К-казеин
Белок молока млекопитающих

Κ-казеин , или каппа-казеин , — это белок молока млекопитающих, участвующий в нескольких важных физиологических процессах. Химозин (содержится в сычужном ферменте ) расщепляет K-казеин на нерастворимый пептид (пара-каппа-казеин) и водорастворимый гликомакропептид (ГМП). ГМП отвечает за повышенную эффективность пищеварения, предотвращение гиперчувствительности новорожденных к потребляемым белкам и ингибирование желудочных патогенов. [1] Человеческий ген κ-казеина — CSN3 .

Структура

Молекулярная модель поверхности K-казеина [2]

Казеины представляют собой семейство фосфопротеинов ( αS1 , αS2, β , κ), которые составляют почти 80% белков коровьего молока [3] и которые образуют растворимые агрегаты, известные как «казеиновые мицеллы», в которых молекулы κ-казеина стабилизируют структуру. Существует несколько моделей, которые объясняют пространственную конформацию казеина в мицеллах. [4] Одна из них предполагает, что мицеллярное ядро ​​образовано несколькими субмицеллами, периферия которых состоит из микроворсинок κ-казеина [5] [6] Другая модель предполагает, что ядро ​​образовано казеин-связанными фибриллами. [7] Наконец, самая последняя модель [8] предполагает двойную связь между казеинами для того, чтобы произошло гелеобразование. Все 3 модели рассматривают мицеллы как коллоидные частицы, образованные казеиновыми агрегатами, обернутыми в растворимые молекулы κ-казеина. Молокосвертывающие протеазы воздействуют на растворимую часть, κ-казеин, тем самым создавая нестабильное мицеллярное состояние, которое приводит к образованию сгустка. [9]

Свертывание молока

В красной/синей связи Phe105-Met106 κ-казеина [2]

Химозин (EC 3.4.23.4) — это аспарагиновая протеаза , которая специфически гидролизует пептидную связь в Phe105-Met106 κ-казеина и считается наиболее эффективной протеазой для сыродельной промышленности. [10] Однако существуют молокосвертывающие протеазы, способные расщеплять другие пептидные связи в цепи κ-казеина, такие как эндотиапепсин, вырабатываемый Endothia parasitica . [11] Существует также несколько молокосвертывающих протеаз, которые, будучи способными расщеплять связь Phe105-Met106 в молекуле κ-казеина, также расщепляют другие пептидные связи в других казеинах, таких как те, которые вырабатываются Cynara cardunculus [6] [12] [13] или даже бычий химозин. [14] Это позволяет производить различные сыры с разнообразными реологическими и органолептическими свойствами.

Процесс свертывания молока состоит из трех основных фаз: [15]

  1. Ферментативная деградация κ-казеина.
  2. Мицеллярная флокуляция.
  3. Образование геля.

Каждый шаг следует разному кинетическому шаблону, ограничивающим шагом в свертывании молока является скорость деградации κ-казеина. Кинетический шаблон второго шага процесса свертывания молока зависит от кооперативной природы мицеллярной флокуляции, [16] [13] тогда как реологические свойства образующегося геля зависят от типа действия протеаз, типа молока и шаблонов протеолиза казеина. [13] На общий процесс влияют несколько различных факторов, таких как pH или температура. [12] [9]

Традиционный способ количественной оценки данного фермента свертывания молока [17] использует молоко в качестве субстрата и определяет время, прошедшее до появления молочных сгустков. Однако свертывание молока может происходить и без участия ферментов из-за изменений физико-химических факторов, таких как низкий pH или высокая температура. [6] [3] [9] Следовательно, это может привести к запутанным и невоспроизводимым результатам, особенно когда ферменты имеют низкую активность. В то же время классический метод недостаточно специфичен с точки зрения установления точного начала гелеобразования молока, так что определение вовлеченных ферментных единиц становится сложным и неясным. Кроме того, хотя сообщалось, что гидролиз κ-казеина следует типичной кинетике Михаэлиса-Ментен , [15] его трудно определить с помощью классического анализа свертывания молока.

Чтобы преодолеть это, было предложено несколько альтернативных методов, таких как определение диаметра гало в агаризованном молоке, [17] колориметрическое измерение, [18] или определение скорости деградации казеина, предварительно помеченного либо радиоактивным индикатором [19], либо соединением флуорохрома . [20] Все эти методы используют казеин в качестве субстрата для количественной оценки протеолитической или молокосвертывающей активности.

Анализ FTC-Κ-казеина

Флуоресцеинизотиоцианат

Κ-казеин, помеченный флуорохромом флуоресцеинизотиоцианатом ( FITC ) для получения производного флуоресцеинтиокарбамоила ( FTC ). Этот субстрат используется для определения активности протеаз в свертываемости молока. [21]

Метод FTC-κ-казеина позволяет точно и достоверно определять κ-казеинолитическую деградацию, первый шаг в процессе свертывания молока. Этот метод является результатом модификации метода, описанного SS Twining (1984). Основная модификация заключалась в замене ранее используемого субстрата ( казеина ) на κ-казеин, меченный флуорохромом флуоресцеинизотиоцианатом (FITC), для получения производного флуоресцеинтиокарбамоила (FTC). Эта вариация позволяет количественно определять молекулы κ-казеина, деградировавшие более точно и специфично, обнаруживая только те ферменты, которые способны деградировать такие молекулы. Однако метод, описанный Twining (1984), был разработан для обнаружения протеолитической активности значительно большего числа ферментов. FTC-κ-казеин позволяет обнаруживать различные типы протеаз на уровнях, когда свертывание молока еще не очевидно, демонстрируя его более высокую чувствительность по сравнению с используемыми в настоящее время процедурами анализа. Поэтому метод может найти применение в качестве индикатора при очистке или характеристике новых ферментов свертывания молока.

Примечания

  1. ^ "Каппа-казеин (IPR000117)". InterPro .
  2. ^ аб Кумосински, Браун и Фаррелл, 1993.
  3. ^ ab Lucey, Johnson & Horne 2003.
  4. ^ Далглиш 1998.
  5. ^ Вальстра 1979.
  6. ^ abc Люси 2002.
  7. ^ Холт 1992.
  8. ^ Хорн 1998.
  9. ^ abc Васбиндер и др. 2003.
  10. ^ Рао и др. 1998.
  11. ^ Дрёзе и Фолтманн 1989.
  12. ^ Эстевес и др. 2003.
  13. ^ abc Сильва и Малката 2005.
  14. ^ Кобаяши 2004.
  15. ^ ab Карлсон, Хилл и Олсон 1987a.
  16. ^ Карлсон, Хилл и Олсон 1987b.
  17. ^ ab Poza et al. 2003.
  18. ↑ Халл 1947.
  19. ^ Кристен 1987.
  20. ↑ Твининг 1984.
  21. ^ Агеитос и др. 2006.

Ссылки

  • Ageitos, JM; Vallejo, JA; Poza, M.; Villa, TG (2006). «Анализ флуоресцеин тиокарбамоил-каппа-казеина для специфического тестирования протеаз свертывания молока». Journal of Dairy Science . 89 (10): 3770– 7. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(06)72418-3 . PMID  16960051.
  • Карлсон, Альфред; Хилл, Чарльз Г; Олсон, Норман Ф. (1987). «Кинетика коагуляции молока: I. Кинетика гидролиза каппа-казеина в присутствии дезактивации фермента». Биотехнология и биоинженерия . 29 (5): 582– 9. doi :10.1002/bit.260290507. PMID  18576489. S2CID  38359395.
  • Карлсон, Альфред; Хилл, Чарльз Г.; Олсон, Норман Ф. (1987). «Кинетика коагуляции молока: II. Кинетика вторичной фазы: флокуляция мицелл». Биотехнология и биоинженерия . 29 (5): 590– 600. doi :10.1002/bit.260290508. PMID  18576490. S2CID  44397261.
  • Christen, GL (1987). "Быстрый метод измерения активности протеазы в молоке с использованием радиоактивно меченного казеина". Journal of Dairy Science . 70 (9): 1807– 14. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(87)80218-7 . PMID  3117854.
  • Далглиш, Д.Г. (1998). «Мицеллы казеина как коллоиды: поверхностные структуры и стабильность». Журнал молочной науки . 81 (11): 3013– 8. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(98)75865-5 .
  • Drøhse, Helle B.; Foltmann, Bent (1989). «Специфичность ферментов свертывания молока по отношению к бычьему κ-казеину». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 995 (3): 221– 4. doi :10.1016/0167-4838(89)90039-3. PMID  2495817.
  • Esteves, CLC; Lucey, JA; Wang, T.; Pires, EMV (2003). «Влияние pH на свойства гелеобразования гелей из обезжиренного молока, изготовленных из растительных коагулянтов и химозина». Journal of Dairy Science . 86 (8): 2558– 67. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(03)73850-8 . hdl : 10316/3878 . PMID  12939079.
  • Холт, К. (1992). «Структура и стабильность мицелл бычьего казеина». В Anfinsen, CB; Richards, Frederic M.; Edsall, John T.; et al. (ред.). Advances in Protein Chemistry Volume 43. Vol. 43. pp.  63–151 . doi :10.1016/S0065-3233(08)60554-9. ISBN 978-0-12-034243-3. PMID  1442324.
  • Хорн, Дэвид С. (1998). «Взаимодействие казеина: проливая свет на черные ящики, структуру молочных продуктов». International Dairy Journal . 8 (3): 171– 7. doi :10.1016/S0958-6946(98)00040-5.
  • Халл, М. Э. (1947). «Исследования молочных белков. II. Колориметрическое определение частичного гидролиза белков в молоке». Журнал молочной науки . 30 (11): 881– 4. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(47)92412-0 .
  • Кобаяси, Хидеюки (2004). «Полипоропепсин». В Barrett, Alan J.; Woessner, J. Fred; Rawlings, Neil D. (ред.). Справочник по протеолитическим ферментам . стр.  111– 5. doi :10.1016/B978-0-12-079611-3.50035-5. ISBN 978-0-12-079611-3.
  • Кумосински, ТФ; Браун, ЭМ; Фаррелл, ХМ (1993). «Трехмерное молекулярное моделирование бычьих казеинов: улучшенная, энергоминимизированная структура κ-казеина». Журнал молочной науки . 76 (9): 2507– 20. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(93)77586-4 . PMID  8227653.
  • Lucey, JA (2002). «Формирование и физические свойства гелей молочного белка». Журнал молочной науки . 85 (2): 281– 94. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(02)74078-2 . PMID  11913691.
  • Люси, JA; Джонсон, ME; Хорн, DS (2003). «Приглашенный обзор: перспективы на основе реологии и текстурных свойств сыра». Журнал молочной науки . 86 (9): 2725– 43. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(03)73869-7 . PMID  14507008.
  • Poza, M.; Sieiro, C.; Carreira, L.; Barros-Velázquez, J.; Villa, TG (2003). «Производство и характеристика протеазы свертывания молока штамма Myxococcus xanthus 422». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 30 (12): 691– 8. doi : 10.1007/s10295-003-0100-y . PMID  14634834. S2CID  23067478.
  • Рао, Мала Б.; Танксале, Апарна М.; Гхатге, Мохини С.; Дешпанде, Васанти В. (1998). «Молекулярные и биотехнологические аспекты микробных протеаз». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 62 (3): 597– 635. doi : 10.1128 /MMBR.62.3.597-635.1998. PMC  98927. PMID  9729602.
  • Silva, SV; Malcata, FX (2005). «Частичная идентификация водорастворимых пептидов, высвобождаемых на ранних стадиях протеолиза в стерилизованных системах, подобных овечьему сыру: влияние типа коагулянта и закваски». Journal of Dairy Science . 88 (6): 1947– 54. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(05)72870-8 . hdl : 10400.14/6738 . PMID  15905424.
  • Twining, Sally S. (1984). "Анализ казеина, меченного флуоресцеинизотиоцианатом, для протеолитических ферментов". Аналитическая биохимия . 143 (1): 30– 4. doi :10.1016/0003-2697(84)90553-0. PMID  6442109.
  • Васбиндер, А. Дж.; Роллема, Х. С.; Бот, А.; де Круиф, К. Г. (2003). «Механизм гелеобразования молока под влиянием температуры и pH; изученный с помощью мицелл казеина, сшитых трансглутаминазой». Журнал молочной науки . 86 (5): 1556– 63. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(03)73741-2 . PMID  12778566.
  • Walstra, Pieter (1979). «Объемность мицелл бычьего казеина и некоторые ее последствия». Journal of Dairy Research . 46 (2): 317–23 . doi :10.1017/S0022029900017234. PMID  469060. S2CID  222355860.
  • InterPro: IPR000117 Каппа-казеин
  • Анализ флуоресцеин-тиокарбамоил-каппа-казеина для специфического тестирования протеаз свертывания молока
  • Биотехнология и микробиология
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=K-casein&oldid=1233493049"