Минорные белки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

(ФГБОУ  ВПО)

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

Реферат

по технологии молока и молочных продуктов на тему:

 «Минорные  белки»

 

 

 

 

 

                                                                 Выполнила: студентка 5  курса 

                                                                 ИВЭСиЭ

кафедра ветеринарной медицины

 группы 1/2

                                                               

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва – 2014год

 

                                                   Введение

 

     Термином «белки молочной сыворотки» обозначают все белки, находящиеся в молоке в большом количестве, исключая казеины, а термином «минорные белки» обозначают только белки, содержащиеся в молоке в незначительном количестве. Энзимы также относят к «минорным» белкам. «Минорные» белки находятся в молочной сыворотке, а также в оболочках жировых шариков.

     Белки молочной сыворотки не выпадают в осадок при свертывании молока под действием сычужного фермента и кислоты, они входят в состав молочной сыворотки. Различие между образующимися в молочной железе b-лактоглобулином и а-лактоальбумином и происходящими из крови сывороточными альбумином и иммунным глобулином довольно существенно.

    

 

      Молоко имеет сложный химический состав и по биологической ценности оно превосходит все другие продукты, встречающиеся в природе. Основные составные части молока – белки, липиды, минеральные соли, углеводы, вода. Некоторые компоненты – казеин, лактоза – ни в каких других природных продуктах не обнаружены. Все органические и неорганические компоненты молока, общее количество которых составляет 11 – 15 %, являются дисперсной фазой. Дисперсной средой молока является вода, количество которой равно 85 – 89 %. Молоко имеет белый с желтоватым оттенком цвет, сладковатый вкус. Удельный вес цельного молока 1,028 – 1,034. Плотность ниже 1,027 г\см³ считается аномальной, а молоко получено от больных коров или разбавлено водой. РН коровьего молока 6,5 – 7,0. Вязкость молока по отношению к воде 2,0 –2,5. Свежевыдоенное молоко обладает бактерицидными свойствами, т. е. способно препятствовать развитию микроорганизмов. Это обусловлено наличием в молоке бактерицидных веществ – иммуноглобулинов, лизоцима, лактоферрина.

       Количество компонентов, содержащихся в молоке, непостоянное и определяется условиями кормления и содержания, стадией лактации, уровнем молочной продуктивности, породности, возрастом, временем отела, сезоном года, уровнем нервно – гормональных взаимоотношений, наследственностью и т. д.

      Наиболее ценными в питательном отношении являются белки молока. В коровьем молоке их содержится от 2,9 до 4 %. Белки молока неоднородны по своему составу. В них входят: казеин, α – лактоальбумин, β – лактоглобулин, иммунные глобулины и другие белки молока. Биологические функции белков молока многообразны. Так, казеин является собственно пищевым белком, выполняющим в организме новорожденного структурную функцию, кроме того, он транспортирует в составе своих частиц кальций, фосфор, магний. Транспортные функции также выполняют лактоферрин и β – лактоглобулин, иммуноглобулины обладают защитными свойствами, α – лактоальбумин – регуляторными.

      Основным специфическим белком молока является казеин. Содержание его в коровьем молоке колеблется от 2,3 до 2,9 %. Различают 4 основных фракций казеина: альфа-, бета-, гамма-, и каппа – казеин. Каждая из этих фракций в свою очередь также не является однородной и содержит ряд компонентов, часть из которых имеет генетическую детермированность. Казеин придает молоку белый цвет и непрозрачность. При кипячении молока казеин не выпадает в осадок, коагулирует под воздействием сычужного фермента, кислот и солей, поэтому он преобладает в таких продуктах, как сухое молоко, творог, сыр. После осаждения казеина из молока кислотой (при рН – 4,6 – 4,7) в сыворотке остается 0,6 % белков, которые называют сывороточными. Главными представителями сывороточных белков следует считать β – лактоглобулин, α – лактоальбумин, а также альбумины сыворотки крови, иммуноглобулины и другие минорные белки (лактоферрин, трансферин, церулоплазмин, компонент 3 протеаза - пентонов).Они характеризуются рядом свойств: растворимы в воде, не свертываются под воздействием сычужного фермента и кислот, а выпадают в осадок при нагревании и вместе с солями образуют «молочный камень».

      Молочные белки являются основой для приготовления сыров, производства концентрированных молочных продуктов и сухого молока. Питательная ценность белка обусловлена в первую очередь содержанием в нем незаменимых аминокислот. Кроме того, молоко является наиболее дешевым источником белка по сравнению с другими продуктами животного происхождения. На образование одного килограмма белка в молоке коров и мясе бройлеров расходуется 40 – 45 мегакалорий. Однако нельзя не учитывать того, что рацион бройлеров состоит преимущественно из зерна, в то время как рацион молочных коров – из грубых кормов. На одних только грубых кормах соответствующего качества коровы способны продуцировать около 5 тыс. кг молока в год с эффективностью 22 г белка на одну мегакалорию переваримой энергии рациона.

 

     Лактоферрин — полифункциональный белок из семейства трансферринов. Лактоферрин является глобулярным гликопротеином с молекулярной массой около 80 кДа и широко представлен в различных секреторных жидкостях, таких как молоко, слюна, слёзы, секреты носовых желез.

     Лактоферрин является одним из компонентов иммунной системы организма, принимает участие в системе неспецифического гуморального иммунитета, регулирует функции иммунокомпетентных клеток и является белком острой фазы воспаления.

     Белок взаимодействует с ДНК и РНК, полисахаридами, гепарином, причем некоторые из своих биологических функций лактоферрин проявляет в виде комплексов с этими лигандами.

     Строение молекулы лактоферрина. Лактоферрин принадлежит к семейству белков-трансферринов, осуществляющих перенос железа в клетки и контролирующих уровень свободного железа в крови и во внешних секретах. Лактоферрин представлен в молоке человека и других млекопитающих.

     Было показано, что помимо молока лактоферрин содержится в плазме крови, нейтрофилах и является одним из основных белков практически всех экзокринных секретов млекопитающих, таких как слюна, желчь, слёзы, секрет поджелудочной железы. Концентрация лактоферрина в молоке изменяется от 7 мг/мл в молозиве до 1 мг/мл в зрелом молоке.

     Согласно данным рентгеноструктурного анализа белок образован одной полипептидной цепью, которая содержит 692 аминокислотных остатка и образует два гомологичных глобулярных домена, называемых N- и С-долями (N-доля, остатки 1–333; C-доля, остатки 345–692), концы которых соединены короткой α-спиралью.

      Каждая доля состоит из двух доменов N1, N2 и C1, C2 и содержит один железосвязывающий сайт и один сайт гликозилирования. Степень гликозилирования белка может быть различной. Именно поэтому молекулярная масса белка по разным данным составляет от 76 до 80 кДа. Было показано, что устойчивость лактоферрина к деградации протеазами или при низких значениях рН обусловлена высокой степенью гликозилирования белка.

      Лактоферрин относится к щелочным белкам, его изоэлектрическая точка составляет 8.7. Белок существует в двух формах – железонасыщенной (холо-ЛФ) и железоненасыщенной (апо-ЛФ). Их третичные структуры различны; для апо-ЛФ характерна “открытая” конформация N-доли и “закрытая” конформация С-доли, а для холо-ЛФ характерна закрытая конформация обеих долей.

      Каждая молекула белка может обратимо связывать два иона трехвалентного железа или ионы цинка, меди и других металлов. Центры связывания локализованы в каждой из двух белковых глобул, составляющих молекулу лактоферрина. В каждой доле атом железа скоординирован с шестью лигандами, четыре из которых предоставлены цепью полипептида (два остатка тирозина, один остаток гистидина и один остаток аспарагиновой кислоты), а оставшиеся две связи железо образует с ионом карбоната или бикарбоната.

      Лактоферрин образует с железом комплекс красноватого цвета. Его сродство к железу в 300 раз выше, чем сродство трансферрина. Кроме того, показано, что в слабокислой среде сродство белка к железу повышается, что облегчает переход металла с трансферрина на лактоферрин при воспалении, когда рН тканей снижается за счет молочной и других кислот. Степень насыщения железом лактоферрина женского молока составляет по оценкам разных авторов от 10 до 30 %. Показано, что белок участвует не только в транспорте ионов железа, цинка и меди, но и в регуляции их всасывания. Наличие непрочно связанных ионов цинка и меди не влияет на железосвязывающую функцию лактоферрина, и фактически даже усиливает её.

     Полимерные формы

     Как в плазме крови, так и в секреторных жидкостях лактоферрин может существовать в виде различных полимерных форм от мономера до тетрамера. Показано, что белок обнаруживает резко выраженную тенденцию к полимеризации in vitro и in vivo, и при высоких концентрациях преобладают полимерные формы лактоферрина.

Кроме того, рядом авторов было обнаружено, что доминирующей формой лактоферрина в физиологических условиях является тетрамер; соотношение мономер : тетрамер при концентрации белка 10−5 М составляет 1 : 4.

     Существует предположение, что олигомерное состояние лактоферрина определяется концентрацией данного белка в среде. Кроме того, полимеризация лактоферрина строго зависит от присутствия ионов Ca2+. В присутствии ионов кальция и при концентрации белка менее 10−10-10−11 M наблюдали преобладание мономерной формы белка. При концентрациях лактоферрина более 10−9-10−10 M происходил переход в тетрамерную форму.     Титр лактоферрина в крови соответствует величине именно этой “переходной концентрации” и, таким образом, лактоферрин в крови должен быть представлен как в виде мономера, так и тетрамера.

      Также было показано, что ряд функциональных свойств лактоферрина определяется олигомерным состоянием молекулы белка. Так, лактоферрин в виде мономера способен к прочному связыванию с ДНК и регуляции процессов гранулопоэза, а тетрамерная форма не связывает ДНК. Есть все основания полагать, что в организации олигомерного состояния белка участвуют слабые взаимодействия — преимущественно гидрофобные и электростатические контакты боковых групп остатков аминокислот молекулы лактоферрина и, возможно, гликозидных остатков белка.

     Биологические функции

     Лактоферрин относится к системе врожденного иммунитета. Существуют данные о том, что лактоферрин опосредованно вовлечен в процессы клеточного иммунитета. Главные биологические функции белка — это связывание и транспорт ионов железа, но кроме этого лактоферрин обладает антибактериальной, антивирусной, антипаразитарной, различными каталитическими активностями, а также противораковым, антиаллергическим, иммуномодулирующим действиями и радиопротективными свойствами.

     Антибактериальная активность

     Наиболее изученным является механизм антибактериальной активности лактоферрина. Антибактериальные свойства белка обусловлены способностью лактоферрина связывать железо и тем самым лишать бактериальную микрофлору необходимого для её роста и жизнедеятельности микроэлемента. Бактерицидные свойства белка также обусловлены наличием специфических лактоферриновых рецепторов на клеточной поверхности микроорганизмов. Показано, что лактоферрин связывается с липополисахаридами (ЛПС) бактериальных стенок, и входящая в состав белка окисленная форма железа инициирует их перекисное окисление. Это приводит к изменению мембранной проницаемости и последующему лизису клеток.

      Все вышеперечисленные механизмы антибактериального действия лактоферрина напрямую зависят от железосвязывающих свойств белка. Вместе с тем в основе антиинфекционной активности лактоферрина могут лежать и другие механизмы, не зависящие от способности белка связывать ионы железа, например стимулирующее действие лактоферрина на фагоцитоз и влияние на активность комплемента. Однако наиболее изученным механизмом антибактериального действия белка, не зависящим от его железосвязывающей способности, является специфическое взаимодействие лактоферрина с наружной бактериальной мембраной, которое приводит к гибели клеток бактерий. Было показано, что белок разрушает бактериальную мембрану и даже проникает внутрь клетки. За специфическое связывание с бактериальной стенкой ответственен лактоферрицин — пептид, расположенный на N-конце молекулы лактоферрина и получаемый in vitro протеолитическим расщеплением белка трипсином.

      Антивирусная активность

      Показано, что лактоферрин обладает антивирусной активностью против широкого спектра вирусов человека и животных с ДНК и РНК геномами. Лактоферрин связывает различные антигены вирусной природы преимущественно в условиях in vitro. На данный момент показано действие белка против вирусов простого герпеса 1 и 2, цитомегаловируса, ВИЧ, вируса гепатита С, хантавирусов, ротавирусов, полиовирусов первого типа, аденовирусов, респираторного синцитиального вируса, мышиного вируса лейкоза Френда.

       Наиболее изученным механизмом антивирусной активности лактоферрина является предотвращение попадания вирусных частиц в клетки-мишени. Многие вирусы имеют тенденцию связываться с гепарансульфат-гликозоаминогликанами и липопротеинами мембран эукариотических клеток. После первоначального контакта с клеткой вирусная частица взаимодействует со специфическими вирусными рецепторами и проникает в клетку. Лактоферрин связывается с гепарансульфат-гликозоаминогликанами и липопротеинами на поверхности клеток, препятствуя тем самым связыванию с ними вирусных частиц и дальнейшему проникновению вируса в клетку. Интересно, что лактоферрицин, который обеспечивает основные антимикробные свойства лактоферрина, практически не проявляет антивирусной активности. Кроме того, апо-ЛФ в большинстве случаев показывает гораздо большее антивирусное действие, чем металлонасыщенный лактоферрин.