Caseïne en kabbelen

a. Eiwitten in het algemeen


Eiwitten zijn belangrijke biomoleculen en kunnen verschillende functies vervullen. Sommige hebben een structurele rol (b.v. collageen in bindweefsel). Andere komen tussen bij het transport en opslag van kleine moleculen (b.v. hemoglobine voor binding en transport van dizuurstof, zie les: Waarom is bloed rood?). De enzymen, wellicht de belangrijkste groep van eiwitten, fungeren als katalysator voor tal van biochemische processen (b.v. in de spijsvertering). Ook bij de bloedstolling (met fibrinogeen als sleuteleiwit) en bij de afweer tegen ziektekiemen (via de immunoglobulinen, ook wel antilichamen genoemd) spelen eiwitten een essentiële rol.

Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren die aan elkaar worden gebonden door een peptidebinding. In eiwitten komen 20 verschillende aminozuren voor en deze zijn voor een bepaald eiwit altijd in dezelfde volgorde (sequentie) aan elkaar geschakeld. Bij de synthese wordt de eiwitketen opgeplooid tot een karakteristieke driedimensionale structuur (conformatie; verschillend voor ieder eiwit). Verschillende eiwitketens kunnen zich onderling verbinden (“associëren”) tot een oligomeer en zo de uiteindelijke eiwitstructuur vormen.


Een klassieke methode voor de classificatie van eiwitten berust op hun oplosbaarheid in water en in zoutoplossingen.
De invloed van zouten komt tot uiting in twee effecten:
- inzouting: toename van de oplosbaarheid van een eiwit door toevoegen van kleine hoeveelheden zout aan de oplossing;
- uitzouting: afname van de oplosbaarheid van een eiwit door sterk verhogen van de zoutconcentratie van de oplossing.
Als zout wordt veelal ammoniumsulfaat gebruikt omdat het de beste uitzoutingsefficiëntie heeft.

Twee grote klassen van eiwitten worden onderscheiden:
- de globulinen : zijn onoplosbaar in water; komen in oplossing bij toevoegen van zout (inzouting) en slaan neer (uitzouting) bij toevoegen van ammoniumsulfaat tot een eindconcentratie van ongeveer 2 mol/liter.
- de albuminen : hebben een zekere oplosbaarheid in water; deze oplosbaarheid zal nog wat toenemen bij toevoegen van zout; ze slaan neer (uitzouting) wanneer ammoniumsulfaat is toegevoegd tot een eindconcentratie van ongeveer 4 mol/liter.
De oplosbaarheid van beide types eiwitten in functie van de zoutconcentratie is geïllustreerd in Fig.2.

oplosbaarheid
Fig. 2. Invloed van de concentratie aan toegevoegd zout (ammoniumsulfaat) op de oplosbaarheid van globulinen en albuminen in waterig milieu.


Bij opzuivering van een eiwit uit een complex mengsel van eiwitten kan van dit verschillend uitzoutingsgedrag gebruik worden gemaakt. De methode wordt “gefractioneerde precipitatie” genoemd en laat toe de globulinen te scheiden van de albuminen. Uiteraard zijn bijkomende scheidingstechnieken zoals bijvoorbeeld chromatografie nodig om een bepaald eiwit te isoleren uit de globale fractie van hetzij de globulinen, hetzij de albuminen.
Naast door de zoutconcentratie wordt de oplosbaarheid van een eiwit ook bepaald door de pH van de oplossing. Eiwitten zijn namelijk het minst oplosbaar bij hun iso-elektrisch punt, dit is de pH waarbij de globale lading van het eiwit nul is. Bij het iso-elektrisch punt zijn immers evenveel positief- als negatief geladen groepen aanwezig. De geladen groepen zijn respectievelijk afkomstig van basische en zure functionele groepen, aanwezig in de restgroepen van de samenstellende aminozuren.
 

b. Eiwitten in melk

In melk zijn zowel globulinen als albuminen aanwezig. Voor koemelk gelden volgende concentraties:
- globulinen: - caseïne: ongeveer 25 g/L
- immunoglobulinen: ongeveer 1 g/L
- albuminen: een mengsel van eiwitten met een totale concentratie van ongeveer 5 g/L.

Door de aanwezigheid van natuurlijke zouten in melk zijn ook de globulinen opgelost.
 

c. Caseïne

Caseïne is veruit het belangrijkste melkeiwit. Het vertegenwoordigt ongeveer 80% van het totale eiwitgehalte in melk.
Caseïne is belangrijk voor de voeding van het jong. Het is gemakkelijk afbreekbaar en vormt een bron van essentiële aminozuren voor de synthese van andere eiwitten.
De pH van melk is vrij neutraal (ongeveer 6,8). Bij deze pH zijn alle melkeiwitten, ook caseïne, opgelost.

Het iso-elektrisch punt van caseïne bedraagt 4,6. Wanneer we melk aanzuren (b.v. door toevoegen van HCl) zal op een zeker ogenblik het iso-elektrisch punt van caseïne worden bereikt waarbij dit eiwit neerslaat. Dit verklaart het kabbelen van de melk. Ook wanneer melk op natuurlijke wijze aanzuurt, als gevolg van de groei van bacteriën die het in de melk aanwezige lactose omzetten in melkzuur, zal de melk om dezelfde reden beginnen te kabbelen.

Caseïne komt in de melk voor als micellen, submicroscopische deeltjes samengesteld uit een verzameling grote moleculen. Deze micellen bestaan uit submicellen, die zelf gevormd zijn door een aaneensluiting van verschillende caseïne-eiwitketens. Men onderscheidt alfa-, bèta- en kappa-caseïnes, ieder met een verschillende aminozuursamenstelling. De alfa- en bèta-caseïnes bevatten fosfaatgroepen, die via condensatiereacties aan de eiwitketens gebonden zijn. Ze bevinden zich hoofdzakelijk in het interne deel van de micel. De kappa-caseïne-moleculen daarentegen zijn vooral aan de buitenkant van de micel gelegen. Ze bestaan uit een hydrofoob (waterafstotend) deel dat in de micel steekt en een hydrofiel (wateraantrekkend) deel dat naar buiten toe gericht is. Door dit hydrofiel deel, dat polaire haarvormige uitsteeksels bevat, stoten de micellen elkaar af en blijven ze in oplossing. De submicellen worden aan elkaar gehouden door calciumionen die bruggen vormen tussen de fosfaatgroepen aan het oppervlak van de submicellen. Een schematische voorstelling van de opbouw van een caseïnemicel is gegeven in Fig. 3.

caseinemicel
Fig. 3. Schematische voorstelling van een caseïnemicel en –submicel. De doormeter van een micel varieert en bedraagt gemiddeld ongeveer 100 nanometer = 100.10-9 m.


 

Opbouw van de les:

nog vragen over deze les?