В ранний период лактации при недостатке энергии питательных веществ рациона организм коровы мобилизует для синтеза жиров молока жирные кислоты из жировой ткани. При этом значительный распад жирных кислот приводит к получению большого количества молекул ацетил-КоА, часть из которых поступает на синтез кетоновых тел. Кетонемия вызывает снижение синтез пропионовой и уксусной кислот в рубце жвачных животных. В свою очередь снижение синтеза пропионата приводит к снижению активности глюконеогенеза, а недостаток ацетата вызывает снижение синтеза жиров молока. В результате отмечают снижение живой массы дойных коров.
Молочный сахар – лактоза (С12Н22О11), состоит из галактозы и глюкозы и синтезируется исключительно в аппарате Гольджи молочных эпителиальных клеток железы. Предшественником синтеза молекул лактозы у жвачных является глюкоза крови. Специальный глюкозотранспортирующий белок облегчает перенос глюкозы сквозь мембраны аппарата Гольджи. Синтез лактозы осуществляется под контролем лактозо-синтазы, димерного комплекса, включающего два белка: альфалактальбумин и галактозилтрансферазу. Галактозилтрансфераза присутствует во всех клетках животного и обычно обеспечивает внедрение галактозы в гликопротеины. В период беременности пролактин индуцирует продукцию альфа-лактальбумина клетками молочной железы. Альфа-лактальбумин – белок, включающий в своей структуре 123 аминокислотных остатков. В комплексе с галактозилтрансферазой он формирует лактозо-синтазу, обеспечивающую синтез лактозы. Этот процесс, в котором главную роль играет глюкоза, можно представить в виде ряда последовательных реакций:
Глюкоза + АТФ → глюкозо-1-фосфат + АДФ
Глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ-глюкоза + пирофосфат
УДФ-глюкоза → УДФ-галактоза
УДФ-галактоза + глюкозо-1-фосфат → лактозо-1-фосфат + УДФ
Лактозо-1-фосфат → лактоза + Н3РО4
УДФ-галактоза имеет две связи, богатые энергией. При присоединении глюкозы образующаяся молекула лактозы теряет одну связь, богатую энергией в форме УДФ.
Лактоза активно синтезируется в молочной железе у крупного рогатого скота из пропионовой кислоты. В начале лактации гормон пролактин индуцирует синтез альфа-лактальбумина, что в свою очередь стимулирует продукцию лактозы.
Если происходит падение концентрации глюкозы в плазме крови ниже определенного уровня, то секреция лактозы будет прекращена. Лактирующие жвачные часто испытывают недостаток глюкозы при высокой молочной продукции. 60–70% глюкозы плазмы используется на синтез лактозы, 20–30% глюкозы затрачивается на получение НАДФН для синтеза жирных кислот молока, а небольшое количество глюкозы идет на получение глицерофосфата, используемого при этерификации жирных кислот. При этом только следовые количества глюкозы крови жвачных окисляются на синтез АТФ.
Отметим, что в тонком кишечнике новорожденных телят лактоза молока гидролизуется ферментом лактазы на свободные молекулы глюкозы и галактозы. Последняя может быть использована на различные цели, включая синтез ганглиозидов развивающегося мозга. Пик активности лактазы кишечника отмечается в первое время после рождения телят.
Молоко является прекрасной средой для роста и развития различных видов бактерий, вызывающих брожение лактозы. В частности, молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями, включая некоторые виды Lactobacillus, под влиянием ферментов которых молекула лактозы с участием воды распадается на четыре молекулы молочной кислоты. Это брожение является основой для получения ряда молочнокислых продуктов для питания человека.
Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями. При этом виде брожения молочная кислота распадается с образованием пропионовой, уксусной кислот, СО2 и Н2О. Этот вид брожения используют при производстве сыров.
Спиртовое брожение протекает под влиянием отдельных видов
дрожжей:
С12Н22О11 + Н2О → 2С2Н12О6 → 2С2Н5ОН + 2СО2
Лактоза Глюкоза Этанол
Спиртовое брожение в таких молочных продуктах, как кумыс, кефир и другие, протекает обычно вместе с молочнокислым. Поэтому молоко становится кислым, накапливает спирт и углекислоту, которая делает продукт бродящим. Отметим, что кефир обычно приготавливают из коровьего молока путем внесения в молоко закваски кефирных грибков. В зависимости от продолжительности брожения получают слабый (односуточный) кефир с количеством спирта не более 0,1% или крепкий кефир (0,5% спирта).
У млекопитающих с простым желудком важнейшим предшественником для синтеза жирных кислот является глюкоза. У жвачных животных наиболее важными предшественниками являются ацетат, образующийся в рубце, и бета-гидроксибутират стенки рубца. В синтезе жирных кислот молока различают три этапа: образование ацетил-КоА,
178
удлинение углеродной цепи кислоты, формирование ненасыщенных связей кислот.
У млекопитающих с простым желудком глюкоза в процессе гликолиза переходит в пировиноградную кислоту. Последняя, реагируя с щавелевоуксусной кислотой в митохондрии, трансформируется в цитрат. Цитрат проникает сквозь митохондриальную мембрану и в цитозоле в присутствии цитрат-лиазы формирует ацетил-КоА и щавелевоуксусную кислоту. Ацетил-КоА затем участвует в реакциях синтеза жирной кислоты. У жвачных животных существует недостаток цитрат-лиазы, а поэтому они неспособны использовать глюкозу для синтеза жирных кислот. Они используют в этих целях ацетат. Все компоненты для синтеза жирной кислоты находятся в цитозоле. Синтез жирной кислоты использует такие витамины, как биотин, пантотеновая кислота, фолиевая кислота. Малонил-S-АПБ является начальным субстратом для синтеза жирной кислоты. Взаимодействие малонил-S-АПБ и ацетил-S-АПБ приводит к образованию бутирил-S-АПБ. Последующее удлинение молекулы масляной кислоты (С4) до пальмитиновой (С16) осуществляется 7 раз за счет малонил-S-АПБ. НАДФН, необходимый в реакциях восстановления при биосинтезе жирной кислоты, синтезируется в пентозо-фосфатном окислении глюкозо-6-фосфата.
В жировой ткани, печени, других тканях депо жира – пальмитиновая кислота (С15Н31СООН) – реализуется как конечный продукт синтеза. Молоко жвачных животных содержит 5–8% жирных кислот с 4 и 6 атомами углерода, которые не обнаруживаются в других тканях животного. Молоко жвачных животных содержит так же небольшие количества жирных кислот с разветвленными углеродными цепями и с нечетными количествами атомов углерода. Эти кислоты в основном продуцируются микроорганизмами в пищеварительном тракте из разветвленных аминокислот и из пропионата.
Образующиеся первоначально в молочной железе жирные кислоты являются насыщенными. Однако, наличие в эпителиальных клетках ферментов десатуразы эндоплазматического эпителия приводит к образованию ненасыщенных связей в молекулах жирных кислот. Поэтому в молоке происходит увеличение ненасыщенных жирных кислот (например, олеиновая – С17Н33СООН из стеариновой – С17Н35СООН). Этерификация жирных кислот имеет место в эндоплазматическом ретикулуме, поэтому почти все молекулы синтезированных жирных кислот в составе молока присутствуют в форме эфиров.
В свежем нормальном молоке концентрация свободных жирных кислот низкая. Молоко содержит фермент липопротеин липазу, физиологическая функция которой – гидролиз триглицеридов в структуре липопротеинов плазмы. Эта липаза появляется в молоке в случае анормальной секреции эпителиальными клетками молочной железы, которые продуцируют этот фермент. Если активность липазы в молоке
179
