第十四章乳和蛋的化学组成与形成ppt课件.ppt
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1、乳和蛋的生物化学,一、乳的生物化学二、蛋的生物化学,第十四章,一、乳的生物化学,(一)乳的组成(二)乳的生物合成,(一)乳的组成,乳中含有水分、蛋白质和非蛋白含氮化合物、脂质、糖类、无机物质、维生素、酶类、激素、生长因子、有机酸、气体等化学成分。其中水分占90%;乳的组成和分泌量因动物种别、年龄、泌乳周期、饲料、饲养管理以及气候的影响而发生改变。,乳中主要成分的含量,1.乳中蛋白质的组成,乳中所含的氮约95%是以蛋白质的形式存在;乳中的蛋白质统称为乳蛋白,可分为:酪蛋白乳清蛋白乳脂肪球膜蛋白(含量很少),酪 蛋 白s-酪蛋白、-酪蛋白、-酪蛋白和-酪蛋白,其中-酪蛋白实际上是-酪蛋白的酶解产物
2、,故酪蛋白主要是前三种类型。-酪蛋白是唯一含有糖成分的,并对钙不敏感而对凝乳酶敏感的酪蛋白。,乳清蛋白-乳球蛋白、a-乳清蛋白、血清清蛋白、免疫球蛋白、乳铁蛋白、转铁蛋白、2-微球蛋白、乳清酸蛋白、溶菌酶等。,各种动物乳中的酪蛋白和乳清蛋白含量明显不同。,人和各种动物乳中酪蛋白和乳清蛋白质含量(),(1)酪蛋白,酪蛋白(casein,CN)是乳腺上皮细胞合成的,是乳中特有的一组磷蛋白,含有大量的磷和钙。它以磷酸酯键与丝氨酸的羟基结合,还含有少量已糖、氨基糖、唾液酸等残基;酪蛋白在牛乳中占总蛋白的80%,在猪乳中可能超过60%。,酪蛋白在乳中是以微团状态存在的,称为酪蛋白微团(casein mi
3、celle)。酪蛋白微团是由有机成分和无机成分 组成的酪蛋白复合体。,酪蛋白亚微团和组成酪蛋白微团示意图,(2)乳清蛋白,酪蛋白沉淀后(pH 4.6),存在于乳清中的蛋白质称为乳清蛋白(Whey protein);乳清蛋白是一组蛋白质,它的热稳定性不如酪蛋白;主要的乳清蛋白有:-乳白蛋白-乳球蛋白血清白蛋白免疫球蛋白,(3)乳脂肪球膜蛋白质,乳脂肪球膜(milk fat globule membrane,MFGM)蛋白质是一组膜结合蛋白。由于乳脂分泌是顶浆分泌,包裹乳脂小球的质膜被上皮细胞释放到乳腺腺泡腔中,与膜结合的蛋白一起被分泌到乳中;乳脂肪球膜蛋白质一般都是长链状具有高度糖基化的蛋白质,
4、包括位于胞浆的端部分、跨膜区和高度糖基化的胞外端;其氨基酸分析表明,谷氨酸、天冬氨酸和亮氨酸含量最高,含硫氨基酸和组氨酸含量较低;乳脂肪球膜蛋白质糖基成分有唾液酸、己糖、氨基己糖等。,(4)乳中的酶,乳中酶的种类很多,现已发现60余种,主要来自乳腺组织、血浆和白细胞;另外,还存在一些由微生物分泌的酶;这些酶分属氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类六大类。,乳中大部分酶对乳自身并无作用和功能,只有少部分酶对乳起作用,可影响乳在贮存过程中的风味及理化性质,影响乳制品的生产和质量;母乳中的酶对乳腺和婴儿的营养与健康起一定作用,尤其是在营养素的消化吸收或转移、胃肠功能、对感染
5、的防御作用等方面。,乳中各种酶的基本功能,注:LPL,脂蛋白脂酶;MDL,乳消化脂酶,在乳腺中起作用的酶类,其主要作用是参与乳成分的合成,以及保护乳腺细胞自身不被一些水解酶水解造成细胞损伤。乳中这类酶较多,在乳汁分泌时与乳一起分泌出来。,在乳腺中起作用的酶类,在不同的泌乳阶段,人乳中与乳腺功能有关的酶不仅在种类上存在差异,而且在含量(或活性)上也不同,反映出在不同泌乳时期与乳生成有关的基因表达的不同。有些酶在产后初乳中存在,而在产前乳房分泌物中不存在,例如脂蛋白脂酶(LPL),该酶控制乳腺从环境中汲取脂蛋白脂肪酸,在运送长链脂肪酸、磷脂和胆固醇至乳腺的过程中起关键作用。该酶在产前乳房分泌物中缺
6、乏,相应的反应是分泌物中脂肪含量低(1mg/dL)。但产后LPL活性和乳中脂肪含量快速增加,后者达34mg/dL。,(5)乳中蛋白质的功能,酪蛋白含有几乎全部必需氨基酸,是新生幼仔最具营养价值的蛋白质,同时也提供钙、磷等营养素。酪蛋白在新生幼仔胃肠道蛋白酶作用后,可释放多种生物活性肽。这些活性肽对幼仔的消化、营养、免疫等发挥调节作用;-乳白蛋白的氨基酸组成与婴儿的需求十分相近,所以有较高的营养价值。除作为重要的营养源之外,-乳白蛋白是乳腺中乳糖合成酶的一个重要组分。,在小牛和其他一些品种的牛的肠道中,-乳球蛋白与脂溶性维生素如维生素A和维生素E进行预结合,利于它们的吸收和转运;血清白蛋白除提供
7、氨基酸外,还可结合激素与微量元素,作为这些物质的转移媒介;乳铁蛋白的主要功能是抑制细菌生长、抗病毒作用、抑制自由基形成、促进细胞生长、提高免疫能力、抗氧化、促进双歧杆菌增殖等。,2.乳脂质组成,乳中的脂肪呈小球状存在,直径平均为3-4m。乳脂肪球主要由甘油三酯组成,它的表面包以由磷脂和蛋白质构成的膜,这个外膜的作用是使脂肪球稳定的悬浮于乳中,同时也阻止存在于乳中的脂肪酶水解甘油三酯。,(1)乳脂的种类、含量和分布,乳脂的脂肪酸成分与体脂的脂肪酸有很大的差别。例如,反刍动物的沉积脂肪中缺乏短链脂肪酸,而乳脂中则含有较多的短链脂肪酸。乳脂的组成中甘油三酯占99,其余的 1中大部分是磷脂(卵磷脂、脑
8、磷脂及神经磷脂)、微量的胆固醇及其他脂类。,人乳和牛乳中乳脂的主要成分(%),人和动物乳脂的含量(),(2)乳脂的功能,供能;易消化吸收的脂肪;一种脂肪的消化性就是指身体对其吸收的速率和程度,乳脂肪是各种饮食脂肪和油中消化性最好的。乳脂肪的食用价值。,3.乳中糖的组成,主要:乳糖(双糖),单糖:葡萄糖、半乳糖与乳糖合成关系,多种游离的溶解的低聚糖抗原活性和促进肠道 某些细菌的生长。,(1)乳中糖的种类和含量,N-乙酰半乳糖胺,密切,甘露糖,岩藻糖,乳中复合糖和糖蛋白的结构成分,牛乳中糖类分布和存在状态,乳糖是哺乳动物乳的主要成分之一,牛奶中主要的碳水化合物是乳糖。人乳中乳糖占总糖量的95%,牛
9、乳中乳糖占总糖量的99.8%。,牛奶中的碳水化合物含量,不同动物乳中乳糖含量不同。人和狒狒、黑猩猩、貂等乳中的乳糖含量较高。海狮、海豹、熊、大袋鼠等动物的含量较低。多数动物全乳中乳糖的含量为3%-7%。,人和各种动物乳中乳糖的含量(%),(2)乳中糖的功能,为生理活动提供能量;促进肠道内钙磷等的吸收;参与机体组成和细胞活动;乳糖消化吸收和乳糖不耐症先天性乳糖酶缺乏导致肠乳糖消化吸收障碍,人饮用牛乳以后,乳糖无法分解,在肠内聚集,增加肠腔渗透压,阻止水分吸收。同时刺激肠道,增加肠蠕动,诱发腹泻。大量乳糖到达大肠,受细菌作用,发酵产生大量有机酸和气体,引起腹痛和气胀以及呕吐等症状,粪便中乳糖增多,
10、尿中出现乳糖,称为乳糖不耐症(lactose intolerance)。,4.乳中其他重要的营养活性成分,(1)维生素牛奶中含有脂溶性维生素A、维生素D、维生素E和维生素K;水溶性维生素主要存在于乳清中。牛奶含有大多数B族维生素,特别是维生素B2(核黄素)。这种维生素是由瘤胃产生经血液输送到奶中。牛奶也是小牛维生素C的重要来源。,(2)矿物质,乳中矿物质约占0.75%;牛乳中主要的矿物质有钙、磷、钠、钾、氯、镁、硫,此外还有少量的铁、铜、钴、碘、锰、锌等;乳中的无机盐包括钾、钠、钙、镁的磷酸盐、氯化物和柠檬酸盐,还有微量的重碳酸盐;乳中的矿物质主要来自血液,乳和血液是等渗的,乳糖和钠、钾、氯离
11、子是产生渗透压的主要物质。乳和血液相比,乳中含有更多的钙、磷、钾、镁和碘,但钠、氯和重碳酸盐则比血浆中的浓度低。,(3)激素和生长因子,乳中含有许多类固醇激素、多肽类生长因子,乳中类固醇激素、多肽类生长因子有催乳素、促甲状腺素、黄体生成素释放素、促肾上腺皮质激素、促甲状腺素释放激素、生长抑素、生长素释放激素、甲状旁腺素释放肽、降钙素、胰岛素、胰岛素样生长因子、胰岛素样生长因子、神经生长因子等。近年来许多细胞因子包括白细胞介素-1、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-和干扰素在乳中发现。,来 源,母体经过血液循环将其体内的激素,不改变其结构和活性直接进入乳腺和乳中,或进入乳腺或乳中后经过糖基化、磷酸化
12、等修饰成为有活性的成分;由于乳腺组织自己合成某些激素和生长因子,乳腺本身也被人们认为是内分泌器官。,(二)乳的生物合成,1.乳腺的发生和组织结构2.乳蛋白的生物合成3.乳脂质的生物合成4.乳糖的生物合成,1.乳腺的发生和组织结构,乳腺由胚胎的外胚层和中胚层发育而来。牛在妊娠后30天,外胚层细胞增厚,增厚的外胚层逐渐发育成:mammary band;mammary streak;mammary line;mammary crest;mammary hillock;mammary bud.,乳带,乳条,乳索,乳冠,乳小丘,乳芽,(1)胚胎时期,初级乳芽:从每个乳芽上生成许多初级乳芽,初级乳芽分化成
13、乳导管;二级乳芽:细胞从初级乳芽增殖、分枝,产生二级乳芽,从而形成乳导管。在小牛出生前,乳芽变短,中空。在生命早期,雌性动物乳腺结构周围发育成脂肪垫。,(2)出生到青春期乳腺的发育,牛在出生后2-3个月,乳腺组织生长与体重增长速度一致,导管系统增长较少,乳腺组织中主要是脂肪垫和结缔组织的增长,在这一时期没有分泌组织发育。大约3个月,乳腺增长速率为身体增长速率的3.5倍。在脂肪垫缺失的组织中异速生长不会产生。正常生长的小母牛青春期开始于7-9个月,异速生长持续到青春期前一段很短的时间才停止。,(3)青春期到妊娠,垂体前叶分泌卵泡刺激素(FSH)和促黄体生成素(LH),这些激素刺激卵巢合成和分泌类
14、固醇激素,雌激素促进乳腺的增殖。它与垂体前叶分泌的催乳素、生长激素一同促进乳腺导管的增长和分支。导管的延长和生长出现在末端乳芽(terminal end bud,TEB)生长活跃的末端。TEB表示这样一种结构:一是导管的延长和分支在此,二是雌激素刺激细胞分裂。但是在反刍动物中看不到类似的变化。除此,其他所有物种都有类似结构变化。,脂肪细胞,基质,基质细胞,基底膜,侧枝,末端乳芽分支,肌上皮细胞,导管上皮细胞,体细胞,帽细胞,5周龄小鼠乳腺,通常,雌激素使细胞在TEB末端增殖,使导管延长分支。而孕酮使导管和小导管细胞增殖,使小导管发育,导管变长或变宽。在青春期,雌激素和孕激素受体均出现在乳腺中。
15、牛、绵羊、山羊等动物出现功能性黄体,在黄体期可分泌孕酮,雌激素、催乳素和生长激素与孕酮协同作用,使导管变长、变厚、分支,最终分化成小叶和腺泡。,1.单管,2.分支导管,3.更复杂的分支导管,4.复合分支,5.导管末端出现芽,6、7.在激素刺激下继续增大,末端乳芽,(4)妊娠阶段,这是乳腺发育的主要阶段,主要由激素控制。在妊娠初期,乳腺生长缓慢,但随着时间推移,生长速率增加。在牛、羊、豚鼠中,妊娠阶段乳腺以指数速度增长。在非妊娠阶段,动物乳腺中存在大量脂肪垫。妊娠阶段,脂肪垫的脂肪细胞逐渐被导管、腺泡、血管和结缔组织取代。,雌激素和孕酮是乳腺发育所必需的,在妊娠阶段这两种激素水平升高。这就是为什
16、么在发育期没有小叶腺泡生长,因为那时只有一种激素水平上调。在牛整个妊娠过程中,孕酮水平上调对维持妊娠是必需的,而雌激素在第二次妊娠中期时显著上调。因此,大多数乳腺在第一次妊娠中期主要是导管生长和腺泡的形成。在第二次妊娠中期,导管继续生长,但大部分是小叶腺泡生长。,乳腺中雌激素受体在发育期出现。随着组织重量增加,受体数目增加。雌激素浓度升高使雌激素受体合成增加,动物达到性成熟。雌激素也提高了乳腺中孕酮受体的数目。雌激素和孕酮加速了乳腺中细胞分化的速率,特别是在TEB中。孕酮也刺激沿着导管壁的细胞的分化,孕酮也诱导腺泡的生成。然而雌激素和孕酮共同促进小叶腺泡的发育。,导管和腺泡的增殖和扩大,在整个
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