Leche
De las dos familias de proteínas que tiene la leche, las caseínas y las proteínas lactoséricas, las primeras tienen una nivel muy bajo de estructura terciaria y por consiguiente no son susceptibles de ser desnaturalizadas, por lo menos en el sentido usual del término (Klostermeyer y Reimerdes, 1977).
La leche de vaca contiene cuatro tipos de caseínas y su concentración es de cerca de 25 g/l de leche. La proporción entre ellas es aproximadamente la siguiente: as1 : as2 : ß :k : 4:1:4:1. En su estado natural, existen en forma de micelas, que son partículas con diámetro dentro del rango entre 50 nm y 250 nm, consistentes en un complejo de las caseínas con fosfato de calcio.
Las características altamente particulares de estas proteínas se deben a su composición o estructura primaria (Dalgleish,1997):
1. Son fosfoproteínas, en las que algunas unidades del aminoácido serina están substituidas con un grupo fosfato para formar fosfato de serina.
2. Las caseínas más importantes en cuanto a cantidad, a s1 y ß :, no contienen los aminoácidos cistina ni cisteína, por lo que no tienen la capacidad de formar enlaces de azufre (-S-S-) intermoleculares o intramoleculares.
3. Las caseínas presentes en menor concentración, y , contienen a s1 y k ambas un puente -S-S- intracadena, formado entre dos unidades de cisteína, que no son muy reactivas. Además de formar enlaces -S-S-intracadena, las cisteínas en estas proteínas son capaces de participar en eslabonamientos -S-S- intercadena.
4. Las cuatro caseínas son proteínas hidrofóbicas; es decir, contienen muchos aminoácidos con cadenas laterales no polares. Sin embargo, en el caso de las caseínas b y k, la distribución de estos
aminoácidos no es aleatoria. En el caso de la caseína k, la región que termina en nitrógeno (componentes 1 a 105) es altamente hidrofóbica y el resto, la región que termina en carbono (residuos 106 a
169), es hidrofílica.
5. Las caseínas contienen cantidades relativamente altas de prolina, un aminoácido que dificulta la formación de estructuras secundarias (tales como hélices u hojas plegadas). Son proteínas esencialmente desordenadas, sin estructura específica, por lo que pueden adoptar muchos estados de conformación en solución para adaptarse a la presencia de fuerzas cambiantes.
6. No tienen actividad biológica, no se pueden cristalizar y no son susceptibles de ser desnaturalizadas térmicamente en la región de temperaturas usuales en la industria de quesería.
Aunque uno de los aspectos funcionales de la k-caseína es estabilizar las micelas, los posibles enlaces -S-S- intercadena no juegan ningún papel en este sentido (Rasmussen et al.,1994). Esto se debe a que la k-caseína está localizada principalmente en la superficie de las micelas, formando una «capa peluda» que es la que imparte estabilidad.
Lo que les imparte a las micelas de caseína algunos de sus comportamientos característicos es el fosfato de calcio inorgánico que está combinado con las caseínas. En lo que hay acuerdo general es que las micelas son estructuras casi esféricas y que están compuestas de dominios de menor tamaño,
de forma tal que la estructura global se asemeja a una frambuesa. Lo que no ha sido establecido es la estructura precisa de estos dominios más pequeños (Dalgleish, 1997).
En algunos modelos, se muestra a las caseínas interactuando hidrofóbicamente para formar «submicelas», que a su vez interactúan con fosfato de calcio para formar las micelas. En otros, las caseínas están enlazadas al fosfato de calcio a través de sus residuos de fosfoserina para formar las submicelas, que interactúan entre sí hidrofóbicamente para formar las micelas. En ambos tipos de
modelos, la k-caseína interactúa con las submicelas a través de su región hidrofóbica, mientras que la región hidrofílica cubre parcialmente la superficie de las micelas (Dalgleish, 1997).
Esta región hidrofílica o «capa peluda» tiene un espesor entre 5 nm y 10 nm. Debido a la presencia de esta capa de macropéptido, las micelas de caseína están altamente hidratadas, llegando a tener hasta 3 – 4 gramos de agua por gramo de proteína. Esto se debe en parte a la naturaleza porosa de la estructura micelar y en parte a que los «pelos» de k-caseína ocupan mucho volumen en proporción a su masa (Dalgleish, 1997). El tamaño de las micelas varía entre 20 nm y 600 nm (Schmidt, 1986).
Como se mencionará en detalle más adelante, el fosfato de calcio micelar se disuelve progresivamente a medida que baja el pH del gel formado mediante la acción del cuajo. Los cambios correspondientes en la estructura micelar ante este aumento de acidez no son conocidos con exactitud. Durante la formación del gel enzimático, las micelas retienen casi en su totalidad su identidad estructural. Sin embargo, una vez que se corta la cuajada e inicia la expulsión de lactosuero, las micelas están mucho
más juntas entre sí, hasta que se fusionan durante el prensado y la maduración del queso.
En contraste con las caseínas, las principales proteínas lactoséricas son proteínas altamente estructuradas y, por lo tanto, son susceptibles de ser desnaturalizadas. Por ejemplo, en su estructura
terciaria, la b-lactoglobulina tiene una proporción considerable de hojas tipo b (43 % a 50 % de los componentes aminoácidos), 10 % a 15 % de hélice tipo a y 15 % a 20 % de dobleces tipo b. Al pH de la leche fresca, entre 6.6 y 6.7, esta proteína existe en forma de dímero. El monómero está formado por 162 componentes aminoácidos y contiene dos puentes de disulfuro (-S-S-) y un grupo tiol (-SH) por molécula. Aunque es la más hidrofóbica de las proteínas lactoséricas, la b-lactoglobulina es muy soluble en agua debido a que la mayoría de los componentes no polares están en el interior de la proteína y a que la mayoría de los componentes polares están en la superficie. En su estructura nativa, su capacidad de retención de agua es muy moderada, del orden de 0.04 g/g de proteína (Cayot y Lorient, 1997).
En términos de masa, la b-lactoglobulina constituye cerca del 50 % de las proteínas lactoséricas.
Por su parte, la a-lactalbúmina es una molécula formada por 123 componentes aminoácidos, contiene cuatro puentes disulfuro y es una glicoproteína que tiene cantidades variables de carbohidrato. Su estructura tiene menor grado de organización que la b-lactoglobulina: 30 % de hélice tipo a y 9 % de hojas tipo b. Por consiguiente es mucho más flexible, aunque sus puentes de azufre la mantienen en forma de un elipsoide compacto. La a-lactalbúmina tiene mayor capacidad de retención de agua (0.06g/g de proteína) que la b-lactoglobulina. Esta proteína constituye cerca del 20 % de la masa de las proteínas lactoséricas.
En las proteínas de la leche no hay entrecruzamientos intermoleculares. La fuente potencial más importante para reacciones de entrecruzamiento inducidas térmicamente es el contenido de los aminoácidos cisteína y cistina en las proteínas lactoséricas. Sin embargo, debido a que la leche para quesería se procesa a valores de pH ligeramente ácidos y a temperaturas no mayores de 72oC, se espera que estas reacciones de intercambio (-SH/-S-S-) procedan a un nivel moderado; las reacciones de intercambio -SH/-S-S- proceden con mucha mayor rapidez a valores alcalinos de pH y a temperaturas más altas.
La b-lactoglobulina, en sus variantes genéticas A y B, es la proteína de la leche que contiene mayor concentración de aminoácidos con grupos tiol y disulfuro. Los grupos -SH de la b-lactoglobulina están normalmente en la parte interna del dímero y por consiguiente su reactividad es baja. Sin embargo, bajo la influencia de tratamientos térmicos suficientemente severos, hay disociación creciente del dímero, lo que acarrea desnaturalización del monómero y la creación de condiciones propicias para la formación de polímeros. Esta es la base de la tecnología para la elaboración de requesón.
Es importante recordar que, debido a los altos pesos moleculares y a la gran variedad de componentes aminoácidos que ocurren generalmente en secuencias que no se repiten, una molécula de proteína es capaz de adoptar una gran variedad de conformaciones tridimensionales. Estas son el resultado de un número potencialmente enorme de interacciones de varios tipos, covalentes y no covalentes, que ocurren entre los componentes aminoácidos, los componentes en el medio ambiente en que se encuentra la proteína y las características de dicho medio ambiente.
Por consiguiente, la estructura de una proteína no se debe considerar como algo fijo o estático. En el caso general, la estructura es dinámica, con la capacidad de responder de distintas maneras ante todo tipo de cambios en su medio ambiente: pH, temperatura, velocidad de calentamiento, concentración de ciertos iones, presencia de otras proteínas, grasas, carbohidratos, etc. Como las propiedades funcionales son un reflejo de la estructura, las debemos considerar también como un campo dinámico de potencialidades que podemos manipular para nuestros propósitos.