Chapter 5 유단백질및효소 1
1. 서론 - 정상유 : 3.5% 함량 ( 지방과비슷 ) - 비유기간중함량변화 -> 유청단백질의변화가심함 - 필수아미노산, 면역단백질, 생리활성물질의공급원 - 종에따른다양한함량-> 유아의영양학적, 생리학적요구반영 유당 지방 단백질 2
초기비유기동안유단백질의함량변화 총단백질 카제인단백질 유청단백질 3
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2. 유단백질의조성특징 - 우유의 ph를 4.6으로조정하면-> 총유단백질의 80% 침전 - 분리순서에따라 3 group으로분류 1) 전카제인 (Whole casein, 등전점카제인 ) : 인산화된단백질의복합체 - 불용성, 포유류조직이나혈액에는없음 - 전체유단백질의 80% 정도 2) 유청단백질 (whey protein) : casein을제외한나머지 - 가용성 - 복합단백질과당단백질의혼합 3) Proteose peptone - protein 과유기질소물의중간크기 - 가용성, 소량, 유리아미노산, creatine, nucleotide, urea - 특성에따라 5개군으로분류 1) casein 2) globulin 3) albumin 4) proteose-peptone 5) non-proteic nitrogen compound (NPNC) 6
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우유단백질의기타특성 - 유청단백질 : ph 4.6에서침전되지않음 - rennet (chymosine) 에의해 casein 분해응고 - casein : 인단백질 (0.85%) -> 인 : 열안정성, 칼슘침전의중요한역할 casein micelle 형성에중요 - 칼슘존재하에 casein 응고-> phosphocaseinate 형성 -> 칼슘의역할 : - 인산과함께여러결합의복합적형성유도 (CCP:colloidal calcium P) - dicarboxylic acid(glu, Asp) + serinated-p 의 bridge 형성 casein Ser - casein-coo-ca-(p)-ca-ooc-casein - casein 은유선에서만합성 - micelle 형태로분산되어존재 8
3. Casein 과유청단백질의분리 - 단백질생화학적기법을통해분리정제 9
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4. Casein 의분류및특징 - whole casein : 인산단백질복합체로서 ph 4.6 에서침전되는것-> 등전점 casein - 전기음성도에따라 α-, β-, k-casein 으로명명됨 - α-casein 의경우 2개의단백질임이밝혀짐->α s1 -, α s2 - 로분리 - 유전적변이체가매우다양 -> 30 개이상 + 전압 유단백질의전기음성도 11
1) α-casein - ca 존재하에모든온도에서침전 -> 인함량이높음 - 전기영동도가장큼 : acidic aa 함량이높음 2) β-casein - 전기영동도중간 - 상온에서만 ca 존재하에침전 - Pro 함량이높음 -> 1/6, 분자내고르게분포 -> 소수성높음 3) k-casein - 낮은영동도 - ca 존재하에침전않됨 - 함량낮지만 (15%) casein 안정화에중요한역할 12
5. Casein 의화학적특성 - 극성아미노산의함량낮으나 k-casein의역할로용해도는높음 (micelle 로분산 ) - β-casein : 소수성이높음, α-casein 친수성이강함 ( 상대적으로 ) - k-casein : C-말단에당함량이높아강한친수성, N-말단은소수성-> 양친매성 para-k-casein-phe(105)--met(106)-gmp(glycomacropeptide) ( 소수성 ) rennet ( 친수성 ) - rennin의특이적기질형성 -> 우유응고에있어중요한역할 - 높은수분결합능력 : 2.5g water/g protein -> 식품에응용 ( 소시지, 인스턴트식품등 ) - 높은 Pro 함량->α-helix, β-sheet 구조가적음-> 가수분해에민감-> 영양적으로중요 - α s2 -casein : Lys 함량높음 -> 필수아미노산공급 ( 식물성단백질에는낮은함량 ) -> casein의양전하형성에중요 - 상대적으로작은분자량 : 20~25 kda - 전체적으로표면소수성이높지만 k-casein의역할로 micelle 형성 -> 50~500nm 지름 ( 평균 120nm), 높은수화도 -> 열에대해매우안정 : 140 o C 15-20분가열후응고 13
α s1 -casein 3 차구조 14
β-casein 3 차구조 15
k-casein 3 차구조 16
Micelle 구조 - submicelle이 CCP( 교질인산칼슘 ) 으로서로연결된다공성의공극구조 - 기타소수성결합, 수소결합도결합력으로작용 - k-casein 비율이높은 submicelle은표면에위치 -> 친수성 C-말단이표면으로부터돌출->5-10nm두께형성 -> 음의낮은표면전위 (-20mV at ph6.7) 와함께 micelle 응집억제 casein-coo-ca-(p)-ca-ooc-casein CCP(Colloidal Calcium Phosphate) 17
Suggested casein micelle structure casein-coo-ca-(p)-ca-ooc-casein 18
Suggested casein micelle structure 19
6. 유청단백질 - 전카제인을분리한유청에포함 -> acid whey( 산성유청 ) : 등전점 casein 제거후 -> sweet whey( 감성유청 ) : rennet 첨가에의해 casein 제거후-> GMP 함유 - 유당과가용성염포함 - 단백질분리법으로세부분류 -> β-lactoglobulin -> α-lactalbumin -> immunoglobulin (Ig G, A) -> Serum albumin (BSA) -> Proteose-peptone -> NPN(non-proteic nitrogen) -> 기타소량의생리활성물질 -> lactoferrin, serotransferrin, enzyme etc. 1) β-lactoglobulin - whey protein 중가장높은함량, 모유중에는없음 - 위장 phosphatase inhibitor-> 유선내 phosphate 대사조절 - 18kDa monomer -> ph 3~7에서 dimer로존재 - retinol (vit A) 의운반기능-> 산화로부터보호소장까지전달 20
Retinol 과결합된 β-ig 모식도 21
2) α-lactalbumin - 모든포유류유즙에존재 - 유당합성계조절 -> 유당합성효소 (lactose synthetase) : subunit A와 B로구성 -> subunit A : UDP-galactosyl transferase -> galactose를여러공여체에운반 -> subunit B : α-la 성분 -> subunit A에결합 glucose-specific activity로전환 -> complex : Km for glucose ->1000배정도감소 -> 유당합성효소의조절단백질 UDP-galactose + N-acetylglucosamine UDP-galactose + glucose A B glycoprotein : subunit A only lactose : complex 3) 미량우유단백질 : lipase, protease, phosphatatse, lactoperoxidase etc. 22
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유당합성전과정 25
7. 유단백질합성과분비 26
유선세포에서의단백질의세포간이동 27
유선분비세포의모식도 28
8. 우유의효소학 - 구성성분으로고유효소존재 (60여종) -> 유선세포막을통한혈액성분유출 : plasmin, catalase -> 세포의구성성분 : 골지체 (galactosyl transferase), 세포막 (alkaline phophatase) - 미생물유래효소 - 효소로인한바람직한변화 : 숙성치즈의향취유발 - 비바람직한변화 : 우유산패 ( 이상취, 응고 ), 유가공품품질변화 - location : casein micelle, 지방구피막, 백혈구, 유청분산 - 기술적중요성 -> 우유품질보존및품질저하와관련 -> sulfhydryl oxidase, SOD vs lipase, protease, phosphatase -> 우유열처리조건의지표 -> alkaline phosphatase, γ-glutamyl transpeptidase etc. -> 유방염감염의지표 -> N-acetyl-β-D-glucosaminidase -> 항균활성 -> lysozyme, LP(lactoperoxidase) -> 효소의상업적공급원 29
1. Protease :plasmin, cathepsin D 1) Plasmin - 혈전의용해에관련 - plasminogen, activator, inhibitor와복합체계형성 - plasminogen은 plasmin의 4배농도로 casein micelle에함께연결 -> ph 4.6으로감소하면해리됨 - serine proteinase로서 Lys, Arg에특이성 - β-casein : plasmin에가장민감 - k-casein : lys, Arg 잔기있으나 plasmin에큰저항성-> 구조적이유에기인 - 우유내중요성 -> rennet 응고시 casein micelle에함유-> 치즈내에농축 -> casein의 1차단백질가수분해에 plasmin 관여 2) cathepsin : - 열에불안정 - 많은연구되어있지않음 30
Plasmin 활성화시스템 31
2. Lipase - 우유지방의가수분해에의한산패원인 - 세종류의 esterase -> A 형 : 방향족 ester(phenyl acetate) 특이성 -> B 형 : fatty ester 특이성 -> C 형 : choline ester 에특이성 - A:B:C = 3:10:1 - 실제우유의지방분해는거의없음 -> 90% 이상의 lipase 가 casein micelle 에연결 -> TG 기질이지방구막으로보호 -> 교반, 균질, 온도변화등에의해활성유도 - 우유중중요성 -> 치즈숙성의긍정적측면, 우유산패의주원인 3. 인산화효소 - alkaline phosphatase : phosphomonoesterase 활성, 저온살균의지표에이용 - acidic phosphatase : 열에대해안정, 낮은최적 ph(4.0) -> casein 탈인산화유도 -> 칼슘결합능력감소 -> k-casein 과의반응성, micelle 형성능력, 열안정성감소 32
4. Lysozyme - 광범위하게분포 - muramic acid-n-acetylglucosamine 의 β-1,4 결합가수분해 -> 세균세포벽의 mucopolysaccharide 파괴 -> 세균파괴 ( 항균제 ) - 사람, 말에풍부-> 라이소자임강화분유 -> 효과는? 33
5. Sulfhydryl oxidase (SO) - cysteine, glutathione 의 SH group 산화 2R-SH + O 2 R-S-S-R + H 2 O 2 - thiol 산화에의한가열취감소에이용 (UHT 우유 ) 6. Xanthine oxidase (XO) - aldehyde, purine의산화 - 지방구피막과결합 -> 4 o C 저장, 70 o C 5분가열균질 -> 활성증가 - 산화촉진제기능 : 자발적산패우유에정상유의 10배농도존재 XO - hypoxanthine + H 2 O + O 2 ----> xanthine + H 2 O 2 XO - xanthine + H 2 O + O 2 ----> uric acid + H 2 O 2 - NO 3- -> NO 2- 변환촉매 : NO 3- -> NO 2- + 1/2O 2 -> NO 2- 는세균의강력저해물질 (Clostridium) -> 치즈제조에이용 -> Clostridium 에의한후기팽화방지 34
Xanthine oxidase 35
7. Superoxide dismutase (SOD) - 과산화물 radical 제거 O 2 ᆞ + O 2 ᆞ + 2H + H 2 O 2 + O 2 - 형성된 H 2 O 2 는 catalase, peroxidase 등에의해환원 -> peroxidase의분해능력 : ROOR' + electron donor (2 e - ) + 2H + ROH + R'OH - O 2 ᆞ에의한우유조성분의산화방지 - 우유내 XO 농도와비슷 -> XO의산화촉진제효과상쇄역할 8. Lactoperoxidase (LPO) - 열안정성이매우높음 - peroxidase 활성 : H 2 O 2 를통한산화촉매 (vs Oxidase) -> reduced acceptor + H 2 O 2 -> oxidized acceptor + H 2 O - HTST 살균의지표효소 - 유방염감염에따라활성증가-> 유방염감염지표 - 불포화지방에대한산화유발 - lactenin ( 세균발육억제물질 ) 효과-> microbial self-inhibition SCN - LPO + H 2 O 2 OSCN - + H 2 O 미생물에의해생성 (Aerobic SOD 활성 ) 미생물생장억제 36
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