Simulating the self-association of caseins: towards a model for the casein micelle

Abstract - A Monte Carlo computer simulation is used to simulate the self-association of model casein-like block copolymers. One-component studies of and -casein show a strong tendency to form large micelles, with some evidence of flower-like and worm-like micelles in -casein systems. -Casein forms small micelles in a one-component system, and has difficulty forming mixed micelles in binary and three-component mixtures. This is attributed to its tetra-block structure (alternating hydrophobic and hydrophilic blocks), where one of the hydrophobic blocks is attached at both ends to a hydrophilic block, which reduces its ability to self-associate with other hydrophobic blocks. The order of increasing micelle size depends on whether hydrophobic association is allowed between blocks on the same chain or not. When allowed, the chains tend to fold up on themselves which makes micellization more difficult. The order of increasing micelle size is then . If intra-chain hydrophobic association is not allowed (increased rigidity of the blocks) the order of increasing micelle size changes to . In the latter case two hydrophobic blocks at the ends of the -chain are able to associate with more than one hydrophobic micellar core, and thus act as a bridge between two micelles. In binary systems only + -casein mixtures show a strong preference to form micelles where the hydrophobic blocks of the two chains are mixed relatively evenly in the hydrophobic core, with an approximate 1:1 ratio of the two chains. When -casein is present in the binary simulations it dominates the micellization behavior by limiting the growth of micelles. This is most likely due to the second hydrophobic block of -chains having a low propensity to associate with other hydrophobic blocks, and thus having a low ability to propagate micelle growth. A similar situation is seen in three component mixtures of at ratios of 1:1:1 and 4:1:4.

Résumé - Simulation de l'auto-association des caséines : vers un modèle de la micelle de caséines
Une simulation informatique Monte Carlo a été utilisée pour modéliser l'auto-association de copolymères modèles comme les caséines. Dans un système à un composant, la caséine et la caséine montrent une tendance lourde à former de grosses micelles avec, pour la caséine , des micelles en forme de fleur ou de ver. La caséine forme des petites micelles dans un système à un composant, et a des difficultés à former des micelles mixtes dans des mélanges de 2 ou 3 composants, ce qui est attribué à sa structure tétra-bloc (alternant des blocs hydrophobes et des blocs hydrophiles), où un des blocs hydrophobes est attaché aux deux extrémités d'un bloc hydrophile, ce qui réduit son aptitude à s'auto-associer aves les autres blocs hydrophobes. L'ordre d'accroissement de la taille de la micelle dépend du fait que l'association hydrophobe est autorisée ou non entre blocs sur la même chaîne. Quand elle est autorisée, les chaînes tendent à se replier sur elles-mêmes, ce qui rend la micellisation plus difficile. L'ordre d'accroissement de la taille de la micelle est donc . Dans le dernier cas, deux blocs hydrophobes aux extrémités de la chaîne sont capables de s'associer avec plus d'un noyau central hydrophobe de la micelle et agissent ainsi comme un pont entre deux micelles. Dans les systèmes binaires, seuls les mélanges caséine -caséine montrent une préférence forte à former des micelles quand les blocs hydrophobes des deux chaînes sont mêlés relativement régulièrement dans la partie centrale, avec un rapport 1:1 des deux chaînes. Quand la caséine est présente dans les simulations binaires, elle a un rôle prédominant dans la micellisation en limitant la croissance des micelles. Ceci est probablement dû au second bloc hydrophobe des chaînes qui ont une faible propension à s'associer avec les autres blocs hydrophobes et ainsi une faible capacité à propager la croissance de la micelle. Une situation similaire est observée dans les mélanges à 3 caséines à des taux de 1:1:1 et de 4:1:4.