимы или плохо растворимы в воде. Стабильность мицеллы определяется величиной

393

Глава 18. Биохимия молока

критической константы мицеллообразования (ККМ) и числом агрегации. При этом значение ККМ определяет концентрацию вещества, при которой начинают образовываться мицеллы (табл. 18.2).

Та б л и ц а 1 8 . 2

Критические концентрации мицеллообразования для некоторых соединений

Мицеллы представляют из себя целостные структуры, изолированные

впространстве друг от друга за счет наличия у каждой из мицелл гидратной оболочки, которая формируется путем упорядоченного расположения молекул воды, контактирующих с полярными поверхностными молекулами мицеллы. Мелкие мицеллы способны к агрегации, сливаясь в единые крупные структуры, которые из-за слабых взаимодействий могут разрушаться при различных физических воздействиях опять на более мелкие.

Солюбилизация неполярных соединений, таких как холестерин, возможна за счет внедрения неполярных молекул в гидрофобное ядро мицеллы, тогда как соединения, содержащие полярные группы (жирные кислоты, простые эфиры и др.), при солюбилизации располагаются

вповерхностных структурах мицеллы. Таким образом, обеспечивается индивидуальность расположения молекулы на мицелле, когда их полярная группа обращена наружу, а гидрофобная часть молекулы погружена вовнутрь мицеллы. Соединения с несколькими полярными группами (фосфолипиды, триглицериды и др.), могут адсорбироваться на поверхности мицеллы. Процесс солюбилизации зависит от температуры, концентрации и природы соединений, входящих в состав мицеллы. При этом насыщенные мицеллы образуют устойчивые дисперсные системы, что характерно для различных компонентов молока, в частности жировых шариков, у которых поверхностная оболочка является фрагментом мембраны лактоцита.

394

18.4. Мицеллярные и белково-липидные комплексы молока

18.4.1. Мицеллы казеина

Мицеллы казеина являются ассоциированными образованиями, формирование которых протекает в вакуолях аппарата Гольджи. Процесс протекает поэтапно. Вначале, после завершения биосинтеза полипептидных цепочек казеина на рибосомах клетки, они поступают в вакуоли аппарата Гольджи, где подвергаются гликозилированию (т. е. осуществляется присоединение углеводов к поверхности белковой глобулы), а также фосфорилированию.

Вприсутствии ионов кальция образуются субмицеллы казеина. Затем по мере насыщения субмицелл ионами Са2+ и фосфатов, субмицеллы могут сливаться, образуя мицеллы. После слияния с мембраной клетки мицеллы казеина выталкиваются в просвет альвеол.

Размер мицелл казеина может изменяться и зависит от времени года, породы и кормления животных и др. В образовании устойчивых мицелл казеина принимает участие находящийся в растворе фосфат кальция, который образует казеинаткальцийфосфатный комплекс (ККФК).

Вмолоке казеин присутствует в виде казеинатов кальция, в образовании которых участвуют остатки аминокислот (аспарагиновая и глутаминовая кислоты), имеющие свободные карбоксильные группы.

O

C O Белок Ca2+

C O

O

Фосфорилированию подвергаются белки, на поверхности которых располагаются аминокислотные остатки, содержащие гидроксильные группы (серин, треонин, тирозин).

При этом кальций может присоединяться к гидроксильной группе остатка фосфорной кислоты.

395

Глава 18. Биохимия молока

Кроме того, ион кальция способен образовать кальциевый мостик (соединяя между собой два и более белков) за счет образования связи с расположенными на поверхности этих белков остатками фосфорной кислоты.

OO

Эта способность кальция проявляется при формировании мицелл казеина. Разнообразие мицелл, в образовании которых принимают участие ионы кальция и фосфора, могут реализоваться в следующих структурах:

Таким образом, мицеллы казеина представляют собой упорядоченные белковые структуры, в образовании которых принимают участие ионы кальция и остатки фосфорной кислоты, формирующие кальций-фосфат- ные мостики, связывающие между собой молекулы казеина. Поэтому казеин в молоке присутствует в виде сложного ККФК, в состав которого могут входить и некоторые полярные соединения (лимонная, уксусная кислоты, витамины и др.) и ионы (Na+, K+, Mg2+, Cl– и др.). В мицелле присутствует 35...65 % кальция, 25...50 % неорганического фосфора, 25…30 % магния и 8…10% цитрата.

Увеличение в молоке содержания кальция, связанного с казеином, может приводить к понижению термоустойчивости казеиновых мицелл. Это необходимо учитывать при изучении свертывания молока при нагревании и при установлении скорости сычужной коагуляции. Стабильность казеиновых мицелл зависит от содержания в молоке ионов кальция, фосфора, состава казеинов, рН молока, температуры среды.

Размеры мицелл казеина являются определяющими при выявлении технологических свойств молока, в особенности при определении при-

396

18.4. Мицеллярные и белково-липидные комплексы молока

годности молока для производства сыров. При этом проявляется способность молока к свертыванию под действием сычужного фермента.

18.4.2. Жировые шарики

18.4.2.1. Механизм формирования жировых шариков

Структурированные образования, сформированные в результате пиноцитоза, имеющие наружную оболочку, представленную белковолипидными комплексами мембран лактоцитов, называются жировыми шариками (рис. 18.2). Размер жирового шарика (ЖШ) может колебаться в пределах 0,1…20 мкм, в среднем диаметр ЖШ составляет 3…4 мкм.

липиды

поверхностная

оболочка

Рис. 18.2. Строение жирового шарика

В период лактации в секреторных клетках молочной железы (лактоцитах) активизируются биосинтетические процессы, приводящие к формированию на апикальной поверхности микроворсинок лактоцита куполообразных выпячиваний (жировые капли), содержащих различные липиды, которые по достижению определенных размеров отрываются и вместе с покрывающей их плазмалеммой поступают в полость альвеол. В альвеолы выделяются и другие биогенные молекулы секреторных клеток. Вместе с казеином, лактозой и другими компонентами молока они формируют мицеллы.

18.4.2.2. Состав и поведение белков оболочек жировых шариков

Идентифицировано более 40 белковых комплексов, принимающих участие в формировании оболочки ЖШ. Основная масса этих белков гликопротеиды, в составе которых углеводы (галактоза, N-ацетилгалак- тозамин, N-ацетилглюкозамин и сиаловая кислота) и ферменты (кислая и щелочная фосфатазы, ксантиноксидаза, χ-глутаминтрансфераза, нуклеозидазы и др.). Поверхность жирового шарика сформирована из белков и фосфолипидов, которые входили в структуру клеточной мембраны. В основном фосфолипиды представлены лецитином (фосфатидилхолином) и кефалином (фосфатидилэтаноламином). Эти два фосфолипида являются основными липидами мембран клеток животных.

397