CASENASIntroduccionLas protenas de la leche se dividen en tres grupos: Las casenas, las protenas del lactosuero y las que forman parte de la membrana del glbulo graso. Estas ltimas representan solamente del orden del 1% del total de la protenas de la leche

Las casenas son las principales protenas de la leche. Se sintetizan exclusivamente en la glndula mamaria, y en la leche se encuentran en su mayor parte formando agregados multimoleculares conocidos como micelas de casena. En la leche de vaca, las casenas representan alrededor del 80% del total de protenas, es decir, de 25 a 28 gramos por litro de leche. En la leche humana la presencia de protenas del lactosuero es mucho mayor, de tal forma que las casenas son solamente del orden de la mitad de las protenas totales, entre 5 y 8 gramos por litro. Estructura de las molculas de casenaLas molculas individuales de casena se caracterizan en general por tener un tamao mediano (unos 200 aminocidos, siendo algo menor la casena ) contar con pocos tramos con estructura secundaria organizada, debido a la presencia de abundantes restos de prolina, y tener unidos covalentemente grupos fosfato a algunos de los restos de serina, y muy ocasionalmente a restos de treonina. La falta de organizacin de las molculas de casena ha hecho que hasta el momento ninguna haya podido cristalizarse para llevar a cabo estudios detallados de su estructura secundaria y terciaria.

Una propiedad clsica, que ha servido durante un siglo para su definicin operacional, es que las casenas precipitan a pH 4,6, que es su punto isoelctrico (a temperatura ambiente).

Desde el punto de vista de la estructura, en la leche bovina (y en la mayora de las leches de otras especies) existen cuatro casenas, conocidas como s1, s2, (la s del subfijo indica que son sensibles al calcio, es decir, que pueden precipitar al asociarse con l) y . Las llamadas casenas son simplemente fragmentos de la casena producidos por proteolisis por la plasmina. Todas las casenas tienen variantes genticas, producidas por sustitucin de aminocidos y en algunos casos por deleccin.

Existen diferencias en la proporcin que representa cada tipo en el total de las casenas. De entre las especies ms comunes, las mayores diferencias se encuentran en el contenido de casena que representa el 3% de las casenas de leche de bfala, el 13% de las de la leche de vaca y el 26% de las de la leche humana. Casena s1La casena s1 es la mayoritaria en la leche de vaca. La variante ms comn tiene 199 aminocidos en su secuencia, con 8 9 grupos fosfato. Desde el punto de vista estructural, est formada por tres regiones hidrofbicas, con dos de ellas situadas en los extremos (aminocidos 1-41, 90-113 y 132-199), y una zona muy polar (entre los aminocidos 42 y 80), en la que se encuentran todos los grupos fosfato menos uno, lo que le da una carga neta negativa muy importante al pH de la leche (alrededor de 6,6). La casena s1 de vaca contiene 17 restos de prolina, distribuidos a lo largo de toda la cadena, lo que hace que tenga muy pocas zonas con estructura secundaria organizada. La asociacin con otras molculas de casena se produce a travs de interacciones hidrofbicas en las que est implicada fundamentalmente la zona situada entre los aminocidos 136 y 196.

Estructura de la caseina S1

Restos de prolina

Grupos fosfato

Estructuras bsicas

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Casena s2Esta casena est formada, en la vaca, por 207 aminocidos Se conocen varias variantes genticas, y tambin varias variantes en el grado de fosforilacin. La mxima fosforilacin afecta a 12 serinas y una treonina. Esta casena tiene un puente disulfuro entre las cistenas que ocupan las posiciones 36 y 40 de la secuencia, y es ms hidroflica que la casena s1, con tres regiones de carga neta negativa, una de ellas en el extremo N-terminal. En la zona del extremo C-terminal se sitan aminocidos hidrofbicos y con carga neta positiva.

Casena La casena es la casena ms hidrofbica, y presenta adems estructura particular, con una clara divisin en dos zonas. La que corresponde al extremo C-terminal es particularmente hidrofbica, mientras que los aminocidos ms hidroflicos, y todos los grupos fosfato unidos a serinas, se concentran en el extremo N-terminal. La variante gentica ms comn en la vaca est formada por 209 aminocidos, con cinco grupos fosfato. Estructura de la caseina

Restos de prolina

Grupos fosfato

Estructuras bsicas

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Casena La casena tiene una estructura claramente distinta de la de las otras casenas. En primer lugar, es algo ms pequea, estando formada, en la vaca, por 169 aminocidos. Adems est muy poco fosforilada, teniendo solamente un grupo de fosfato. Esto hace que interaccione con el in calcio mucho menos que las otras casenas. Sin embargo, comparte con la casena la propiedad de tener zonas predominantemente hidroflicas e hidrofbicas bien marcadas y separadas.

Una particularidad de esta casena es la presencia de una zona con carga neta positiva entre los aminocidos 20 y 115. Esta zona con carga neta positiva permite la interaccin de la casena con polisacridos como los carragenanos, que tienen carga negativa. Tambin tiene en la cadena dos grupos de cistena.

La caseina es la nica casena que tiene parte de las molculas glicosiladas. El grupo glucdico est formado o bien por un trisacrido o bien por un tetrasacrido unido a un resto de treonina, o bien en la treonina que ocupa la posicin 131, en la 133, o bien en otra ms prxima an al extremo carboxilo-terminal de la cadena. Dada la presencia de cido N-acetil neuramnico, este grupo glucdico aporta carga neta a la casena &kappa.

La casena se rompe fcilmente por proteolisis en el enlace situado entre la fenilalanina 105 y la metionina 106, en una regin rica en restos de prolina y probablemente fcilmente accesible. Cuando esta proteolisis se produce, el fragmento N-terminal 1-105 (para -casena), que es fundamentalmente hidrofbico, queda unido a las otras casenas en la micela, mientras que el fragmento C-terminal 106-169 (caseino macropptido), muy hidroflico, y en el que est situado el resto glucdico en las molculas glicosiladas, queda libre en solucin. Estructura de la caseina kappa

Restos de prolina

Grupo fosfato

Estructuras bsicas

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Detalle del punto de cortepor la quimosina

La ruptura de la casena produce la desestabilizacin de la micela, y (a temperaturas por encima de 20 C) su agregacin. Este proceso es el que se produce en la fabricacin de la gran mayora de los quesos. Casena Recibe el nombre de caseina un conjunto de fragmentos de la casena formados por la accin de la plasmina, una proteinasa presente en la leche. En condiciones normales, esta casena representa alrededor del 3% del total de casenas. Los fragmentos de casena ms pequeos formados en este proceso proteoltico quedan eln el lactosuero, y reciben el nombre de fraccin proteosa - peptona. Estructura de las micelas de casenaLas micelas de casena son partculas de un tamao entre 50 y 500 nanometros, formadas por la asociacin de molculas de casena junto con fosfato clcico en forma coloidal. El componente mineral representa alrededor del 7% del peso de la casena. La estructura interna de las micelas de casena, si es que realmente puede hablarse de una estructura organizada, est en discusin. Por una parte, segn el modelo ms aceptado, las micelas estaran formadas por la agregacin de otras partculas menores, las llamadas submicelas, unidas entre s a travs de puentes de fosfato y por interacciones hidrofbicas. Las molculas individuales de de casena se uniran dentro de las submicelas fundamentalmente a travs de enlaces hidrofbicos. Modelo de la micela de casena formada por la asociacin de submicelas

Ahora bien, las submicelas son probablemente estructuras menos definidas de lo que se ha supuesto hasta el momento, y parece probable que el interior de las micelas tenga una estructura menos organizada, con asociaciones de molculas de casena producidas por su interaccin con partculas de fosfato clcico coloidal de tamao nanomtrico. De hecho, el otro modelo de micela de casena propuesto implica la existencia de nanoclusters de fosfato clcico distribuido dentro de una partcula ms o menos homognea formada por la asociacin de casenas individuales. La superficie exterior de la micela sera tambin cambiante, especialmente sensible a las modificaciones del medio que alteraran la hidratacin de las molculas. La fosfoserina, que es una pieza esencial en el mantenimiento de la estructura de cualquier modelo de micela de casena, puede formar puentes con iones de calcio. Puente de fosfoserina-calcio-fosfato El tamao del in calcio y de la zona donde se sita no est a escala.

Situar el tomo de calcio

El fosfato de calcio se encuentra en las casenas como fosfato coloidal, en forma no cristalina. Las partculas de fosfato amorfo o coloidal dentro de la casenas tienen un tamao del orden de 2,5 nanometros, y estn formadas por un ncleo de fosfato clcico recubierto de una capa de protena de un espesor de alrededor de 1,5 nanometros, unida al fosfato clcico mediante puentes a travs de las fosfoserinas.

Estabilidad de las micelas de casenaEn condiciones normales de pH y concentracin de sales, las micelas de casenas se encuentra muy hidratadas, teniendo ligados alrededor de 3,7 gramos de agua por gramo de protena.

Las micelas de casena se desestabilizan fundamentalmente por dos procesos: Por la acidez, y por la proteolisis de la casena .

La acidez tiene dos efectos: En primer lugar, segn va bajando el pH se van rompiendo los enlaces entre los grupos fosfato y el ion calcio, al reducirse la ionizacin de los fosfatos. En segundo lugar, las repulsiones entre las micelas se reducen, al acercarse el pH al punto isoelctrico de las casenas. A un pH de alrededor de 4,5 (y a una temperatura superior a 20C) las casenas se agregan, formando una cuajada poco mineralizada.

En el tratamiento con quimosina, la casena pierde por proteolisis sus regin hidrfila, dirigida hacia el exterior de las micelas. La reduccin de la hidrofilicidad facilita la agregacin.

A temperaturas bajas, de refrigeracin, las fuerzas hidrofbicas que mantienen unidas a las molculas de casena se debilitan, e incluso una parte de la casena sale de la micela. La gran mayora permanece, pero unida menos fuertemente. En particular, las fuerzas que actan sobre la regin hidrofbica de la casena se debilitan, haciendo que esta exponga ms hacia el exterior su regin hidrfila. Esto aumenta la hidratacin y voluminosidad de la micela. Como consecuencia, a temperaturas de refrigeracin no se produce la agregacin de la casena ni por la accin de la acidez ni por la de la quimosina.