Binding of bivalent cations to α-lactalbumin and β-lactoglobulin: effect of pH and ionic strength

Abstract

Interactions between oe-lactalbumin and Jj-lactoglobulin and different cations (Ca 2 +, Mg 2 +, Zn 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cu 2 +) were studied in solution at various pH (6.6, 5.5, 5.0) and ionie strengths (fL < 0.01, fL = 0.05, fL = 0.10). The chelation was studied using binding ratios. Both proteins are able to bind seve rai cations at pH 6.6 when ionie strength is low. The affinity of o-lactalbumin for the first bound atom is high, then decreases for the following ions. In these physico-chemical conditions of the aqueous phase (pH 6.6-fL < 0.01), the maximal number of bound cations depends on the mineraI. The binding ability of oe-lactalbumin is 3.0 ions of Mn 2 +, 3.5 of Mg 2 +, 4.5 of Ca 2 + and Zn 2 +, 6.0 of Fe 2 +, 10.6 of Cu 2 + and more than 2.0 ions of Mn 2 +, 2.5 of Zn 2 +, 3.2 of Mg2+ and 3.5 of Ca 2 +, Fe 2 +, Cu 2 + for 13-lactoglobulin. The affinity of o-lactalbumin is high for Ca 2 +, Zn 2 +, Mn 2 +, Cu 2 + and reduced for Mg 2 + and Fé+. For Jj-Iactoglobulin the affinity is high for Zn 2 +, Fe 2 +, Cu 2 +, and lower for Ca 2 +, Mg 2 + and Mn 2 +. The affinity becomes lower when pH decresases or when ionie strength increases, except for oe-lactalbumin with calcium and for both proteins with copper. Except for Cu 2 +, which is always strongly bound to both proteins, the binding ability is about one atom per protein molecule at pH 5.0 (fL < 0.01) and at pH 6.6 (fL = 0.10). Résumé Fixation des cations bivalents à l'a-lactalbumine et à la Jj-lactoglobuline : effet du pH et de la force ionique Les interactions entre l'a-lactalbumine ainsi que la Jj-lactoglobuline et différents cations (Ca 2 +, Mg 2 +, Zn 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cu 2 +) ont été étudiées en solution à différents pH (6,6-5,5-5,0) et différentes forces ioniques (fL < 0,01-fL = 0,05-fL = 0,10). Ces deux protéines sont capables de fixer plusieurs atomes à pH 6.6 et à une force ionique inférieure à 0,01. L'affinité de l'a-lactalbumine pour le premier cation fixé est élevée mais elle décroît pour les chélations d'ordre supérieur. Dans ces conditions physico-chimiques du milieu (pH 6,6-fL < 0,01) le nombre maximal d'ions fixés 34 J.J. BAUMY et G. BRULÉ dépend du tYRe de minéral. Il est dans le cas de l'a-lactalbumine de 3,0 pour Mrr'", de 3,5 pour Mg +, de 4,5 pour Ca 2 + et Zn 2 +, de 6,0 pour Fe 2 + et de 10,6 pour Cu 2 +. La 13-lactoglobuline peut chélater plus de 2,0 atomes de Mn 2 +, plus de 2,5 de Zn 2 +, plus de 3,2 de Mg 2 + et plus de 3,5 de Ca 2 +, Fe 2 + et Cu 2 +. Dans le cas de l'a-lactalbumine, l'affinité est forte pour Ca 2 +, Zn 2 +, Mn 2 +, Cu 2 + et plus réduite pour Mg 2 + et Fe 2 +. L'affinité de la 13-lactoglobuline est élevée pour Zn 2 +, Fe 2 +, Cu 2 + et plus faible pour Ca 2 +, Mg 2 +, Mn 2 +. L'affinité de ces protéines pour les minéraux diminue avec le pH ou avec une augmentation de la force ionique sauf dans le cas des complexes cupriques et de l'a-lactalbumine en présence de calcium. A l'exception du cuivre qui est toujours fortement lié aux protéines quelles que soient les conditions de milieu, la capacité de fixation est égale à un atome par molécule de protéine à pH 5,0 (IL < 0,01) et à pH 6,6 (IL = 0,10). Mots clés: a-lactalbumine-13-lactoglobuline-Cation bivalent-Fixation-pH-Force ionique.