第一節(jié)　乳蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是生命體中最豐富和最重要的大分子之一，在生命活動(dòng)中起到重要作用。蛋白質(zhì)由碳、氫、氧、氮及少量硫元素組成。正常的牛乳含有2.2%～4.4%的蛋白質(zhì)，是牛乳最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一。乳中蛋白質(zhì)主要包括酪蛋白、乳清蛋白及少量的脂肪球膜蛋白等。

一、乳清蛋白

乳清蛋白大概占蛋白的20%，是pH值4.6等電沉淀酪蛋白后，由在溶液中存在的非酪蛋白組成的。早期的定義包括酪蛋白的N端片斷，但它是從脂肪球膜中分離出來(lái)相當(dāng)于抗原的蛋白。凝乳酶乳清也包含CMP酪蛋白巨肽。

乳清蛋白與酪蛋白相比是更不均勻的成分，很少有共同的性質(zhì)，乳清蛋白都是可溶的。不像酪蛋白缺乏二級(jí)結(jié)構(gòu)，乳清蛋白有較為規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)是球狀蛋白。牛乳中4種主要的乳清蛋白表示為β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白，它們占非酪蛋白95%以上。β-乳清蛋白和α-乳白蛋白在乳腺中合成，而血清白蛋白通過(guò)血清運(yùn)輸?shù)饺橄?。一些種群的牛乳中β-乳球蛋白幾乎沒(méi)有A和B變種，牛乳中的乳清蛋白總的濃度為5～7g/L，不包括1.1g/L的?-胨。

大多數(shù)的乳清蛋白都是球蛋白。它們有很高的疏水性且細(xì)密的折疊結(jié)構(gòu)。大多數(shù)包含一個(gè)α螺旋，電荷分布均一。如果牛乳被加熱乳清蛋白可能變性不溶，也可能發(fā)生相關(guān)的變化，包括蛋白質(zhì)的沉淀。初乳中含有高含量的乳清蛋白，當(dāng)它被加熱時(shí)就會(huì)發(fā)生膠凝，其外觀如雞蛋蛋白。

超出半數(shù)的乳清蛋白是β-乳球蛋白，它有5個(gè)半胱氨酸殘基，能在殘基66～160、119～121或106～119之間形成二硫鍵（Cys66-Cys160和Cys106-Cys119）和一個(gè)自由硫氫基（Cys121）。當(dāng)pH為3～7時(shí)，其自締合形成二聚體（圖1-1）。

α-乳白蛋白是乳清蛋白中相對(duì)分子質(zhì)量最小的蛋白質(zhì)分子，相對(duì)分子質(zhì)量為14175。它作為乳糖合成酶系的調(diào)節(jié)物，在乳糖的生物合成中起重要作用。

α-乳白蛋白，遺傳學(xué)上和溶菌酶相近，它的生理功能是合成乳糖的一種輔酶。這種蛋白被緊密折疊，基本上是球狀分子，對(duì)pH值和鹽的依賴性很小，除非離子強(qiáng)度很小，否則不會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)。

α-乳白蛋白包含八個(gè)半胱氨酸基團(tuán)，每個(gè)基團(tuán)都包括二硫鍵（圖1-2）和四個(gè)色氨酸殘基，α-乳白蛋白中所有8種半胱氨酸殘基通過(guò)位置6～120、28～111、61～77、73～91間二硫鍵連接。它們使α-乳白蛋白在280nm處有最大的吸收。由于芳族氨基酸成分的不同，因此可以通過(guò)紫外線掃描光譜快速測(cè)定乳清蛋白的酶解圖譜。α-乳白蛋白有非常有序的二級(jí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)流體力學(xué)數(shù)據(jù)表明它有一個(gè)緊密的空間三級(jí)結(jié)構(gòu)。在pH值＜4.0時(shí)，α-乳白蛋白經(jīng)過(guò)構(gòu)象的變化，同時(shí)伴隨著結(jié)合鈣的釋放。在pH值7.5時(shí)，鈣從α-乳白蛋白中釋放出來(lái)。鎂和其他的金屬離子也會(huì)和α-乳白蛋白結(jié)合，在pH值＜4.0時(shí)，溫度和濃度引起的構(gòu)象變化與α-乳白蛋白的聚合相關(guān)。α-乳白蛋白的熱變性也伴隨著結(jié)合鈣的釋放，α-乳白蛋白在抵抗熱變性方面是穩(wěn)定的，它在鈣存在的條件下發(fā)生聚合。

許多研究表明α-乳白蛋白結(jié)合鈣、磷脂和膜。α-乳白蛋白的微量形式含有甘露糖、半乳糖、海藻糖、N-乙酰葡萄糖胺和唾液酸組成的碳水化合物部分。

和酪蛋白一樣，β-乳球蛋白疏水性很強(qiáng)（平均疏水度=5.1）。它含有非酯化的磷酸鹽和很少量的脯氨酸，僅有兩個(gè)—S—S—鍵，和一個(gè)巰基基團(tuán)；但有相當(dāng)多的α螺旋和β折疊結(jié)構(gòu)。β-乳球蛋白的反應(yīng)活性很強(qiáng)，它的溶解性主要依賴于pH值和離子強(qiáng)度，但它在牛乳酸化時(shí)不會(huì)發(fā)生沉淀。β-乳球蛋白在純水中不溶解；在牛乳中則以二聚物的形式存在（相對(duì)分子質(zhì)量36566），分子之間緊密連接（主要通過(guò)疏水作用）。二聚物在高溫條件下分離，在pH值較低的條件下（pH值為3.5～5.2時(shí)），β-乳球蛋白形成一個(gè)八聚體；在pH值低于3.4時(shí)，解離成單體。遺傳變種在不同程度上（A＞B＞C）發(fā)生相互交聯(lián)。占優(yōu)勢(shì)的B變種不容易形成八聚體，可能是因?yàn)樗華變種包含更多的電荷基團(tuán)（天門冬氨酸殘基64），增加了靜電排斥。由于構(gòu)象的變化，等電點(diǎn)區(qū)域的交聯(lián)提前發(fā)生，這導(dǎo)致每個(gè)單體黏合一個(gè)質(zhì)子基團(tuán)。構(gòu)象變化，如Tanford轉(zhuǎn)變，發(fā)生在pH值接近7.5左右，導(dǎo)致一個(gè)羧基基團(tuán)暴露，同時(shí)自由的半胱氨酸基團(tuán)活性增強(qiáng)，這對(duì)于牛乳的熱交互作用很重要。另外，β-乳球蛋白可能在維生素A的傳輸中起重要作用。

血清白蛋白是由許多個(gè)—S—S—連接的α螺旋結(jié)構(gòu)的大分子，牛乳中的血清白蛋白是從牛的血清轉(zhuǎn)移而來(lái)的。研究表明，乳清白蛋白與血漿蛋白的物理學(xué)和免疫學(xué)鑒定相一致。血清白蛋白含有582個(gè)氨基酸序列。所有的35個(gè)半胱氨基酸殘基（除了34位半胱氨酸外）都形成鏈內(nèi)二硫鍵。分子有3個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域，每個(gè)域由兩個(gè)大雙環(huán)和一個(gè)小雙環(huán)組成，假定成橢圓形狀。N端區(qū)域比C端區(qū)域更緊湊。結(jié)構(gòu)域在疏水性、凈電荷、配體鍵位置不同。血清蛋白等電聚焦結(jié)果顯示重要的蛋白質(zhì)微觀異構(gòu)性的證據(jù)。

免疫球蛋白是為應(yīng)答特定抗原而合成的抗體。它產(chǎn)生于血液，免疫球蛋白的組成呈不均一性，同一個(gè)亞類也是如此。因?yàn)樗鼈儊?lái)自于不同的分泌細(xì)胞，故可能產(chǎn)生不同的肽鏈。

最大（相對(duì)分子質(zhì)量＞1000k）、最不均勻的主要乳清蛋白屬于一類群，即熟知的免疫球蛋白，被分為IgG、IgA、IgM、IgE、IgD。牛乳中的免疫球蛋白，包括G（丙種球蛋白）、A和M（巨球蛋白）（圖1-3）。它們所有或者以單體或者以聚合物形式存在，由兩條輕鏈和兩條重鏈組成基本單元。每個(gè)輕鏈和重鏈分別含有200個(gè)和450～600個(gè)氨基酸殘基。在牛乳中發(fā)現(xiàn)的許多類型免疫球蛋白與其他來(lái)源免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能相似。輕鏈的N端一半（1～115殘基）是易變區(qū)域，因?yàn)樗陌被嵝蛄懈叨纫鬃儭端是穩(wěn)定區(qū)域，因?yàn)榘被嵝蛄胁灰鬃?。重鏈也含有一個(gè)可變區(qū)域（1～115殘基）和一個(gè)穩(wěn)定區(qū)域（310～500殘基）。輕鏈和重鏈的可變區(qū)域與抗原結(jié)合有關(guān)，而補(bǔ)體結(jié)合的功能、膜運(yùn)輸、分解代謝和速發(fā)型超敏反應(yīng)介導(dǎo)與重鏈的穩(wěn)定區(qū)域有關(guān)。相對(duì)分子質(zhì)量（MW）約為15000。分子有兩個(gè)抗原結(jié)合部位，它依靠一些交互作用連接：氫鍵、疏水鍵、靜電作用等。免疫球蛋白IgG對(duì)多種抗原具有活性，同時(shí)抑制微生物生長(zhǎng)。IgM由類似于IgG的分子和一個(gè)稱為J的成分聚合而成，它是一個(gè)大分子，相對(duì)分子質(zhì)量大約900000，直徑約為30nm。IgM可以作為抗體抵抗多聚糖基團(tuán)（產(chǎn)生于微生物細(xì)胞壁），能抑制細(xì)菌和病毒，它能使它們絮凝。因?yàn)橐粋€(gè)IgM分子和它們中的兩個(gè)（反應(yīng)位置是在分子的外部）結(jié)合，IgM是凝集素的一部分。這種凝集反應(yīng)呈抗原專一性，但也依賴pH和離子力等因素。最適宜的離子強(qiáng)度約為0.05。一些凝集素在低溫時(shí)會(huì)發(fā)生沉淀。在＜37℃，最適宜＜15℃時(shí)它們發(fā)生沉淀。它們可能也凝集其他物質(zhì)；這是非特異性凝集。

在牛乳中，IgG（1或2）、IgA和IgM濃度變化很大，初乳中濃度很高，而常乳中濃度很低，個(gè)體牛間的差異性很大。牛乳的免疫球蛋白部分也包括部分脂蛋白。IgM在牛乳中很重要，它含有乳抑制素L₁和L₂，能抑制革蘭氏陰性菌。這些乳抑菌素是乳凝集劑，L₁對(duì)乳酸鏈球菌（Lactococcus pyogenes）的變種呈特異性作用，L₃對(duì)某些乳酸乳球菌（Lactoccus lactis）有抑制能力。它們的凝集反應(yīng)呈高度專一性。

在熱處理?xiàng)l件下，凝集素會(huì)被鈍化，這一鈍化反應(yīng)與免疫球蛋白變成不溶有關(guān)。均質(zhì)也會(huì)使凝集素鈍化，但原因尚不清楚。

凝集素的主要天然功能是增加小牛的免疫力。在分娩后最初的幾天，小?？梢詮某跞橹形彰庖咔虻鞍?，在胃與腸吸收進(jìn)入血液。初乳含有一種成分（一種類似球的蛋白）抑制分解蛋白酶特別是胰蛋白酶（trypsin）。常乳中，基本不含這種成分。此外，凝乳酶不破壞免疫球蛋白，在新生小牛的皺胃中產(chǎn)生的蛋白酶多于胃蛋白酶，但當(dāng)小牛長(zhǎng)大，皺胃中產(chǎn)生更多的胃蛋白酶。

溶菌酶是一種破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的含多糖酶類（從胞壁酸中分離得到），它引起細(xì)菌細(xì)胞膜部分溶解，從而破壞菌體細(xì)胞。它在牛乳中的濃度為0～2mg/L，因?yàn)闈舛忍投鴽](méi)有生理效果。人乳中的溶菌酶含量較高。

乳鐵蛋白具有微生物的抑制作用，抑制的微生物包括嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillus stearothermophilus）等。牛乳中的乳鐵蛋白濃度很低，人乳中的含量相對(duì)較高。

二、酪蛋白

酪蛋白的特性不同于其他牛乳蛋白（圖1-4）。酪蛋白呈疏水性，它含有相當(dāng)高的電荷、大量脯氨酸和少量的胱氨酸。它只有較短的α-螺旋和少量的三級(jí)結(jié)構(gòu)。它在稀釋的溶液中結(jié)構(gòu)伸展，但并不表明酪蛋白分子排列無(wú)序。由于許多脫水基團(tuán)暴露在外，故分子容易形成疏水鍵。酪蛋白具有廣泛的結(jié)合能力，既有自身的結(jié)合也有相互之間的結(jié)合。在溶液中需要相對(duì)比較高的電荷來(lái)維持酪蛋白的穩(wěn)定性。

酪蛋白分子不能或者說(shuō)很難變性，因?yàn)樗鼈兊亩?jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)很少。圖1-5是β-乳球蛋白和β-酪蛋白的變性試驗(yàn)結(jié)果。β-乳球蛋白，是典型的球狀蛋白，在4mol/L的尿素中，發(fā)生明顯的構(gòu)象變化；β-酪蛋白的變化較小。在加熱溫度低于100℃的條件下，酪蛋白不會(huì)變性；而在更高的溫度下，則可能發(fā)生其他許多變化。

酪蛋白帶有大量電荷部分是由磷酸鹽基團(tuán)引起的，部分被酯化的絲氨酸殘基在接近牛乳pH值時(shí)，會(huì)大量被離子化。這些基團(tuán)與二價(jià)離子如Ca^2＋發(fā)生結(jié)合，在pH值較高時(shí)結(jié)合更多。圖1-6中可以看出結(jié)合鈣量和這些基團(tuán)呈正相關(guān)，α_s1-酪蛋白和β-酪蛋白都在相當(dāng)?shù)外}離子濃度條件下沉淀。

牛乳中含有不同的酪蛋白，它們不容易分離。牛乳引起的沉淀反應(yīng)（如酸化、凝乳或者加鈣后離心）都或多或少是酪蛋白的混合物。電泳法可分離酪蛋白，三種成分，即α-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白。接著α-酪蛋白應(yīng)該被分離成敏感片斷和Ca^2＋，κ-酪蛋白進(jìn)一步分離產(chǎn)生更純的物質(zhì)。這顯示四種不同的蛋白質(zhì)——α_s1-酪蛋白，α_s2-酪蛋白，β-酪蛋白和κ-酪蛋白，它們之間的比例是4∶1∶2∶1.6。

牛乳的酪蛋白成分大約是26g/kg，約占牛奶蛋白的80%。基本的酪蛋白分?jǐn)?shù)是α_s1-酪蛋白（10g/kg），α_s2-酪蛋白（2.6g/kg），β-酪蛋白（0.8g/kg）和κ-酪蛋白（3.3g/kg）。

酪蛋白是磷酸鹽基團(tuán)和絲氨酸酯化得到的結(jié)合蛋白。此外包含磷酸鹽基團(tuán)β-酪蛋白片斷。磷酸鹽基團(tuán)對(duì)于酪蛋白的交聯(lián)和酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)非常重要。由鈣連接酪蛋白和磷酸鹽成分是呈比例的。除了磷酸化，大約1/3的κ-酪蛋白單體是在蘇氨酸133上被糖基化（圖1-4）。

酪蛋白包含大量的脯氨酸殘基，它們?cè)诙嚯逆溕舷鄬?duì)均勻一致地分布。脯氨酸增加肽鏈的彎曲同時(shí)抑制規(guī)則的、穩(wěn)定的α螺旋結(jié)構(gòu)。早期的文獻(xiàn)表明酪蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)很少，但κ-酪蛋白中特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)在50%～75%之間，天然膠束酪蛋白大約有14%的螺旋結(jié)構(gòu)、27%的β結(jié)構(gòu)和41%折疊，僅剩下18%肽鏈結(jié)構(gòu)呈不確定性。酪蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)的證據(jù)較好，這使得酪蛋白的熱變性和酪蛋白的穩(wěn)定性相反，三級(jí)結(jié)構(gòu)的缺少需要相當(dāng)多的疏水殘基暴露進(jìn)行支持。

酪蛋白主要是在乳腺中合成的，它們是含有酯結(jié)合磷酸鹽的蛋白質(zhì)，脯氨酸的含量相對(duì)較高。

（一）α_s1-酪蛋白

含有199個(gè)氨基酸殘基的α_s1-酪蛋白沒(méi)有半胱氨酸殘基，有結(jié)合8個(gè)磷酸鹽的絲氨酸。具有較快電泳遷移率的α_s1-酪蛋白，以前被α_s0-酪蛋白表示，它已經(jīng)被定性，其與攜帶9個(gè)磷酸基的絲氨酸的前體略微不同，因此它在堿性pH條件下含有一個(gè)額外負(fù)電荷，3個(gè)疏水區(qū)域位于序列殘基的1～44、90～113和132～199。41～80殘基序列具有很強(qiáng)的極性，這是由于其存在7個(gè)絲氨酰磷酸鹽、8個(gè)谷氨酸和3個(gè)天冬氨酸。

α_s1-酪蛋白帶有最多的電荷和含有最多的磷酸成分。從圖1-7可看出，在pH6.6和離子強(qiáng)度0.05mol/m³時(shí)，α_s1-酪蛋白發(fā)生很強(qiáng)的交聯(lián)。顯而易見(jiàn)，要得到?jīng)]有交聯(lián)的分子，要求酪蛋白濃度很低。另一方面，減少離子濃度增加靜電斥力的有效范圍，可以降低交聯(lián)。疏水作用也包括在交聯(lián)作用中。在pH值較高時(shí)，即電荷較多時(shí)，即使酪蛋白濃度和離子濃度很高，交聯(lián)仍會(huì)降低，并最終消失。

變種α_s0-酪蛋白，結(jié)構(gòu)上比α_s1-酪蛋白多一個(gè)磷酸鹽基團(tuán)，牛乳中的數(shù)量很少。

（二）α_s2-酪蛋白

酪蛋白存在一些變種，它們的酯化磷酸鹽基團(tuán)的數(shù)量不同，每分子為10～14個(gè)，這種蛋白稱為α_s2-酪蛋白。α_s2-酪蛋白包含207個(gè)氨基酸，含10個(gè)脯氨酸，與其他酪蛋白相比包含更多的磷酸化絲氨酸和賴氨酸，并在36和40位上都是半胱氨酸。由于磷酸化程度的不同，α_s2-酪蛋白的多種形式可以通過(guò)PAGE鑒定，磷酸化程度變化范圍為10～14。這些形式被鑒定為α_s2-酪蛋白、α_s3-酪蛋白、α_s4-酪蛋白、α_s5-酪蛋白、α_s6-酪蛋白（α_s5-酪蛋白是α_s3-酪蛋白和α_s4-酪蛋白的二聚體）。13個(gè)磷酸基（12個(gè)結(jié)合在絲氨酸上，1個(gè)結(jié)合在蘇氨酸上）位于分子3個(gè)區(qū)域：7～31殘基、55～66殘基和129～143殘基。在酪蛋白中，α_s2-酪蛋白疏水作用最差，其疏水區(qū)域位于90～120殘基和160～207殘基。α_s2-酪蛋白包含兩個(gè)半胱氨酸殘基（形成一個(gè)—S—S—橋），沒(méi)有碳水化合物基團(tuán)，它們對(duì)Ca^2＋敏感。

α_s2-酪蛋白組分的疏水性最?。╬H4.6）、磷酸化程度最高且最易變。在酪蛋白序列中有三個(gè)磷酸肽區(qū)域（5～18位、49～68位和126～145位）和一個(gè)帶有很少量電荷的巨大疏水區(qū)域（90～120位）。第二大疏水區(qū)域（160～207位）有許多帶電荷殘基。蛋白質(zhì)在許多位點(diǎn)上可被纖維酶水解。

（三）β-酪蛋白

β-酪蛋白是疏水性最強(qiáng)的酪蛋白，沒(méi)有半胱氨酸，有高比例的脯氨酸（35個(gè)殘基），這對(duì)其結(jié)構(gòu)具有極大的影響。在乳正常pH值條件下，N端21個(gè)殘基片斷有較高的負(fù)電荷，而分子沒(méi)有凈電荷，極度疏水。β-酪蛋白分子的兩性性質(zhì)是其在溶液中形成膠束聚合物的原因。β-酪蛋白是具有相同氨基酸序列的6種蛋白質(zhì)組成的，但在絲氨酸殘基上結(jié)合0～5個(gè)磷酸基。很早就知道的γ-酪蛋白是β-酪蛋白經(jīng)纖溶酶作用的水解產(chǎn)物。與β-酪蛋白殘基29～209、106～209和108～209相應(yīng)γ-酪蛋白存在于pH4.6時(shí)全酪蛋白的等電沉淀物中。在乳清中發(fā)現(xiàn)β-酪蛋白的其他片段（1～28、1～105、1～107殘基），它們構(gòu)成的部分片段以前被認(rèn)為是“朊胨”。

β-酪蛋白是疏水性最強(qiáng)的酪蛋白，其高度疏水區(qū)域最大（55～90位和130～209位），并且24個(gè)氨基酸N端區(qū)域酸性極強(qiáng)。它有2個(gè)易被纖溶酶切割區(qū)域（28～29位和105～106位/107～108位）和一個(gè)對(duì)凝乳酶極敏感的區(qū)域（189～190位/192～193位）。像α_s2-酪蛋白中對(duì)酶敏感位點(diǎn)一樣，這些區(qū)域是螺旋（20～30位和90～108位）和折疊（185～195位）。C端肽（193～209位）的丟失明顯改變了解離平衡。例如，在高溫條件下，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)被締合時(shí)凝乳酶切割速度極慢，可能因?yàn)槊附咏懈钗稽c(diǎn)受到限制，也可能因?yàn)槭杷悦盖形稽c(diǎn)是結(jié)合位點(diǎn)的一部分。這導(dǎo)致增加反應(yīng)溫度但減少了切割速率。β-酪蛋白含有大量的脯氨酸殘基。從圖1-4可以看出，β-酪蛋白的電荷分布不均衡。分子從N端開(kāi)始的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：

第一段　　　第二段

殘基順序數(shù)　　　　　　　　1～43　　　 44～209

脯氨酸頻數(shù)　　　　　　　　0.02　　　　0.20

電荷頻數(shù)　　　　　　　　　0.65　　　　0.12

靜電荷　　　　　　　　　　-15.5　　　 +4.5

平均疏水性（每殘基kJ）　　3.3　　　　6.0

每一部分在性質(zhì)上都有較大差別，因而β-酪蛋白有點(diǎn)像親水的脂肪酸鹽分子，有帶電荷的“頭”、一個(gè)長(zhǎng)鏈以及沒(méi)有極性的尾。β-酪蛋白膠束由20～30個(gè)分子組成，交聯(lián)和溫度、離子強(qiáng)度有很大的相關(guān)性。低于5℃，β-酪蛋白不發(fā)生交聯(lián)，分子保持分散。在牛乳中，部分的β-酪蛋白在低溫下溶解，因而會(huì)增加牛乳的黏度。這些變化是可逆的，但變化速率緩慢。

（四）γ-酪蛋白

γ-酪蛋白是β-酪蛋白的降解產(chǎn)物，它是β-酪蛋白29～209位肽鏈片斷，有更多的疏水基，易溶于乙醇中（在50%的乙醇溶液中，溶解度為900mg/L），α_s-酪蛋白的溶解度只有9mg/L。其分解主要是血漿酶引起的（EC3.4.21.7）。γ-酪蛋白的數(shù)量變化很大，這主要和牛乳的保存溫度和時(shí)間有關(guān)。

（五）κ-酪蛋白

κ-酪蛋白是酪蛋白家族中唯一被糖基化的蛋白質(zhì)。在PAGE中顯示的前七條帶中，糖基化程度差異與N-乙酰神經(jīng)氨酸殘基負(fù)電荷的數(shù)量有關(guān)。κ-酪蛋白是凝乳酶作用的產(chǎn)物，是研究最廣泛的乳蛋白。它穩(wěn)定酪蛋白膠束不被鈣離子沉淀，但當(dāng)Phe105～Met106肽鍵被酶分解成兩個(gè)肽時(shí)[副-κ-酪蛋白（1～105位殘基片段）]，疏水性部分，隨酪蛋白膠束一同沉淀；酪蛋白糖巨肽（106～169位殘基片段），由于它的強(qiáng)極性和高負(fù)電荷，所以殘留在溶液中，這種穩(wěn)定作用喪失。通過(guò)O-糖苷鍵，糖基部分可以和酪蛋白糖巨肽的131、133、135或142位上蘇氨酸結(jié)合。κ-酪蛋白2個(gè)半胱氨酸殘基位于11和88位，絲氨酸在149位，有時(shí)在127位被磷酸化。κ-酪蛋白兩性性質(zhì)促進(jìn)其在溶液中形成膠束。不同于其他酪蛋白，κ-酪蛋白不能強(qiáng)烈的結(jié)合鈣離子，對(duì)鈣離子誘導(dǎo)沉淀不敏感。

κ-酪蛋白和其他酪蛋白有較大的差異性，它們中的兩個(gè)半胱氨酸殘基形成分子內(nèi)二硫鍵，因此κ-酪蛋白在牛乳中產(chǎn)生5～11個(gè)單體的低聚物，大約2/3的分子含有一個(gè)碳水化合物基團(tuán)，它是蘇氨酸的酯化產(chǎn)物（131、133、135或者142位），還含有半乳糖胺、半乳糖或者一個(gè)或兩個(gè)N-乙酰神經(jīng)氨酸（NANA或者O-唾液酸）殘基，見(jiàn)圖1-8。這些基團(tuán)每個(gè)含有一個(gè)或者兩個(gè)負(fù)電荷和相當(dāng)多的疏水基。此外還形成一些其他小的結(jié)構(gòu)，故κ-酪蛋白分子有較大差異性。又因?yàn)樗鼈冎械囊恍┯袃蓚€(gè)酯化磷酸基團(tuán)，因此微觀組成上的不均一性經(jīng)常發(fā)生；即使對(duì)同一乳牛，也會(huì)發(fā)生這種情況。

在105～106位殘基之間的肽鍵很易被凝乳酶水解（Met105-Phe106），值得注意的是這里有一個(gè)正電荷區(qū)域靠近這一肽鍵。

κ-酪蛋白總是強(qiáng)烈交聯(lián)產(chǎn)生膠束，膠束含有大約30個(gè)κ-酪蛋白分子，包括碳水化合物基團(tuán)。這種交聯(lián)有些類似于β-酪蛋白，在分子之間有大量不同的交聯(lián)。這些不同主要涉及碳水化合物成分。

κ-酪蛋白占總酪蛋白的10%～12%，在穩(wěn)定乳中酪蛋白膠束起決定性作用。在酶切之后，降低了交替酪蛋白的穩(wěn)定性。對(duì)新生兒營(yíng)養(yǎng)和許多干酪的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，引起這種轉(zhuǎn)化的酶切是重要的。這可以通過(guò)有兩個(gè)明顯不同結(jié)構(gòu)域的分子來(lái)完成，這些域在中性pH條件下通過(guò)酸性蛋白酶水解一個(gè)肽鍵而分開(kāi)。N端域（1～95位殘基）帶有凈正電荷，疏水性強(qiáng)，與其他酪蛋白相互作用強(qiáng)烈。C端域（113～169位殘基）攜帶一個(gè)凈負(fù)電荷，還有一個(gè)占優(yōu)勢(shì)的極性殘基。這些域通過(guò)帶有凈正電荷的肽鏈（96～112位殘基）連接，此肽一般預(yù)測(cè)為β股，并通常完好地保存在許多物種，含有一個(gè)能快速被凝乳酶識(shí)別序列，經(jīng)快速和特異切割得到一個(gè)巨大疏水性肽[副-κ-酪蛋白，κ-酪蛋白（f1～105）]和一個(gè)較小親水肽[酪蛋白糖聚肽（CMP），也叫糖巨肽（GMP），κ-酪蛋白（f106～169）]。

作為一個(gè)還原的、分離的蛋白質(zhì)，κ-酪蛋白自締合與β-酪蛋白類似。然而，在乳中κ-酪蛋白以一系列分子內(nèi)二硫鍵聚合物的形式存在。當(dāng)酪蛋白膠束在上皮細(xì)胞中裝配之后，可能產(chǎn)生良好的聚合反應(yīng)。此蛋白質(zhì)的絕大多數(shù)性質(zhì)不受聚合反應(yīng)狀態(tài)影響。大約一半κ-酪蛋白分子在一個(gè)或更多的下列蘇氨酸位點(diǎn)上與短寡糖鏈進(jìn)行翻譯后糖基化：131、133、135、136（僅變異體B）或142位；多數(shù)κ-酪蛋白分子在Ser（149）位上磷酸化。

（六）酪蛋白的交聯(lián)性質(zhì)和鈣沉淀敏感性的關(guān)系

除了溶液中單個(gè)酪蛋白之間相互作用之外，許多研究涉及了多個(gè)混合物之間相互作用。這些研究顯示在缺乏多價(jià)陽(yáng)離子的條件下，溫度為25～37℃時(shí)，α_s1-酪蛋白和κ-酪蛋白締合最強(qiáng)，其次是α_s1-酪蛋白和β-酪蛋白，然后是α_s1-酪蛋白的自締合作用。然而，這些關(guān)系很大程度取決于環(huán)境條件，尤其是溫度。

α_s2-酪蛋白和κ-酪蛋白都含有兩個(gè)半胱氨酸殘基，其他酪蛋白不含半胱氨酸。二硫化物和κ-酪蛋白的多聚體相連，多聚體的單體數(shù)范圍從三個(gè)到非常大（見(jiàn)圖1-9）。α_s2-酪蛋白存在共價(jià)的二聚物（二硫化物）。酪蛋白的電荷分布區(qū)別很大，可通過(guò)它們對(duì)鈣沉淀的敏感性加以區(qū)分。

α_s1-酪蛋白由兩個(gè)疏水區(qū)域（殘基1～44和99～199）。這些區(qū)域包含脯氨酸殘基，由一個(gè)兩極區(qū)域區(qū)分（殘基45～89）。α_s1-酪蛋白在pH值為中性時(shí)的穩(wěn)定性依賴于離子強(qiáng)度和溫度，這種穩(wěn)定性主要?dú)w因于疏水反應(yīng)和氫鍵，α_s1-酪蛋白在Ca^2＋（7mmol/L）很低的水平會(huì)發(fā)生沉淀。α_s2-酪蛋白在N端附近帶有負(fù)電荷，在C端附近帶有正電荷，它和α_s1-酪蛋白在pH值中性附近發(fā)生交聯(lián)，對(duì)鈣沉淀的敏感性方面和α_s1相似。

β-酪蛋白有一個(gè)高電荷的N端區(qū)域和一個(gè)疏水性的C端區(qū)域，它具有類似清潔劑的性質(zhì)。它對(duì)鈣沉淀的敏感性比α_s1-酪蛋白和α_s2-酪蛋白低，但它的交聯(lián)與溫度相關(guān)性大，這表明疏水交聯(lián)是非常重要的，尤其是在分子的疏水部位被解離的情況下。β-酪蛋白是所有酪蛋白中水溶性最強(qiáng)的，在較低的溫度下，其特征更加明顯。牛乳中β-酪蛋白有較高的等電點(diǎn)（大約5.2），比α_s1-酪蛋白（大約4.8）高，這對(duì)于形成酸性膠體很重要。

κ-酪蛋白的二硫化物聚合物通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合，形成相對(duì)分子質(zhì)量為600000～650000的聚合物。這些聚合物在pH值中性條件下很穩(wěn)定，離子強(qiáng)度或溫度變化不發(fā)生解離。κ-酪蛋白對(duì)鈣的沉淀有相當(dāng)強(qiáng)的抵抗作用，同時(shí)能在相當(dāng)于10倍的α_s-酪蛋白和β-酪蛋白抵抗鈣情況下才發(fā)生沉淀。在凝乳酶將κ-酪蛋白在Phe105-Met106肽鍵解離后，穩(wěn)定性喪失，生成副para-κ-酪蛋白（殘基1～105）的疏水部分和親水部分的糖聚肽（CMP）（殘基106～169）。因?yàn)?i>κ-酪蛋白的主要變種沒(méi)有被糖基化，CMP表觀相對(duì)分子質(zhì)量約為33000（凝膠色譜法）；但十二烷基硫酸鹽聚丙烯酰胺凝膠電泳分析其相對(duì)分子質(zhì)量小于18000。

酪蛋白所有的自身交聯(lián)和之間的聚合產(chǎn)生和鈣離子有關(guān)。各種酶蛋白對(duì)鈣離子的敏感性依次為α_s2-酪蛋白、α_s1-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白。酪蛋白和乳清蛋白形成聚合是在熱處理情況下發(fā)生的。