Биохимия молока и молокообразование

Молочная железа активно функционирует в лактационные периоды. Секрет молочной железы молоко, представляет собой жидкость с плотностью от 1,027 до 1,034, рН находится в пределах 6,5 – 7,0. Молоко плотоядных имеет более кислую реакцию, чем травоядных. Химический состав молока весьма разнообразен и включает около 200 важнейших веществ, что вполне соответствует его особой роли в питании животных.

В молочную железу поступают с кровью различные вещества, из которых формируется молоко. Молочная железа с кровью выделяет те вещества, которые не используются для молокопродукции. На образовании молока и его секрецию затрачивается около 10% энергии питательных веществ, поступающих в молочную железу из крови.

Содержание воды в молоке колеблется в пределах 80-90% для большинства животных, и лишь молоко оленей имеет более низкий процент содержания воды (около 68%) и существенно большее содержание белков (11%) и жиров (17%), чем другие животные. Качественный состав молока у всех видов млекопитающих почти одинаков, однако количественное содержание отдельных компонентов существенно различается у разных видов. Более того, даже у одного и того же вида имеются породные и возрастные отличия, а также отличия в зависимости от периода лактации.

Белки составляют от 2 до 7% содержания всех веществ молока, тогда как от сухого остатка они составляют 20-35%. Несомненна их важнейшая роль для роста и развития новорожденных животных. Белки молока делятся на основной белок – казеин и сывороточные белки, которые остаются после осаждения казеина. На долю казеина приходиться около 80% всех белков молока коровы. Еще больший процент приходится на долю казеина в молоке козы. Казеин не является однородным белком, число его фракций зависит от метода фракционирования. Фракции казеина отличаются друг от друга, помимо аминокислотного состава, также электрофоретической подвижностью и содержанием фосфора. Преобладающими фракциями являются α-казеин (50-60% от общего количества казеина) и β-казеин (25-35%). Содержание фосфора и α-казеина около 1%, в γ-казеине – 0,1%. В молоке казеин находиться в комплексе с кальцием и фосфором, что определяет высокие питательные качества казеина и молока в целом для растущего организма.

Таблица 1-Химический состав молока некоторых видов животных, %

Вид	Вода	Жиры	Белки	Углеводы	Минеральные вещества
Кобыла	90,2	1,3	2.2	5,9	0,4
Корова	87,5	3,6	3,3	5,0	0,6
Коза	87,2	4.1	3,7	4,2	0,8
Свинья	82,4	6,4	6,1	4,0	1,1
Олень	68,0	17,0	11,0	2,8	1,2
Собака	79,6	8,3	7,1	3,7	1,3

 

Молоко содержит липиды, концентрация которых колеблется в довольно широком диапазоне у разных видов животных (1,3-8,3% от общего или 13-40% от сухого остатка). Наименьшее содержание липидов характерно для молока лошадей, наибольшее – для молока оленей. Содержание липидов в коровьем молоке составляет в среднем 3,6%. Липиды молока имеют сложный состав и представлены триглицеридами, холестерином, фосфолипидами, гликолипидами. Преобладающей фракцией липидов молока являются триглицериды. Из жирных кислот преобладают олеиновая и пальмитиновая. Однако, в отличие от жира различных органов, молочный жир содержит и около 10% короткоцепочечных жирных кислот. В молочной железе из ацетил-КоА активно синтезируются различные жирные кислоты, часть из которых идет на синтез триглицеридов молока

Углеводы молока представлены в основном дисахаридом лактозой, которая составляет у большинства видов животных 2,8-5,9%. Лактоза придает сладковатый вкус молоку. Активный синтез лактозы происходит в молочной железе из глюкозы. Около 70% глицерина жиров молока синтезируется из глюкозы в молочной железе.

Молоко содержит и различные минеральные вещества. Преобладающими элементами являются кальций, фосфор, калий, натрий, магний. Характерно, что содержание в молоке этих элементов значительно выше, чем в плазме крови. Таким образом, в молочной железе идут не только фильтрование, но и резорбционные процессы, однако в молоке недостает ряда микроэлементов. Общее количество минеральных веществ в молоке составляет около 1,0-1,3%.

В составе молока находятся различные небелковые азотистые вещества, витамины. В количественном плане следует назвать витамин А, витамин С, витамин В₂. Эти витамины обеспечивают как рост и развитие, так и устойчивость организма животного к различным заболеваниям. В значительном количестве молоко содержит каротины – провитамины витамина А.

В первые дни лактации молочная железа выделяет молозиво. Молозиво (colostrum) отличается от молока весьма существенно по своим физико-химическим и биологическим свойствам. Молоко при кипячении не свертывается, образуется лишь пленка, которая содержит казеинат кальция, тогда как кипячение молозива приводит к коагуляции. Это объясняется более высоким содержанием в молозиве белка и изменением соотношения белковых фракции. Количество белка в молозиве может доходить до 20%. Среди белков молозива значительно преобладают сывороточные белки в особенности иммуноглобулины. Иммуноглобулины, всасываясь в кишечнике новорожденного защищает организм от различных патогенных агентов. В ранний в постнатальный период у животных, нет собственного синтеза иммуноглобулинов. Поэтому выпойка молозива новорожденным животным в первый час после рождения предоставляется очень важным для содержания в организме колострального и молозивного иммунитета.

Молозиво содержит не только иммуноглобулин, но и ряд других белковых факторов неспецифической защиты организма. В их числе лизоцим, система комплимента, пропердин. Содержание белков более высокое в первых порциях молозива, хотя и в молоке на десятый день оно остается заметным.

Для молозива характерно также высокое содержание каротина, в молозиве оно в 50-100 раз выше, чем в молоке. В молозиве обнаружено и значительное количество витаминов В₂, РР и ряда других. Характеризуя химический состав молока, необходимо отметить уникальность его как продукта, содержащего все необходимые компоненты для жизнедеятельности организма новорожденного.

Таблица 2-Состав коровьего молозива и молока, г/100 г

Показатель	Моло зиво	Молоко		Показатель	Моло зиво	Молоко
Жир	3,6	3,5	Иммуноглобулин	5,5-6,8	0,09
Сухое вещество	18,5	8,6	Кобальт, мг	0,5	0,05
Белок	14,3	1,25	Каротиноиды, мг/мг жира	2,5-4,5
Казеин	5,2	2,6	Витамин А, мг/г жира	42-48
Альбумин	1,5	0,47	Витамин Е, мг/г жира	100-150
			Рибофлавин, мг

Молокообразование

Биосинтез компонентов молока, как и любой другой биосинтез в организме, требует затраты энергии. Установлено, что лактирующая молочная железа на каждые 100 г ткани потребляет 5,8 ккал/мин.

Основным энергетическим веществом для работы лактирующий молочной железы служит глюкоза, причем на энергетические нужды идет 50% всей поступающей в железу глюкозы, а 50% используется для синтеза лактозы и глицерина жиров молока. По сравнению с нелактирующей железой, потребление глюкозы при лактации увеличивается в 10 раз.

Лактирующая молочная железа характеризуется интенсивным поглощением кислорода. По поглощению кислорода на 100 г ткани молочная железа лишь в 2-3 раза «уступает» мозгу, который наиболее интенсивно потребляет кислород. Хорошо известно, что для образования 1 л молока через железу коровы должно пройти 450 л крови.

По современным представлениям, все белки молока можно празделить на две группы – белки, образующиеся в самой молочной железе, и белки, проходящие в молоко через железу из крови, где они содержаться в готовом виде. К первой группе относятся α-казеин, α-лактоальбумин и β-лактглобулин. На долю белков первой группы приходиться свыше 90% от общего количества белков молока.

Таблица 3-Химический состав плазмы крови и молока, %

Химическое вещество	Плазма крови	Молоко
Вода	91,0	87,0 – 88,0
Глюкоза	0,05	Следы
Лактоза	Следы	4,8
Альбумины	3,2	0,5
Глобулины	4,4	0,05
Свободные аминокислоты	0,003	Следы
Казеин	Следы	2,9
Жир	0,09	3,8
Фосфолипиды	0,20	0,04
Холестерин	0,17	Следы
Кальций	0,009	0,12
Фосфор	0,01	0,10
Натрий	0,34	0,05
Калий	0,03	0,15
Хлор	0,34	0,11
Лимонная кислота	Следы	0,20

Синтез белков первой группы секреторными клетками молочной железы был подтвержден путем инкубации клеток лактирующих молочных желез с меченными аминокислотами. Синтез белков молока сопровождается изменением содержания РНК в молочной железе. Именно в период интенсивной лактации содержание РНК достигает максимальных величин. Клетки молочной железы содержат все компоненты аппарата биосинтеза белка, который происходит по обычному принципу общего для синтеза простых белков в организме животного. Так, казеин является фосфопротеином, поэтому полагают, что формирование его происходит в несколько этапов. Сначала синтезируется нефосфорилированный предшественник казеина – казеиноген, который в дальнейшим превращается в казеин. Предшественником белков молока, синтезируемых в молочной железе, являются прежде всего аминокислоты плазмы крови. Определение в крови артериовенозной разницы содержания аминокислот, проходящих через молочную железу, показывает, что нелактирующая железа не задерживает аминокислоты, тогда как для лактирующей железы характерна задержка именно тех аминокислот, которые в значительном количестве содержаться в казеине. Поставщиками аминокислот для синтеза белков молока могут быть и белки плазмы крови, однако их роль в этом процессе не столь велика, как свободных аминокислот. Белки плазмы крови поступают в молочную железу и там расщепляются до свободных аминокислот. Имеются данные и об участие некоторых фракций лабильных тканевых белков в качестве источников свободных аминокислот для биосинтеза специфических белков молока.

Наиболее типичными представителями второй группы белков являются сывороточный альбумин и иммунные γ-глобулины. Содержание белков этих групп резко повышается в начале периода лактации, то есть в период образования молозива. Эти белки не синтезируются железой, а поступают в молоко в готовом виде из крови. Приблизительно 10% всех белков молока проходит в молоко из крови. Переход этих белков подтвержден экспериментами с мечеными радиоактивной меткой белками сыворотки крови, а так же путем установления общности ряда физико-химических свойств отдельных белков сыворотки крови молока, как это было выявлено при сопоставлении альбумина плазмы крови и сывороточного альбумина молока.

В основном ферменты имеют тканевое происхождение и переходят в молоко из клеток молочной железы. Есть данные о переходе ряда ферментов в молоко из крови.

Предшественниками молочного жира является глицерин, высшие жирные кислоты, летучие жирные кислоты, источником образования высших жирных кислот служат липиды кормов, углеводы. Глицерин и жирные кислоты частично поступают в железу с кровью, частично синтезируются и в клетках железы. В частности, на синтез жирных кислот идет до 50% уксусной кислоты, образующиеся из клетчатки в процессе рубцового пищеварения. Жир молока находится в форме жировых шариков (диаметре 1-3 мкм), представляющих собой комплекс жира с белком.

Молочный сахар лактоза, состоящий из галактозы и глюкозы – синтезируется исключительно в молочной железе, главным образом, из глюкозы. Этот процесс можно представить в виде следующих реакций:

глюкоза + АТФ глюкоза-1-фосфат + АДФ

глюкоза-1-фосфат + УТФ УДФ-глюкоза + пирофосфат

УДФ-глюкоза УДФ-галактоза

УДФ-галактоза + глюкозо-1-фосфат лактозо-1-фосфат + УДФ-лактозо-1-фосфат лактоза +Н₃РО₄

Первые две реакции аналогичны реакциям синтеза гликогена. В дальнейшем фермент изомеризуется в уридинфосфатгалактозу. Последняя, взаимодействуя с активной формой глюкозы, переходит в фосфолирированную лактозу. После дефосфолирования получается обычная формула лактозы. Что касается затраченного уридинтрифосфата, то он регенерируется путем взаимодействия УДФ с АТФ:

УДФ + АТФ УТФ + АДФ

Имеются также данные, что лактоза может активно синтезироваться в молочной железе у крупного рогатого скота из пропионовой кислоты. Процесс синтеза лактозы катализируется ферментативной системой лакозосинтазой, представляющей собой два фермента – галактозилтрансферазу и α-лактоальбумин. Этот белок сам не обладает каталитической активностью, но позволят использовать галактозилтрансферазе второй субстрат – глюкозу, что способствует взаимодействию галактозы с глюкозой. Синтез α-лактоальбумина стимулирует гормон передней доли гипофиза пролактином.

Процесс образования молока и молокоотделения регулируется с помощью гормонов. Если пролактин гипофиза стим α-лактоальбуминулирует синтез отдельных компонентов молока, то прогестерон тормозит этот процесс. В частности прогестерон тормозит и синтез α-лактоальбумина, а тем самым и синтез лактозы. С началом лактации концентрация прогестерона в крови снижается и усиливается синтез лактозы. Секреция пролактина усиливается актом выделения окситоцина.

Контрольные вопросы:

1.Каков химический состав молока и молозива сельскохозяйственных животных, от чего он зависит?

Дать характеристику:

а) белков молока,

б) липидов молока,

в) витаминов, провитаминов.

2. Написать уравнение реакций биосинтеза в молочной железе:

а) липидов,

б) лактозы,

в) дипептидов.

3.Регуляция молокообразования и молокоотдачи. Назвать гормон и указать, каким образом он регулируется молокообразование и молокоотдачу.