Выделение казеина из молока и альбумина из яичного белка

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

Образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

 

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА ПО ОБЩЕЙ БИОТЕХНОЛОГИИ НА ТЕМУ:

«Выделение казеина из молока и альбумина из яичного белка».

          

 

            

 

 

            Выполнил:

              студент группы 430891  Кобякова А. А.

              Научный руководитель:  

              асс. каф. биотехнологии Акатова Е. В.                                    

 

 

 

 

 

 

 

Тула 2013

 

Содержание

 

 

 

Введение

Белок - наиболее важный компонент пищи человека. Основные источники пищевого белка: мясо, молоко, рыба, продукты переработки зерна, яйца хлеб, овощи. Для повышения пищевой ценности продуктов питания необходимо увеличение доли белкового компонента, сбалансированности его аминокислотного состава. Один из путей решения этой задачи - получение белковых продуктов из белоксодержащих продуктов, например семян масличных после удаления масла (шрот), отходов мясной и молочной промышленности, и их использование для улучшения биологической ценности существующих продуктов или создание новых продуктов питания.

   Казеин – важный пищевой белок. Хорошим источником этого белка служат молоко и сыр. Казеин используется в некоторых добавках к рациону, предназначенных для обогащения последнего белком. Такие добавки часто предписываются при различных патологических состояниях, например при тяжелых ожогах, лихорадке или затяжных заболеваниях. Казеин находит разнообразное применение в промышленности. Его используют как водостойкое вещество, обеспечивающее адгезию клея на склеиваемых поверхностях, как связующее вещество в производстве клеевых красок и при проклеивании бумаги, а также в качестве стабилизатора в различных эмульсиях. Обрабатывая казеин формальдегидом, можно получить пластик, из которого раньше изготавливали пуговицы и щетки.

Еще одним представителей пищевых белков - яичный альбумин. Кристаллический яичный альбумин (овальбумин, сухой яичный белок)  представляет собой мелкодисперсный гигроскопичный порошок от белого до светло-желтого цвета. Хорошо растворяется в воде, солевых растворах, кислотах и щелочах. Его широко применяют в пищевой промышленности при производстве кремов, зефира, суфле, безе, пирожных и т.п. 
В кондитерском производстве альбумин находит применение в тех случаях, когда требуется высокое мастерство создания стойкой пены, эмульгирования жиров, равномерности распределения составляющих производства, а также обогащения изделий полноценными животными белками. 
Его характеризуют повышенная взбиваемость и стойкость пены. Один килограмм альбумина заменяет приблизительно три сотни белков куриных яиц.

      Цель  работы: Выделение казеина из молока и альбумина из яичного белка с целью использования полученных веществ в лаборатории.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литературный обзор

1.1. Белки и их основные признаки

     Белки –  это высокомолекулярные биополимеры,  состоящие из остатков аминокислот. Индивидуальные белки различаются по своим физико-химическим свойствам: форме молекул, молекулярной массе, суммарному заряду молекулы, соотношению полярных и неполярных групп на поверхности нативной молекулы белка, растворимости белков, а также степени устойчивости к воздействию денатурирующих агентов.

1. Различия  белков по форме молекул

Как уже говорилось выше, по форме молекул белки делят на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные белки имеют более компактную структуру, их гидрофобные радикалы в большинстве своём спрятаны в гидрофобное ядро, и они значительно лучше растворимы в жидкостях организма, чем фибриллярные белки (исключение составляют мембранные белки).

2. Различия  белков по молекулярной массе

Белки - высокомолекулярные соединения, но могут сильно отличаться по молекулярной массе, которая колеблется от 6000 до 1 000 000 Д и выше. Молекулярная масса белка зависит от количества аминокислотных остатков в полипептидной цепи, а для олигомерных белков - и от количества входящих в него протомеров (или субъединиц).

3. Суммарный  заряд белков

Белки имеют в своём  составе радикалы лизина, аргинина, гистидина, глутаминовой и аспарагиновой кислот, содержащие функциональные группы, способные к ионизации (ионогенные группы). Кроме того, на N- и С-концах полипептидных цепей имеются α-амино- и α-карбоксильная группы, также способные к ионизации. Суммарный заряд белковой молекулы зависит от соотношения ионизированных анионных радикалов Глу и Асп и катионных радикалов Лиз, Apг и Гис.

Степень ионизации функциональных групп этих радикалов зависит  от рН среды. При рН раствора около 7 все ионогенные группы белка находятся  в ионизированном состоянии. В кислой среде увеличение концентрации протонов (Н+) приводит к подавлению диссоциации карбоксильных групп и уменьшению отрицательного заряда белков: -СОО^- + Н⁺ → -СООН. В щелочной среде связывание избытка ОН" с протонами, образующимися при диссоциации NH₃⁺с образованием воды, приводит к уменьшению положительного заряда белков:

-NH₃⁺ +ОН^- → -NH₂ + H₂O.

Значение рН, при котором  белок приобретает суммарный  нулевой заряд, называют "изоэлектрическая точка"  и обозначают как pI. В изоэлектрической точке количество положительно и отрицательно заряженных групп белка одинаково, т.е. белок находится в изоэлектрическом состоянии.

Так как большинство  белков в клетке имеет в своём  составе больше анионогенных групп (-СОО^-), то изоэлектрическая точка этих белков лежит в слабокислой среде. Изоэлектрическая точка белков, в составе которых преобладают катионогенные группы, находится в щелочной среде. Наиболее яркий пример таких внутриклеточных белков, содержащих много аргинина и лизина, - гистоны, входящие в состав хроматина.

Белки, имеющие суммарный  положительный или отрицательный  заряд, лучше растворимы, чем белки, находящиеся в изоэлектрической точке. Суммарный заряд увеличивает  количество диполей воды, способных  связываться с белковой молекулой, и препятствует контакту одноимённо заряженных молекул, в результате растворимость белков увеличивается. Заряженные белки могут двигаться в электрическом поле: анионные белки, имеющие отрицательный заряд, будут двигаться к положительно заряженному аноду (+), а катионные белки - к отрицательно заряженному катоду ( - ). Белки, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, не перемещаются в электрическом поле.

4. Соотношение  полярных и неполярных групп на поверхности нативных молекул белков

На поверхности большинства  внутриклеточных белков преобладают полярные радикалы, однако соотношение полярных и неполярных групп отлично для разных индивидуальных белков. Так, протомеры олигомерных белков в области контактов друг с другом часто содержат гидрофобные радикалы. Поверхности белков, функционирующих в составе мембран или прикрепляющиеся к ним в процессе функционирования, также обогащены гидрофобными радикалами. Такие белки лучше растворимы в липидах, чем в воде.

5. Растворимость  белков

Растворимость белков в  воде зависит от всех перечисленных выше свойств белков: формы, молекулярной массы, величины заряда, соотношения полярных и неполярных функциональных групп на поверхности белка. Кроме этого, растворимость белка определяется составом растворителя, т.е. наличием в растворе других растворённых веществ. Например, некоторые белки легче растворяются в слабом солевом растворе, чем в дистиллированной воде. С другой стороны, увеличение концентрации нейтральных солей может способствовать выпадению определённых белков в осадок. Денатурирующие агенты, присутствующие в растворе, также снижают растворимость белков.

По структурным  признакам общепринято деление белков на две большие группы:

- простые белки (синонимы - протеины, апопротеины), структура которых представлена только полипептидной цепью;

- сложные белки (синонимы - протеиды, голопротеиды), которые содержат небелковый компонент.

1.1.2. Простые белки

К простым белкам относят  гистоны, протамины, альбумины, глобулины, проламины, глютелины и протеиноиды (или склеропротеины).

Гистоны (от греч. histos - ткань) - тканевые белки многоклеточных организмов, связанных с ДНК хроматина. Это белки небольшой молекулярной массы (11000-24000); по электрохимическим свойствам относятся к белкам с резко выраженными основными признаками (изоэлектрическая точка у разных гистонов колеблется в пределах 9,5-12,0). Гистоны имеют только третичную структуру. Выделяют 5 главных типов или фракций гистонов: Н₁, Н_2а, Н_2b, Н₃, Н₄. Деление основано на ряде признаков, главным из которых является соотношение лизина и аргинина во фракциях.

Основные функции гистонов - структурная и регуляторная. Структурная  функция состоит в том, что  гистоны участвуют в стабилизации пространственной структуры ДНК, а  следовательно, хроматина и хромосом. Четыре фракции гистонов, за исключением Н₁, составляют основу нуклеосом, являющихся структурными единицами хроматина; фракция Н₁ заполняет фрагменты ДНК между нуклеосомами. Регуляторная функция заключается в способности блокировать передачу генетической информации от ДНК к РНК.

Протамины - своеобразные биологические заменители гистонов, но качественно отличающиеся от них аминокислотным составом и структурой. Это самые низкомолекулярные белки (М 4000-12000), они обладают резко выраженными основными свойствами. Протамины - поликатионные белки; они связываются с ДНК в хроматине спермиев. Замена гистонов на протамины в хроматине спермиев наблюдается не у всех животных.

Проламины - группа растительных белков, содержащаяся в клейковине семян злаковых растений. Для проламинов характерна нерастворимость в воде, солевых растворах, кислотах и щелочах.

Глютелины - тоже растительные белки, нерастворимые в воде, растворах солей и этаноле. Они растворимы в слабых щелочах, очевидно, потому, что в них значительно больше, чем в проламинах, содержится аргинина и меньше пролина.

Альбумины и глобулины - групповое название белков, высаливающихся при разном насыщении нейтральными солями (сульфатом аммония или натрия). При 50%-ном насыщении раствора соли выпадают в осадок глобулины, а при полном (100%-ном) насыщении - альбумины. Альбумины и глобулины содержатся в плазме крови, в клетках и биологических жидкостях организма. Каждая из этих двух групп белков настолько разнородна, что среди них имеются белки с самыми разнообразными функциями.

Глобулины - белки с большей, чем альбумины, молекулярной массой (свыше 100000). В отличие от альбуминов они нерастворимы в чистой воде; растворимы в слабых солевых растворах. Глобулины - слабокислые или нейтральные белки (изоэлектрическая точка лежит в интервале рН 6-7,3); содержат меньше, чем альбумины, кислых аминокислот. Это слабогидратированные белки, поэтому и осаждаются они в менее концентрированных растворах сульфата аммония. Некоторые из глобулинов обладают способностью к специфическому связыванию веществ (специфические переносчики), другие, как и альбумины, к неспецифическому связыванию липидорастворимых веществ.

Протеиноиды - белки опорных тканей (костей, хрящей, связок и сухожилий, ногтей, волос и т. д.). Все они относятся к фибриллярным белкам (фиброин, коллаген, кератин, эластин). Они растворимы только в специальных растворителях.

1.1.3 Сложные белки.

Сложные белки или белок - небелковые комплексы (прежнее название - протеиды) содержат два компонента - простой белок и небелковое вещество. Последнее называют простетической группой (от греч. prostheto - присоединяю, прибавляю). Простетические группы, как правило, прочно связаны с белковой молекулой. Ниже представлены сведения о химической природе и биологической роли некоторых сложных белков.

Хромопротеины состоят из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента, откуда и произошло их название (от греч. chroma - краска). Среди хромопротеинов различают гемопротеины (содержащие в качестве простетической группы железо), магний-порфирины и флавопротеины (содержащие производные изоаллоксазина). Хромопротеины наделены рядом уникальных биологических функций: они участвуют в таких фундаментальных процессах жизнедеятельности, как фотосинтез, дыхание клеток и целостного организма, транспорт кислорода и углерода, окислительно-восстановительные реакции, свето- и цветовосприятие и др. Таким образом, Хромопротеины играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности.

Трансферрины (сидерофилины) - группа сложных белков, полученных из разных источников и характеризующихся способностью специфично, прочно и обратимо связывать ионы железа Fе (III) и других переходных металлов.

Флавопротеины содержат прочно связанные с белком простетические группы, представленные изоаллоксазиновыми производными - окисленными флавинмононуклеотидом (ФМН) и флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Флавопротеины входят в состав оксидоредуктаз - ферментов, катализирующих оксилительно-восстановительные реакции в клетке. Некоторые флавопротеины содержат ионы металлов.

Нуклеопротеины состоят из белков и нуклеиновых кислот. Последние рассматриваются как простетические группы. В природе обнаружено два типа нуклеопротеинов, отличающихся друг от друга по составу, размерам и физико-химическим свойствам: дезоксирибонуклеопротеины (ДНП) и рибонуклеопротеины (РНП). Названия нуклеопротеинов отражают только природу углеводного компонента (пентозы), входящего в состав нуклеиновых кислот. У РНП углевод представлен рибозой, у ДНП - дезоксирибозой. Название "нуклеопротеины" связано с названием ядра клетки, однако ДНП и РНП содержатся и в других субклеточных структурах.