1.2 Фракционный состав

Казеин является гетерогенным белком, то есть при электрофорезе образует несколько фракций с разной подвижностью. Ранее дифференциацию казеинов проводили именно по величине электрофоретической подвижности в полиакриламидном или крахмальном геле, содержащем мочевину. Сейчас основой для классификации и идентификации казеинов служит первичная структура их полипептидных цепей.

Согласно последней классификации казеины делятся на α_s1, α_s2, и β и κ-казеины, содержание которых соответственно составляет 38, 10, 39 и 13% от всего казеина. Фракции казеина имеют генетические варианты. Первые три фракции являются фосфопротеидами. κ-Казеин принадлежит к фосфогликопротедам. α_s1, α_s2, и β-Казеины чувствительны к ионам кальция, κ-казеин – не чувствителен. Он осаждается сычужным ферментом.

Все фракции характеризуются значительной термоустойчивостью (казеин рассматривается как белок, денатурированный в нативном состоянии), распределением вдоль полипептидной цепи полярных и неполярных аминокислот и др.

α_s1-Казеин является основной фракцией казеина и представляет собой смесь двух белков – главного и минорного компонентов, имеющих одинаковую первичную структуру, но отличающихся степенью фосфорелирования. Главный компонент содержит 8 фосфосериновых остатков, а минорный компонент – 9 остатков. По современной классификации главный и минорный компоненты следует называть α_s1-Кн В-8Р и α_s1-Кн В-9Р.

α_s1-Казеин имеет пять генетических вариантов (А, В, С, D, и Е), отличающихся друг от друга как содержанием отдельных аминокислот, так и их расположением в полипептидной цепи. Фракция содержит лизин, тирозин, повышенное количество аспарагиновой кислоты, но в ней отсутствует цистеин. После секреции α_s1-казеин может расщепляться под действием протеазы молока (плазмина). Один продукт протеолиза идентифицирован как λ-казеин.

К α_s2-казеину относятся 4 компонента, которые отличаются друг от друга лишь степенью фосфорелирования (содержат от 10 до 13 фосфосериновых остатков).Фракция имеет низкую гидрофобность, очень чувствительна к ионам кальция, но не чувствительна к действию сычужного фермента.

β-Казеин характеризуется повышенным содержанием валина, лейцина, пролина, и пониженным содержанием аланина, аспарагиновой кислоты и отсутствием цистеина. Он не чувствителен к ионам кальция при 4ºС, но осаждается ими при 35ºС. Выяснено, что β-казеины после секреции могут гидролизоваться под действием плазмина молока, в результате образуются фрагменты, ранее называемые γ-казеины (молекулярной массой от 12000 до 20000 Да) и компоненты протеозопептонов (молекулярной массой от 4000 до 14000 Да).

Таким образом, после выхода β-казеина из состава казеиновых мицелл во время длительного хранения молока происходит его протеолиз с образованием нежелательных γ-казеинов и протеозопептонов, ухудшающих технологические свойства молока. Нормальное свежее молоко содержит около 3% γ-казеинов, однако их количество повышается (до 10% и выше) в конце лактации, при заболевании животного маститом, а также в результате нарушения режима кормления животных (при дефиците в рационах протеина). Количество протеозопептонов может составлять 2-10% всех белков молока.

Группа κ-казеина состоит из одного главного компонента, не содержащего углеводы, и шести минорных компонентов, относящихся к гликопротеидам. Первичная структура главного компонента κ-казеина с молекулярной массой 19000 Да содержит 169 остатков аминокислот (в том числе два остатка цистеина) и одну фосфатную группу. Известны два генетических варианта κ-казеина – А и В.

Гликолизированые компоненты κ-казеина содержат от одной до трех углеводных цепей в виде три- и тетрасахаридов, состоящих из N-ацетилгалактозамина, галактозы и N-ацетилнейраминовой или сиаловой кислоты.

κ-Казеин, в отличие от α_s1, α_s2 и β-казеинов, содержит только один фосфосериновый остаток, поэтому практически не присоединяет ионы калия, то есть не теряет растворимость в их присутствии. При ассоциации с α_s1, α_s2 и β-казеинами κ-казеин образует стабильные мицеллы и таким образом защищает последние от осаждения ионами кальция.

Известно, что κ-казеин не гидролизуется плазмином, но содержит чувствительную к сычужному ферменту (химозину) пептидную связь, образованную остатками фенилаланина. Продуктами гидролиза κ-казеина являются гидрофобный пара- κ-казеин и гидрофильные гликомакропептиды.

Гликомакропептиды имеют молекулярную массу от 6000 до 8000 Да, содержат много серина, треонина и глутаминовой кислоты, характеризуются высоким отрицательным зарядом. По некоторым данным, они обладают физиологической активностью.

Изучение вторичной структуры κ-казеина показало наличие у него 23% α-спирали, 31% параллельной и 24% антипараллельной β-структуры. Предполагают, что спирализация полипептидной цепи κ-казеина происходит преимущественно около чувствительной к химозину пептидной связи. Таким образом, чувствительная к сычужному ферменту связь как бы выдвигается из полипептидной цепи κ-казеина, а расположенные рядом с ним β-слои образуют водородные связи с активным центром химозина, способствуя осуществлению протеолиза.