Chapter app-mic/resources/lecture/Dairy... · PDF file 2017. 11. 3. ·...

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  • Chapter 5

    유단백질및 효소

    1

  • 지방

    단백질

    유당

    - 정상유 : 3.5% 함량(지방과 비슷) - 비유기간 중 함량변화 -> 유청단백질의 변화가 심함 - 필수아미노산, 면역단백질, 생리활성물질의 공급원 - 종에 따른 다양한 함량-> 유아의 영양학적, 생리학적 요구반영

    1. 서론

    2

  • 초기비유기동안유단백질의함량변화

    총단백질

    카제인단백질

    유청단백질

    3

  • 4

  • 5

  • 2. 유단백질의조성특징

    - 우유의 pH를 4.6으로 조정하면-> 총 유단백질의 80% 침전 - 분리순서에 따라 3 group으로 분류

    1) 전카제인(Whole casein, 등전점카제인) : 인산화된 단백질의 복합체 - 불용성, 포유류조직이나 혈액에는 없음 - 전체 유단백질의 80% 정도

    2) 유청단백질(whey protein) : casein을 제외한 나머지 - 가용성 - 복합단백질과 당단백질의 혼합

    3) Proteose peptone - protein 과 유기질소물의 중간크기 - 가용성, 소량, 유리 아미노산, creatine, nucleotide, urea

    - 특성에 따라 5개군으로 분류 1) casein 2) globulin 3) albumin 4) proteose-peptone 5) non-proteic nitrogen compound (NPNC)

    6

  • 7

  • ☞ 우유단백질의 기타 특성

    - 유청단백질 : pH 4.6에서 침전되지 않음 - rennet (chymosine)에 의해 casein 분해 응고 - casein : 인단백질(0.85%)

    -> 인: 열안정성, 칼슘침전의 중요한 역할 casein micelle 형성에 중요

    - 칼슘 존재하에 casein 응고-> phosphocaseinate 형성

    -> 칼슘의 역할 : - 인산과 함께 여러결합의 복합적 형성 유도 (CCP:colloidal calcium P) - dicarboxylic acid(Glu, Asp) + serinated-P 의 bridge 형성

    - casein-COO-Ca-(P)-Ca-OOC-casein

    - casein은 유선에서만 합성 - micelle 형태로 분산되어 존재

    Ser

    casein

    8

  • 3. Casein 과 유청단백질의분리 - 단백질생화학적 기법을 통해 분리정제

    9

  • 10

  • 4. Casein의분류 및 특징

    - whole casein : 인산단백질복합체로서 pH 4.6 에서 침전되는 것-> 등전점 casein

    - 전기음성도에 따라 α-, β-, k-casein 으로 명명됨

    - α-casein 의 경우 2개의 단백질임이 밝혀짐->αs1-, αs2- 로 분리

    - 유전적변이체가 매우 다양-> 30개 이상

    유단백질의전기음성도

    11

    + 전압

  • 1) α-casein - ca 존재하에 모든 온도에서 침전 -> 인 함량이 높음 - 전기영동도 가장 큼 : acidic aa 함량이 높음

    2) β-casein - 전기영동도 중간 - 상온에서만 ca 존재하에 침전 - Pro 함량이 높음-> 1/6, 분자내 고르게 분포-> 소수성 높음

    3) k-casein - 낮은 영동도 - ca 존재하에 침전 않됨 - 함량 낮지만(15%) casein 안정화에 중요한 역할

    12

  • 5. Casein의화학적특성

    - 극성 아미노산의 함량 낮으나 k-casein의 역할로 용해도는 높음(micelle 로 분산) - β-casein : 소수성이 높음, α-casein 친수성이 강함(상대적으로) - k-casein : C-말단에 당함량이 높아 강한 친수성, N-말단은 소수성-> 양친매성

    para-k-casein-Phe(105)--Met(106)-GMP(glycomacropeptide)

    (소수성) rennet (친수성)

    - rennin의 특이적 기질형성 -> 우유응고에 있어 중요한 역할 - 높은 수분결합 능력 : 2.5g water/g protein -> 식품에 응용(소시지, 인스턴트식품 등) - 높은 Pro 함량->α-helix, β-sheet 구조가 적음->가수분해에 민감->영양적으로 중요 - αs2-casein : Lys 함량 높음

    -> 필수아미노산 공급(식물성단백질에는 낮은 함량) -> casein의 양전하 형성에 중요

    - 상대적으로 작은 분자량 : 20~25 kDa - 전체적으로 표면소수성이 높지만 k-casein의 역할로 micelle 형성

    -> 50~500nm 지름(평균 120nm), 높은 수화도 -> 열에 대해 매우 안정 : 140oC 15-20분 가열 후 응고

    13

  • αs1-casein 3차구조

    14

  • β-casein 3차구조

    15

  • k-casein 3차구조

    16

  • ☞ Micelle 구조

    - submicelle이 CCP(교질인산칼슘)으로 서로 연결된 다공성의 공극구조

    - 기타 소수성결합, 수소결합도 결합력으로 작용

    - k-casein 비율이 높은 submicelle은 표면에 위치

    -> 친수성 C-말단이 표면으로부터 돌출->5-10nm두께 형성

    -> 음의 낮은 표면전위(-20mV at pH6.7)와 함께 micelle 응집 억제

    casein-COO-Ca-(P)-Ca-OOC-casein CCP(Colloidal Calcium Phosphate)

    17

  • casein-COO-Ca-(P)-Ca-OOC-casein

    Suggested casein micelle structure

    18

  • Suggested casein micelle structure

    19

  • 6. 유청단백질

    - 전카제인을 분리한 유청에 포함

    -> acid whey(산성유청) : 등전점 casein 제거 후

    -> sweet whey(감성유청) : rennet 첨가에 의해 casein 제거 후-> GMP 함유

    - 유당과 가용성 염 포함

    - 단백질분리법으로 세부 분류

    -> β-lactoglobulin

    -> α-lactalbumin

    -> immunoglobulin (Ig G, A)

    -> Serum albumin (BSA)

    -> Proteose-peptone

    -> NPN(non-proteic nitrogen)

    -> 기타 소량의 생리활성 물질 -> lactoferrin, serotransferrin, enzyme etc.

    1) β-lactoglobulin

    - whey protein 중 가장 높은 함량, 모유 중에는 없음

    - 위장 phosphatase inhibitor-> 유선내 phosphate 대사 조절

    - 18kDa monomer -> pH 3~7에서 dimer로 존재

    - retinol (vit A)의 운반기능-> 산화로부터 보호 소장까지 전달 20

  • Retinol 과 결합된 β-Ig 모식도

    21

  • 2) α-lactalbumin

    - 모든 포유류 유즙에 존재

    - 유당합성계 조절

    -> 유당합성효소(lactose synthetase) : subunit A와 B로 구성

    -> subunit A : UDP-galactosyl transferase -> galactose를 여러 공여체에 운반

    -> subunit B : α-la 성분 -> subunit A에 결합 glucose-specific activity로 전환

    -> complex : Km for glucose ->1000배 정도 감소

    -> 유당합성효소의 조절 단백질

    UDP-galactose + N-acetylglucosamine glycoprotein : subunit A only

    UDP-galactose + glucose lactose : complex

    3) 미량 우유단백질 : lipase, protease, phosphatatse, lactoperoxidase etc.

    A

    B

    A

    22

  • 23

  • 24

  • 25

    유당합성전과정

  • 7. 유단백질합성과분비

    26

  • 유선세포에서의단백질의 세포간 이동

    27

  • 유선분비세포의모식도

    28

  • 8. 우유의효소학

    - 구성성분으로 고유효소 존재 (60여종)

    -> 유선세포막을 통한 혈액 성분 유출 : plasmin, catalase

    -> 세포의 구성성분 : 골지체(galactosyl transferase), 세포막(alkaline phophatase)

    - 미생물유래 효소

    - 효소로 인한 바람직한 변화 : 숙성치즈의 향취유발

    - 비바람직한 변화 : 우유 산패(이상취, 응고), 유가공품 품질변화

    - location : casein micelle, 지방구피막, 백혈구, 유청 분산

    - 기술적 중요성

    -> 우유품질보존 및 품질저하와 관련

    -> sulfhydryl oxidase, SOD vs lipase, protease, phosphatase

    -> 우유열처리 조건의 지표

    -> alkaline phosphatase, γ-glutamyl transpeptidase etc.

    -> 유방염감염의 지표

    -> N-acetyl-β-D-glucosaminidase

    -> 항균활성

    -> lysozyme, LP(lactoperoxidase)

    -> 효소의 상업적 공급원

    29

  • 1. Protease :plasmin, cathepsin D

    1) Plasmin

    - 혈전의 용해에 관련

    - plasminogen, activator, inhibitor와 복합체계 형성

    - plasminogen은 plasmin의 4배 농도로 casein micelle에 함께 연결

    -> pH 4.6으로 감소하면 해리됨

    - serine proteinase로서 Lys, Arg에 특이성

    - β-casein : plasmin에 가장 민감

    - k-casein : lys, Arg 잔기 있으나 plasmin에 큰 저항성-> 구조적 이유에 기인

    - 우유 내 중요성

    -> rennet 응고 시 casein micelle에 함유-> 치즈 내에 농축

    -> casein의 1차 단백질가수분해에 plasmin 관여

    2) cathepsin :

    - 열에 불안정

    - 많은 연구되어 있지 않음

    30

  • Plasmin 활성화 시스템

    31

  • 2. Lipase

    - 우유지방의 가수분해에 의한 산패원인

    - 세종류의 esterase

    -> A 형 : 방향족 ester(phenyl acetate) 특이성

    -> B 형 : fatty ester 특이성

    -> C 형 : choline ester에 특이성

    - A:B:C = 3:10:1

    - 실제 우유의 지방분해는 거의 없음

    -> 90% 이상의 lipase가 casein micelle에 연결