УД
К
637.325:543.54
Современнь1е
представnения
о
структуре
казеиновой
мицёnnь1
Канд.
техн.
наук
8.8.
ЕЛЬЧАНИНОВ
Сибирский
научно
-
исследовательский
институт
сыроделия
,
Барнаул
с
огласно
Vl
номенклатуре
белков
коровьего
молока
казеины
раз
деляют
на
четыре
основные
группы
(семейства):
а
51
-,
а
52
-,
~-
и
к-казеины
(1
].
В
молоке
взаимодей
ствие
всех
групп
казеинов
и
коллоидно
го
кальция
фосфата
(ККФ)
приводит
к
формированию
стабильных
агрегатов,
которые
называются
казеинаткальций
фосфатными
комплексами
(1-4-р.]
или
казеиновыми
мицеллами
[2,
9].
Основ
ная
биологическая
функция
казеиновых
мицелл
(КМ)
-
обеспечение
новорож
денных
млекопитающих
энергией
,
ионами
(прежде
всего
кальцием
и
фос
фатами)
и
аминокислотами
,
необходи
мыми
для
роста
и
развития
.
МОДЕЛИ
СТРОЕНИЯ
КАЗЕИНОВОЙ
МИЦЕЛЛЫ
Структура
и
свойства
мицеллы,
а
также
природа
движущих
сил,
обеспе
чивающих
ее
самоорганизацию
и
ста
билизацию,
являются
предметом
дис
куссий
и
многочисленных
исследований.
За
более
чем
50-летнюю
историю
науч
ных
поисков
в
этой
области
создано
несколько
десятков
моделей
структуры
КМ
(2-8, 10-15, 21, 38, 138].
Предла
гаемые модели
условно
можно
разде
лить
на
две
основные
группы.
К
первой,
исторически
ранней
груп
пе
относятся
различные
варианты
модели
пекрытого
ядра
[31-33].
Соглас
но
этим
моделям,
мицеллы
состоят
из
молекул
разных
групп
казеинов,
обра
зующих
преетранетвенную
сетку
(кар
кас)
.
Качественный
белковый
состав
ядерной
и
корковой
части
различен
.
Структура
мицеллы
формируется
за
счет
нелинейной
полимеризации
казеи
нов
,
при
этом
считается,
что
a
51
-CN
трифункционален,
~-CN
бифункцио
нален,
а
к-СN
монофункционален
и
терминирует
процесс
полимеризации
(32]
.
На
поверхности
мицеллы
адсорби
рованы
растворимые
казеины,
каль
цийфосфатные
и
кальцийцитратные
комплексы
.
Мицелла
имеет
губчатое
строение
со
множеством
полостей
и
каналов,
размеры
которых
позволяют
проникать
в
них
различным
реагентам,
в
том
числе
протеолитическим
фер
ментам
с
молекулярной
массой
около
36
кДа.
При
сычужном
свертывании
казеин
превращается
в
пара-к-казе
ин
и
казеинмакропептид
(гликомакро
пептид)
.
Сгусток
формируется
в
момент,
когда
основный
пара-к-казеин
и
отно
сительно
кислые
а
5
-
и
~-казеины
всту
пают
в
электростатические
или гидро
фобные
взаимодействия
[5-р
.
]
.
Более
поздний
вариант
первой
группы
-
модель
внутренней
субструктуры,
пред
ложенная
C.Holt
в
1992
г.,
в
которой
мицелла
рассматривается
как
минера
лизованная
сетчатая
глобула,
состоящая
из
поперечно-ешитых
нанокластера
ми
ККФ
полипептидных
цепей
казеи
нов
(2]
.
Вторая
группа
-
субмицеллярные
модели
(рис.
1
).
В
очень
упрощенной
форме
суть
этих
моделей
сводится
к
следующему.
Структурную
основу
казеиновой
мицеллы
составляют
субъ
единицы-
субмицеллы.
При
этом
пред
полагается,
что
субмицеллы,
форми
рующие
ядро,
отличаются
по
составу
и
физико-химическим
свойствам
от
суб
мицелл,
которые
образуют
внешний
(корковый)
слой
(7,
8,11-16,
18,
20].
100
нм
Q
Субмицелла
)-v
<<Волосковый"
участок
Коллоидный
фосфат
кальция
Рис
.
1.
Субмицеллярная
модель
казеино
вой
мицеллы
[8]
Диаметр
одной
субмицеллы
соста
вляет
1 Q-15
н
м,
в
ее
состав
входит
15--25
молекул
казеинов,
которые
связаны
друг
с
другом
гидрофобными
и
электроста
тическими
связями
[7,
8].
Основным
ста
билизирующим
фактором
<<большой>>
мицеллы
считаются
участки
ККФ,
кото
рые
жестко
связывают
субмицеллы
друг
с
другом.
Модель
предполагает
наличие
двух
типов
субмицелл
-
содержащих
и
не
содержащих
к-казеин
[15].
Субъеди
ницы
,
несущие
к-казеин
,
расположены
в
корковом
слое
мицеллы
.
Гидрофоб
ная
N-терминальная
последователь
ность
к-казеина
погружена
в
ядерный
слой
мицеллы
и
не
контактирует
с
вод
ной
фазой
.
Гидрофильные
гликомакро
пептидные
(С-терминальные)
участки
расположены
на
наружной
поверхно
сти
мицеллы
,
образуя
подвижный
«ВОЛОСКОВЫЙ>>
СЛОЙ
ВЫСОТОЙ
ОКОЛО
7
НМ
[19, 20].
Экспонированный
наружу
отрезок
молекулы
к-казеина
начинается
с
участка
последовательности
86-96
,
следовательно,
сайт
гидролитической
атаки
химозина,
Phe1
05-Met1 06,
также
находится
в
«волосковом>>
слое.
В
нативном
молоке
агрегационная
устой
чивость
мицелл
обеспечивается
сила
ми
электростатического
отталкивания
за
счет
значительного
отрицательного
заряда
экспонированных
гликомакро
пептидных
участков
к-казеина
.
Гидро
лизуя
пептидную
связь
Phe1
05-Met1 06
в
молекуле
к-казеина,
молокосвер
тывающие
ферменты
выступают
в
роли
«депилятора>>,
удаляя
с
поверхности
мицеллы
стабилизирующий
<<волоска
вый>>
слой.
Теряя
гидрофильный
<<волосковый>>
слой,
мицеллы
теряют
и
гидратную
оболочку.
С
потерей
глико
макропептидных
участков
уменьша
ются
поверхностный
отрицательный
заряд
мицелл
и
силы
кулонавекого
отталкивания
одноименных
зарядов.
В
результате
происходят
сближение
и
агрегация
мицелл
за
счет
гидрофоб
ных
взаимодействий
с
образованием
преетранетвенной
сетчатой
структуры
сгустка
[8, 64].
Одним
из
доказательств
субмицел
лярной
модели
долгое
время
считались
результаты
ранних
элекронно-микро
скопических
исследований
и
данные
рассеяния
нейтронов
и
рентгеновских
лучей
[35].
На
микрографиях
КМ
выгля
дели
как
глобулярные
структуры
с
элек
тронно-плотными
участками
(похожие
на
ягоды
малины),
что
интерпретирова
лось
в
пользу
субмицеллярной
структу
ры
(16, 28-30, 35].
Однако,
по
мнению
скептиков,
эти
данные
свидетельство
вали
лишь
о
том
,
что
внутренняя
струк
тура
мицелл
состоит
из
зон
с
различ
ной
рассеивающей
способностью
,
что
обусловлено
присутствием
нанокласте
ров
ККФ
(2,
36].