Липаза коровьего молока: строение, функции

ФГОУ ВПО

Калининградский Государственный  Технический Университет

           кафедра химии

 

 

 

 

Курсовая работа по биохимии на тему:

«Липаза коровьего молока, строение, функции».

 

 

 

 

Исполнитель:

студентка гуппы 09-ОП

Крюкова Наталья

 

Проверила:

д.б.н., профессор:

Сергеева Н.Т.

 

 

 

г. Калининград

2011 г

Содержание

Введение....................................................................................................................3

    1. Литературная часть.................................................................................4

Глава 1. Биохимический состав коровьего молока...............................................4

      1. Вода.......................................................................................................... 5
      2. Белки.........................................................................................................6
      3. Липиды.....................................................................................................9
      4. Углеводы..................................................................................................20
      5. Минеральные вещества..........................................................................24
      6. Биологически активные вещества.........................................................28
        1. Ферменты..................................................................................................28
        2. Витамины.................................................................................................37 Гормоны....................................................................................................43

Глава 2. Липаза...........................................................................................................44

      1.2.1 Общие  сведения о липазе...........................................................................44

      1.2.2 Гидролиз  липидов.......................................................................................45

      1.2.3 Методы  определения активности липазы.................................................47

      1.2.4 Строение  и свойства липазы......................................................................47

      1.2.5 Специфичность  липазы...............................................................................48

      1.2.6 Факторы,  влияющие на активность липазы..............................................49

      1.2.7 Переваривание  и всасывание липидов в желудочно-кишечный  тракт..49

      II.          Экспериментальная часть. Определение активности липазы молока.52

Заключение....................................................................................................................58

Список использованных источников..........................................................................59

     

 

     

   

 

 

 

Введение.

Молоко — биологическая  жидкость, образующаяся в молочной железе млекопитающих и предназначенная  для вскармливания детеныша и предохранения его от инфекций в начальный период жизни. Это чувствительная многокомпонентная сбалансированная система, обладающая высокими питательными, иммунологическими и бактерицидными свойствами и изменяющая свое состояние при воздействии различных факторов [3].

Молоко является ценным продуктом  питания, так как содержит большое  количество полноценных белков, витаминов  и минеральных веществ. Включение  молочных продуктов в любой пищевой  рацион повышает его полноценность, существенно изменяет количество пищи, способствует лучшему усвоению других компонентов рациона. Молоко благоприятно действует на секрецию пищеварительных  желез. Оно усваивается при минимальном  их напряжении. При этом энергии  требуется в 3 – 4 раза меньше, чем  для усвоения, например, хлеба.

Определенную ценность в  питании человека представляют молочный жир и другие липиды молока. Как  известно, биологическая ценность жиров  определяется содержанием полиненасыщенных жирных кислот, точкой плавления, перевариваемостью, количеством витаминов А, D, E (а также трансизомеров ненасыщенных жирных кислот).

Наряду с основными  веществами (вода, белки, липиды, углеводы, минеральные соли) в состав молока всех млекопитающих входят соединения, присутствующие, как правило, в небольших  количествах, но играющие важную роль в жизнедеятельности новорожденных  и которые часто объединяют группу биологически активных соединений. К  ним относятся ферменты, витамины и гормоны. Одним из важнейших ферментов, способствующих хорошему усвоению молока, является липаза. Она принадлежит классу гидролаз и действует на сложноэфирные связи в триацилглицеринах и фосфолипидах.

Целью настоящей курсовой работы является изучить строение, функции липазы и биохимическую ценность коровьего молока.

Для выполнения этой цели, необходимо выполнить следующие задачи:

    1. изучить биохимическую ценность коровьего молока по содержанию белков, жиров, углеводов, витаминов, ферментов, микро- и макроэлементов и
    2. изучить строение и биохимические функции липазы;
    3. изучить влияние желчи на активность липазы методом титрования гидроксидом натрия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Литературная часть

 

Глава 1. Биохимический  состав коровьего молока

В состав молока всех млекопитающих  входят белки, липиды, углеводы, минеральные вещества, ферменты, витамины, гормоны и ряд других компонентов. Однако количественный и качественный состав молока разных представителей млекопитающих может сильно различаться. Он определяется видом млекопитающего, зависит от скорости роста детеныша, дпительности периода вскармливания молоком, температуры окружающей среды и других факторов.

Рисунок 1. Химический состав коровьего молока [3]

Средний химический состав молока, поступающего в настоящее  время на предприятия молочной промышленности, представлен на рисунке 1.

На рисунке 1 даны как истинные составные части, синтезируемые в процессе нормального обмена веществ при секреции молока, так и неистинные (посторонние, или чужеродные) компоненты, которые появились в молоке совсем недавно — 30-40 лет тому назад. Появление в молоке чужеродных веществ вызвано использованием новых методов лечения животных (антибиотики, гормональные препараты и др.), химизацией сельского хозяйства (пестициды, нитраты и нитриты), а также загрязнением окружающей среды различными выбросами (токсичные элементы, радионуклиды, диоксиды и др.)

 Как нидно из рисунка 1, более 85% сухого остатка молока составляет вода; на остальные компоненты (белки, липиды и др.) приходится менее 15%, однако их пищевая ценность огромна.

 

Таблица 1. Содержание в 100 г молока белков, жиров, углеводов и воды, г

Наименование

Содержание в молоке, г

Суточная потребность  взрослого человека, г

% от суточной потребности

На 1 кг массы 

На 50 кг

Белки

3,0

2,4

118

2,5

Жиры

3,7

2,0

100

3,7

Углеводы

4,6

9,0

450

1,1

Вода

88

30-40

1500-2000

5


Из таблицы 1 следует, что  наибольший удельный вес  в молоке (88 %) занимает вода; содержание белков в молоке в среднем составляет 3,2%, которые состоят из казеина  и сывороточных белков; к липидам (3,4 %), входящим в состав молока,  в  основном относятся триацилглицериды, фосфолипиды и некоторые стерины; углеводы, содержание в молоке которых   в среднем 4,7 %, представлены в основном молочным сахаром лактозой и продуктами ее распада – глюкозой и галактозой. Помимо этих трех классов веществ, которые, главным образом, и обуславливают  основные.

 

1.1.1 Вода

В молоке содержится 87-89% воды, которая жизненно необходима для новорожденного. Ее роль неоценима — являясь основной средой протекания жизненных процессов, она переносит питательные вещества, участвует в многочисленных реакциях (прежде всего в гидролитических), стабилизирует температуру тела и т.д.

В молочных продуктах (молоко, кисломолочные продукты, сыры и др.) она выступает как диспергирующая среда и растворитель, стабилизирует структуру белков и других полимеров, обусловливая консистенцию и вкус продукта.

Большая часть воды (84-86%) в молоке находится в свободном состоянии, а меньшая часть (3-3,5%) — в связанной форме [2].

Вода бывает свободная  и связанная.

Свободная вода является растворителем органических и неорганических соединений молока (лактозы, солей, кислот, водорастворимых витаминов, ароматических веществ и пр.). Она замерзает при температурах, близких к 0°С, имеет максимальную плотность при 4°С.

Свободная вода доступна для  развития микроорганизмов, протекания химических и биохимических процессов, именно она является причиной порчи молочных продуктов. Ее можно удалить из молока с помощью высушивания, ультрафильтрации, сгущения, а также превратить в лед под действием отрицательных температур.

Связанная вода по своим свойствам значительно отличается от свободной воды. Она лишена подвижности, не замерзает при низких температурах (-40оС), не растворяет электролиты, имеет плотность, вдвое превышающую плотность свободной воды, с большим трудом удаляется из продукта при высушивании и т.д. Связанная вода в отличие от свободной недоступна микроорганизмам и в ней не протекают химические процессы.

По форме связи с  компонентами (продуктом) связанная  вода согласно классификации П. А. Ребиндера [7] делится на три группы: вода химической, физико-химической и физико-механической связи. Формы связи воды отличаются природой и величиной энергии (прочности) связи.

Наиболее прочной является химическая связь воды в химических соединениях и кристаллогидратах, физико-химическая связь воды характеризуется средней прочностью. В молоке связывают воду мицеллы казеина, β-лактоглобулин, оболочки жировых шариков и свободные фосфолипиды, а также лактоза и минеральные вещества.

Гидратация частиц казеинаткальцийфосфатного  комплекса (ККФК) обусловлена наличием на их поверхности, а также внутри него полярных групп: -СООН, -ОН, >CO...HN<, -NH2 -SH и др. При адсорбировании воды диполи располагаются несколькими слоями вокруг гидрофильных центров ККФК, образуя так называемую гидратную (водную) оболочку. От толщины и прочности гидратной оболочки зависит стабильность мицелл казеина (а также жировых шариков).

 

1.1.2 Белки

Азот в молоке представлен  в двух фракциях: белках, составляющих около 95% и небелковых азотистых веществах, на которые приходится около 5%.

Белки являются самым важным компонентом коровьего молока. В  молоке обнаружена целая уникальная белковая система, являющаяся источником пищевых белков высокой биологической ценности. Среди них можно выделить две главные группы: казеин и сывороточные белки, среднегодовое содержание которых составляло в 1999 г. 3,1% с колебаниями от 2,8 до 3,4%.

Белки молока разнообразны по строению, физико-химическим, биологическим  и функциональным свойствам. Как  известно, белки молока всех млекопитающих  необходимы для обеспечения быстрого роста и нормального развития новорожденных. Кроме того, белки  коровьего молока имеют особое значение в питании человека [2].

Биологические функции белков.

Биологические функции молочных белков, как и любых других животных белков, многообразны. Так, казеины (казеин) молока, являются собственно пищевыми белками, выполняя в организме млекопитающих весьма важные структурные (пластические) функции. Они максимально расщепляются пищеварительными протеазами в нативном состоянии, в то время как обычно глобулярные белки приобретают эту способность только после денатурации. Казенны обладают свойством свертываться в желудке новорожденного с образованием сгустков высокой степени дисперсности. Кроме того, они являются источником кальция, фосфора и магния, а также целого ряда физиологически активных пептидов, регулирующих процесс пищеварения (уровень желудочной секреции).

Не менее важными биологическими функциями обладают сывороточные белки. Так, иммуноглобулины выполняют защитную функцию, являясь носителями пассивного иммунитета, лактоферрин и другие белки — лизоцим, лактопероксидаза, ксантиноксидаза, относящиеся к ферментам молока, обладают антибактериальными свойствами.

Многие белки молока выполняют  транспортную роль. Например, казеин транспортирует в кишечник новорожденного Са, Р и Mg, лактоферрин — Fe, (5-лактоглобулин — витамин А и т.д.

Некоторым белкам свойственна  регуляторная функция. Так, α-лактальбумин регулирует действие фермента галактозилтрансферазы, направляя его на синтез лактозы, а не других олигосахаридов; компонент 3 протеозо-пептонов выполняет функции ингибитора липопротеидлипазы; β-лактоглобулин — ингибитора плазмина.

Аминокислотный  состав белков.

Белки молока содержат почти  все аминокислоты, обычно встречающиеся  в белках. Аминокислоты белков относятся к α-аминокислотам L-формы и имеют общую формулу:

        αН

R—С—СООН

     NH2

 

Таблица 1.1Аминокислотный состав белков молока, потребности взрослого человека в аминокислотах [9], мг

Аминокислоты

Содержание

Потребности взрослого человека, мг

% от суточной потребности

На 1 кг

На 50 кг

Незаменимые аминокислоты:

1385

443

22150

6,3

Фенилаланин

175

57

2850

6,1

Треонин

153

43

2150

7,1

Валин

191

57

2850

6,7

Лейцин

283

86

4300

6,6

Изолейцин

189

58

4060

4,7

Метионин

83

57

2850

2,9

Лизин

261

71

3550

7,4

Триптофан

50

14

700

7,1

Заменимые аминокислоты:

1759

729

36450

4,8

Аргинин

122

86

4300

2,8

Аланин

98

43

2150

4,6

Пролин

278

71

3550

7,8

Цистеин

26

43

2150

1,2

Аспаргиновая кислота

219

85

4250

5,2

Тирозин

184

57

2850

6,5

Серин

186

43

2150

8,7

Глицин

47

43

2150

2,3

Гистидин

90

28

1400

6,4

Глутаминовая кислота

509

229

11450

4,4


 

Из таблицы 1.1 видно, что в коровьем молоке присутствуют все незаменимые аминокислоты, необходимые для нормального функционирования организма человека. Из незаменимых аминокислот больше всего в молоке лизина (20% незаменимых аминокислот) и лейцина(18,8%). Также из таблицы видно, что для удовлетворения суточной потребности в незаменимых аминокислотах тебуется выпить 2 литра молока, а для удовлетворения суточной потребности в заменимых аминокислотах – 2,4 литра коровьего молока.

Казеин.

Основным белком молока является казеин. Количество казеина в коровьем молоке колеблется от 2,1 до 2,8%. Элементарный состав нефракционированного казеина (в %) следующий: углерод — 53,1; водород — 7,1; кислород — 22,8; азот — 15,4, сера — 0,82; фосфор — 0,8.

На практике под казеином понимают смесь фосфопротеидов, осаждаемых из обезжиренного молока при подкислении  до рН 4,6...4,7. Основная часть казеина (около 95%) в молоке содержится в виде казеиновых мицелл и лишь незначительная часть (около 5%) — в виде мономеров, полимеров фракций казеина и субмицелл, имеющих размер менее 20...40 нм. Последнюю форму казеина называют растворимым казеином, его количество зависит от температуры и продолжительности хранения молока.

Очищенный казеин, выделенный из молока с помощью уксусной кислоты, представляет собой аморфный порошок  белого цвета, без запаха и вкуса, практически нерастворимый в воде, растворимый в слабых растворах щелочей, солей щелочных и щелочноземельных металлов и минеральных кислот. Он может быть разделен на фракции, различающиеся по составу и свойствам.

Казеин принадлежит к  фосфопротеидам — в своем составе  содержит фосфорную кислоту (органический фосфор), присоединенную моноэфирной связью к остаткам серина:

Своими полярными группами и пептидными группировками главных цепей казеин связывает значительное количество воды — около 3,7 г на 1 г белка. Гидрофильные свойства казеина зависят от структуры, величины заряда молекул, рН среды, концентрации в ней солей, а также других факторов.

Способность казеина связывать  воду имеет большое практическое значение. От гидрофильных свойств казеина зависит устойчивость мицелл белка в сыром, пастеризованном и стерилизованном молоке.

Казеин подобно всем белкам обладает амфотерными свойствами — способен проявлять как кислые, так и щелочные свойства:

В молоке казеин имеет явно выраженные кислые свойства. Его свободные  карбоксильные группы дикарбоновых аминокислот и гидроксильные  группы фосфорной кислоты легко  взаимодействуют с ионами солей  щелочных и щелочноземельных металлов (Na+ ,К+, Ca2+, Mg2+), образуя казеинаты. При иодировании тирозина, входящего в состав белка, образуется иодказеин, который сейчас стали широко применять в молочной и хлебопекарной промышленности для ликвидации йодной недостаточности населения.

Свободные аминогруппы казеина  могут взаимодействовать с альдегидами, например, с формальдегидом:

Эта реакция лежит в  основе определения содержания белков в молоке методом формального титрования.

 

1.1.3 Липиды

С помощью современных  физико-химических методов из молока выделены и идентифицированы следующие  липидные компоненты, указанные на рисунке 2 [3].

Рисунок 2. Классификация  липидов молока .

Главным компонентом липидов  молока являются ацилглицерины (глицериды), составляющие по массе более 98%. Содержание сопутствующих липидам веществ — фосфолипидов, гликолипидов, стеринов, витаминов, пигментов, определяющих их цвет, запах и вкус (находящихся главным образом в составе липопротеидных оболочек шариков жира) в них невелико — обычно менее 2%.

Адилглицерины молочного  жира выполняют энергетическую функцию, а также обусловливают определенный вкус и консистенцию молочных продуктов; фосфолипиды помимо известной физиологической роли выполняют структурную и защитную функции, стабилизируя жировую эмульсию и усиливая стойкость жира к окислению и гидролизу. Кроме того, липидная фракция молока является источником биологически ценных полиненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов, провитаминов и других важных для растущего организма соединений. Их присутствие повышает пищевую ценность молочного жира.

 

Молочный  жир.

Содержание жира в молоке (молочного жира) колеблется от 3,1 до 4,3%. По химическому строению молочный жир не отличается от других природных  жиров. Он представляет собой смесь  триацилглицеринов (триглицеридов), построенных по следующему типу:

 

В 1,3-положенияхтриацилглицеринов  молочного жира преобладают стеариновая, олеиновая и низкомолекулярные кислоты (масляная, капроновая и др.), в 2-положении — пальмитиновая, миристиновая, лауриновая, пальмитолеиновая, линолевая.

Наряду с триацилглицеринам  и (составляющими около 97-98%) жир молока содержит небольшое количество продуктов неполного синтеза или гидролиза липидов — ди- и моноацилглицеринов и свободных жирных кислот (СЖК). Содержание диглицеридов составляет 0,35%, но при ферментативном гидролизе жира может достигать 1-1,6% и выше; моноглицериды содержатся в виде следов (около 0,025%) и несколько повышаются до 0,2% и более при липолизе молока. Количество свободных жирных кислот в свежем жире составляет сотые доли грамма (0,02-0,06 г) на 100 г жира, но также увеличивается при хранении молока.

Состав жирных кислот.

В триацилглицеринах молочного  жира обнаружено почти 400 жирных кислот с числом атомов углерода от С4 до С26: насыщенные с четным и нечетным числом атомов углерода, моно- и полиненасыщенные (цис- и трансизомеры), изо-, антеизо- и многократно разветвленные насыщенные кислоты, гидрокси- и кетокислоты. Однако лишь 10-12 кислот с четным числом атомов углерода (С4:0-С18:0, С18:1 и др.) встречаются в количестве более 1-5% каждая; их называют главными. Остальные кислоты (С10:1, С12:1, C18:3., и др.), найденные в количествах менее 1% и в виде следов, относят к минорным. Содержание и характеристика главных и некоторых минорных кислот жира молока (по данным отечественных и зарубежных авторов) приведены в таблице 1.2.

Кроме кислот, приведенных  в таблице 1.2, в жире молока обнаружены следующие кислоты:

    • насыщенные с нечетным числом атомов углерода С5-С23, в сумме составляющие около 2% общего содержания кислот. К ним относятся нонановая, или пеларгоновая (С9), гендекановая, или ундециловая (С11), тридекановая, или тридециловая (С13), пентадекановая, или пентадециловая (С15), гептадекановая, или маргариновая (С17), и др. Каждая из них содержится в количестве менее 0,3%, за исключением С15 и С17, содержание которых составляет соответственно 0,8-1,5% и 0,7-1%;
    • насыщенные высокомолекулярные с общим содержанием около 0,2%: докозановая, или бегеновая (С22), тетракозановая, или лигноцериновая (С24), и гексакозановая, или церотиновая (С26);
    • насыщенные с разветвленной цепью атомов углерода, в сумме составляющие около 1%: изо-С13, антеизо-С15 и др.;
    • насыщенные высокомолекулярные кислоты с одной двойной связью – 9-эйкозеновая, или гадолеиновая (С20:1), в количестве 0,1%, 13-декозеновая, или эруковая (С22:1) в количестве 0,01-0,05%, а также кислоты С23:1-С25:1;
    • полиненасыщенные кислоты с 2-6 двойными конъюгированными и неконъюгированными связями (С20:2, С20:3, С18:4, С22:4, С20:5, С22:5, С22:6), которые содержатся в коровьем молоке в незначительном количестве;
    • наряду с названными в таблице 2 трансизомерами олеиновой кислоты (вакценовой и элаидиновой), следы трансизомеров других моно- и диеновых кислот;
    • гидрокси- и кетокислоты от С10 до С16.

Как видно из таблицы 1.2, состав жирных кислот молочного жира непостоянен и содержание отдельных жирных кислот в нем может меняться. Он зависит от условий его получения: рационов кормления, стадии лактации, сезона, географической зоны, породы животных и т.д.

В составе триглицеридов  жира преобладают насыщенные кислоты, их общее содержание колеблется от 58 до 77% (среднее составляет 65%), достигая максимума зимой и минимума летом. Содержание ненасыщенных кислот в среднем  равно 35% (при колебании летом 34-47%, зимой – 25-39%). Отношение количества ненасыщенных кислот к насыщенным составляет 0,4-0,7.

Среди насыщенных кислот преобладают  пальмитиновая, миристиновая и стеариновая, среди ненасыщенных – олеиновая.

Глицеридный состав молочного жира.

Как известно, свойства жиров определяются составом и характером распределения жирных кислот в молекулах триацилглицеринов (триглицеридов).

Молочный жир состоит  из нескольких тысяч триацилглицеринов. Триацилглицерины главным образом смешанные — двух- и трехкислотные. Поэтому жир имеет относительно низкую температуру плавления и однородную консистенцию. Жирные кислоты, входящие в состав триацилглицеринов, влияют на физические свойства жира. Так, преобладание в триацилглицеринах насыщенных жирных кислот С16-С18 повышает температуру плавления жира, а ненасыщенных и низкомолекулярных насыщенных кислот С4-С8 понижает ее. Состав жирных кислот в триацилглицеринах регулируется в процессе синтеза молочного жира специальными ферментными системами.

В зависимости от характера  содержащихся жирных кислот различают три насыщенные (S3), динасыщенно — мононенасыщенные (S2U), мононасыщенно — диненасыщенные (SU2) и триненасыщенные (U3) триацилглицерины. В молочном жире преобладают S, и S2U триацилглицерины — их количество превышает 85% (29,5-47,8% и 38,2-46,9%, соответственно). Содержание же SU2 и U3 триацилглицеринов в нем незначительно и составляет 8,2-21,6% и 0,3-4,0%.

 

Таблица1.2 Жирнокислотный состав молочного жира, суточная потребность взрослого человека в жирных кислотах, мг[5]

Жирные кислоты

Содержание, мг

Суточная потребность  взрослого человека, мг

% от суточной потребности

На 1 кг массы

На 50 кг

Насыщенные:

2,1

0,46

23

9,1

Масляная

0,12

      

Капроновая

0,07

      

Каприловая

0,04

      

Лауриновая

0,2

      

Миристиновая

0,51

      

Пальмитиновая

0,75

      

Стеариновая

0,38

      

Арахиновая

0,03

      

Мононенасыщенные:

 

1,73

0,15

7,7

 

22,5

Пальмитолеиновая  (16:1ω7)

0,95

0,05

2,3

41,3

Олеиновая  (18:1ω9)

0,78

0,11

5,4

14,4

Полиненасыщенные:

0,205

0,15

7,7

2,7

Линолевая  (18:2ω6)

0,085

0,07

3,4

2,5

Линоленовая  (18:3ω3)

0,03

0,02

1,2

2,5

Арахидоновая  (20:4ω6)

0,09

0,06

3,2

2,8

Липаза коровьего молока: строение, функции 📙 Курсовая → 🆔 116947

Липаза коровьего молока: строение, функции 📙 Курсовая → 🆔 116947

Липаза коровьего молока: строение, функции