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

Abstract - Interactions between α-lactalbumin and β-lactoglobulin and different cations (Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺) were studied in solution at various pH (6.6, 5.5, 5.0) and ionic strengths (μ < 0.01, μ = 0.05, μ = 0.10). The chelation was studied using binding ratios.
Both proteins are able to bind several cations at pH 6.6 when ionic strength is low. The affinity of α-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 -μ < 0.01), the maximal number of bound cations depends on the mineral. The binding ability of α-lactalbumin is 3.0 ions of Mn²⁺, 3.5 of Mg²⁺, 4.5 of Ca²⁺ and Zn²⁺, 6.0 of Fe²⁺, 10.6 of Cu²⁺ and more than 2.0 ions of Mn²⁺, 2.5 of Zn²⁺, 3.2 of Mg²⁺ and 3.5 of Ca²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺ for β-lactoglobulin. The affinity of α-lactalbumin is high for Ca²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺ and reduced for Mg²⁺ and Fe²⁺. For β-lactoglobulin the affinity is high for Zn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, and lower for Ca²⁺, Mg²⁺ and Mn².
The affinity becomes lower when pH decresases or when ionic strength increases, except for α-lactalbumin with calcium and for both proteins with copper. Except for Cu²⁺, which is always strongly bound to both proteins, the binding ability is about one atom per protein molecule at pH 5.0 (μ < 0.01) and at pH 6.6 (μ = 0.10).

Résumé - Fixation des cations bivalents à l'α-lactalbumine et à la β-lactoglobuline : effet du pH et de la force ionique
Les interactions entre l'α-lactalbumine ainsi que la β-lactoglobuline et différents cations (Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺) ont été étudiées en solution à différents pH (6,6 - 5,5 - 5,0) et différentes forces ioniques (μ < 0,01 - μ = 0,05 - μ = 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 - μ < 0,01) le nombre maximal d'ions fixés dépend du type de minéral. Il est dans le cas de l'α-lactalbumine de 3,0 pour Mn²⁺, de 3,5 pour Mg²⁺, de 4,5 pour Ca²⁺ et Zn²⁺, de 6,0 pour Fe²⁺ et de 10,6 pour Cu²⁺. La β-lactoglobuline peut chélater plus de 2,0 atomes de Mn²⁺, plus de 2,5 de Zn²⁺, plus de 3,2 de Mg²⁺ et plus de 3,5 de Ca²⁺, Fe²⁺ et Cu²⁺. Dans le cas de l'α-lactalbumine, l'affinité est forte pour Ca²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺ et plus réduite pour Mg²⁺ et Fe²⁺. L'affinité de la β-lactoglobuline est élevée pour Zn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺ et plus faible pour Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺.
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'α-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 (μ < 0,01) et à pH 6,6 (μ = 0,10).