• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi03. 06. 2026 | Heidi Thode

Mælkens caseiner er uden indre orden – men hvad gør calcium?

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi03. 06. 2026 By Heidi Thode

Når calcium bindes til caseiner for biologisk transport, øges entropien, og orden mindskes tilsyneladende. Dissociation af calcium fra casein har endda negativ aktiveringsenergi. Ikke-ligevægtstermodynamik forklarer disse usædvanlige effekter af temperatur på orden og uorden under calciumtransport.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)

Af Leif H. Skibsted, Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet

Transport af calcium og fosfat til biomineralisering hos pattedyrs afkom afhænger af såkaldte ”Intrinsically Disordered Proteins”. Caseiner er sådanne IDP, som det er vist i figur 1 for β-casein.
Knogler og tænder hos pattedyr består af det tungtopløselige hydroxyapatit, Ca5(OH)(PO4)3, HAP, der transporteres ved binding af calcium og fosfat til caseiner, se figur 2. En række caseiner har forskellig evne til at binde og transportere calcium: αS2 > αS1 > β > κ med fra 8-9 calcium for α-caseinerne til 4-5 calcium for β-casein og 1 calcium for κ-casein [1].

Termodynamik af calciumbinding
Binding af calcium til casein er en totrinsproces med en indledende hurtig bimolekylær reaktion med en hastighed næsten uafhængig af temperaturen:

Ca2+ + casein  →  Ca(II)-overflade                (1)

Andet trin er en langsommere første orden omlejring med en hastighed, der øges med temperaturen [2]:

Ca(II)-overflade  →  Ca-casein                     (2)

Calciumioners binding til casein og caseinater er endoterm med ΔH0 > 0 på samme måde som binding til laktat og andre anioner typiske for mælk, som det fremgår af tabel 1, hvor også Kkompleks er defineret. Det er usædvanligt, at kompleksdannelse er en endoterm proces og dermed kontrolleret af tilvækst i entropien med ΔS0 > 0:

-RT lnKkompleks  =  ΔG0  =  ΔH0 – T ΔS0          (3)

Endoterm binding af calcium i mælk giver sig til kende som øgning af koncentration af frie calciumioner, når den friske mælk afkøles efter malkning [2,3].
Calcium bindes til mælkens bestanddele som hydroxycarboxylater, caseiner, fosfater og o-fosfoserin med ΔH0 > 0 [3]. Calcium bindes derimod til aminosyrerne glutamat og aspartat exotermt med ΔH0 < 0 [4,5].
Calciumioner bindes derfor tilsyneladende til caseinerne gennem o-fosfoserin-sidekæder snarere end gennem glutamat- og aspartat-sidekæder [5]. Binding af calciumioner til caseinerne er således entropikontrolleret, da ΔH0 > 0 og ΔS0 > 0. Overraskende må det derfor konkluderes, at binding af calciumioner mindsker caseinernes orden i opløsning.
Calcium bindes i caseinerne til o-fosforsyreestre af serin-sidekæder, men findes også som indesluttede CaHPO4 nanokrystaller [6,7]. De to typer calciumfosfat blev tidligere tilsammen benævnt ”colloidal calcium phosphate” eller CCP, en betegnelse, der i dag bør forlades [7].

Kinetik af calciumbinding
De to typer calcium bundet i caseiner giver sig også til kende som to trin i dissociation af calcium fra caseiner [6]. Den mere reaktive del af calcium er bundet til o-fosfoserin og dissocieres hurtigt og parallelt med en langsommere reaktion for nanokrystallerne. Begge reaktioner foregår dog hurtigere ved lav temperatur formelt svarende til en negativ aktiveringsenergi på -22 kJ/mol for den hurtigere reaktion og -48 kJ/mol for den langsomme reaktion [6].
β-casein binder 4 calcium til o-fosfoserin i position 30, 32, 33 og 34 nær proteinets N-terminal, som det er vist i figur 1 [8]. Ved flere calcium end 4 bundet til hvert casein dannes langsomt en casein-gel, der også involverer calciumbinding til glutamat-sidekæder [4].
En femte calciumion bindes tilsyneladende til en glutamat-sidekæde, Glu, i position 57 i proteinet:

Ca2+ + Glu  →  CaGlu            ΔS0 < 0           (4)

Denne kompleksbinding er exoterm i modsætning til calciums binding til o-fosfoserin-sidekæderne, som er endoterm:

Ca2+ + o-fosfoserin  →  Ca(o-fosfoserin)      ΔS0 > 0           (5)

som det fremgår af tabel 1.
Ved dissociation af calcium fra caseiner, som overordnet er en exoterm proces, vil calcium skulle flyttes fra glutamat-sidekæden til en o-fosfoserin-sidekæde i en proces, der ifølge tabel 1 stort set er atermal. Denne flytning af calcium er derfor entropikontrolleret. En ringe temperaturafhængighed af hastigheden for calciumdissociation sammen med stigende binding af calcium ved stigende temperatur er i overensstemmelse med, at overgangstilstanden #1 i figur 3 ligner reaktantsiden for sidste trin i dissociationen mere end produktsiden [2].

Ikke-ligevægtstermodynamik
Binding og dissociation af calcium, som reaktionerne er vist i figur 3, er i modstrid med princippet om mikroskopisk reversibilitet, da den fremadrettede og tilbagegående reaktion angives at forløbe gennem forskellige overgangstilstande. De Doner forklarede dette paradoks, som også ses for katalytiske processer, ved, at et reaktionstrin bliver så langsomt, at andre reaktionsveje bliver dominerende, så reaktionen overordnet vil blive opfattet som cyklisk med en reaktionsvej for den fremadrettede reaktion, der er forskellig fra den modsatrettede reaktion [9].
Det blev derfor foreslået, at calciumbinding til β-casein udgør en irreversibel cyklus og dermed tilsyneladende er i modstrid med princippet om mikroskopisk reversibilitet [2]. Sådanne asymmetriske reaktioner med flere reaktionsveje kan forklares ved hjælp af De Doners uligheder for lukkede kredsløb [9]. Forklaringen synes at være, at calciumtransport fra en glutamat-sidekæde med svagere binding til en o-fosfoserin-sidekæde er irreversibel, da calcium bindes stærkere til o-fosfoserin end til glutamat [7]. Hermed opstår en triangulær reaktion, hvor det tilbagegående trin fra o-fosfoserin til glutamat-sidekæderne kan negliceres i en tilsyneladende ikke-reversibel flytning af calcium fra glutamat til o-fosfoserin.
Dette irreversible trin i β-caseins interne calciumtransport betyder, at dissociation af calcium sker efter en atermal flytning af calcium fra glutamat til o-fosfoserin. Dissociation af calcium fra o-fosfoserin i casein er exoterm, og den reaktive del af calcium bundet til o-fosfoserin i caseiner mindskes ved højere temperatur. Lavere temperatur øger derfor graden af dissociation, hvis det antages, at der kun er lille forskel i struktur af overgangstilstanden for dissociation og struktur af en delvis dissocieret calcium o-fosfoserin.
Calcium dissocierer exotermt fra binding til o-fosfoserin, hvilket betyder, at ved lavere temperatur er calcium bundet løsere til o-fosfoserin forud for dissociation. Dissociation bliver nemmere, og den observerede hastighed bliver højere ved lav temperatur svarende til en negativ aktiveringsenergi for calciumdissociation [6].
Calcium bindes initielt til glutamat i en exoterm binding og flyttes i en atermal entropikontrolleret proces til o-fosfoserin, hvorfra dissociation er exoterm og foregår derfor ved lavere hastighed for højere temperatur med stærkere binding af calcium svarende til den negative aktiveringsenergi.

Biologisk betydning
Den positive entropi for binding af calciumioner til caseiner og caseiners byggestene som o-fosfoserin og fosfater er med til at gøre caseinernes funktion mere effektiv som bærere af calcium omkring fysiologisk temperatur.
Calciums kompleksbinding er typisk elektrostatisk snarere end covalent og involverer frigivelse af vand bundet til calcium. Calcium(II)-ioner i vand er normalt omgivet af 8 vandmolekyler. I nogle salte er koordinationstallet dog 6.
I salte af calcium som hydrater af calciumcitrat findes vand bundet med to forskellige affiniteter. Tilsvarende kan frigivelse af vand ved calciumioners binding til caseiner forklare den øgede entropi ved frigivelse af flere molekyler vand for hvert molekyle calcium. Dette fænomen er med til at fremme calciumbinding og transport, selv om calciumbinding ved fysiologisk temperatur er endoterm. Den fysiologiske effekt af den positive ændring i entropien for calciumtransport bundet til casein genfindes i den afpassede temperatureffekt for calcium association og dissociation. Den tilsyneladende negative aktiveringsenergi for calciums dissociation fra caseiner med dens betydning for optag af calcium under fordøjelse af mælk synes nu forklaret ud fra entropikontrollerede hindringer i intern transport af calcium i caseiner med skiftende endoterm og exoterm binding til protein-sidekæder. Nye eksperimentelle metoder vil med fordel kunne udvikles til at studere kinetikken for binding af calcium i forskellige positioner i de enkelte caseiner.

E-mail:
Leif H. Skibsted: ls@food.ku.dk

Litteratur
1. Holt, C. (2016). Casein and casein micelle structures, functions and diversity in 20 species. International Dairy Journal 60, 2-13.
2. Skibsted, L.H. (2024). Perspective of non-equilibrium thermodynamics of calcium transport by caseins. European Food Research and Technology 250, 15-20.
3. Liu, X.-C., Jiang, Y., Ahrné, L.M. & Skibsted, L.H. (2022). Temperature effects on calcium binding to caseins. Food Research International 154, 110981-110991.
4. Wang, W.-Z., Li, S., Li, X.-Y., Yao, S.-P., Wu, J., Han. R.-M., Dong, G. & Zhang, J.-P. (2025). Dynamics of Ca(II)-induced aggregation of β-casein as an intrinsically disordered protein: Effect of Ca(II) concentration and encapsulation of bioactive molecules. Biomacromolecules 26, 6773-6786.
5. Liu, X.-C., Liu, J. & Skibsted, L.H. (2022). Temperature effect on calcium binding to aspartate and glutamate. Food Research International 159, 111625.
6. Jiang, Y., Barone, G., Rauh, V., Lillevang, S.K., Skibsted, L.H. & Ahrné, L. (2023). Temperature effects on calcium partition kinetics in pasteurised skim milk during storage. International Dairy Journal 137, 185518.
7. Liu, X.-C. & Skibsted, L.H. (2022). Advances in understanding milk salts. In Thom Huppertz & Todo Vasiljevic (editors) Understanding and improving the functional and nutritional properties of milk, Burleigh Doods Science Publishing, Cambridge, UK. Chapter 13.
8. Varadi, M. et al. (2022). Alpha Fold Protein Structure Database: massively expanding the actual coverage of protein-sequence space with high accuracy models. Nucleic Acids Research 50, D439-D444.
9. Holstein, W.L. & Boudart, M. (1997).  Application of the De Donder relation to the mechanism of catalytic reactions. Journal of Physical Chemistry B 101, 9991-9994.

BOKS:
Hvem var De Donder?
Théophile Ernest De Donder (1872-1957) var en belgisk kemiker og regnes som grundlæggeren af irreversibel termodynamik, også kaldet ikke-ligevægtstermodynamik. De Donders teori forklarer, hvorfor komplekse reaktioner kan være sammensat af elementarreaktioner, der tilsyneladende ikke opfylder kravet om mikroskopisk reversibilitet.
Binding og fraspaltning af calcium til og fra casein, som fremstillet i figur 3, er i direkte modstrid med det fundamentale termodynamiske princip om mikroskopisk reversibilitet. Binding og fraspaltning af calcium går ad forskellige reaktionsveje og har forskellige overgangstilstande eller ”transition states” på engelsk.
De Donders ligninger forklarer dette paradoks ved, at en af reaktionsvejene bliver så langsom, at en anden reaktionsvej tager over, og teorien anvendes til at forklare kemisk katalyse. Her anvendes princippet nu til at forklare, hvorfor aktiveringsenergien for calcium-dissociation bliver negativ, og hvorfor binding af og fraspaltning af calcium tilsyneladende ikke opfylder kravet om mikroskopisk reversibilitet [2,9].

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Fødevarekemi

Seneste nyt fra redaktionen

Fra forskning til et mere sikkert kemisk arbejdsmiljø for brandfolk

Arbejdsmiljø/IndeklimaArtikler fra Dansk Kemi03. 06. 2026

Biomonitorering har ført til konkrete ændringer i røgdykkeruddannelsen og reduceret eksponering for tjærestoffer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Maria Helena Guerra Andersen¹,

GC-analyse af ”håbløse” matricer

Artikler fra Dansk Kemi03. 06. 2026

Prøveforberedelse ”all-in-one”. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Jens Glastrup, MSCi ApS For nogle år siden var jeg på besøg på Ravmuseet i Thyborøn, som drives af Bjarne

Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi03. 06. 2026

Villumlegat til forsker Milena Corredig sætter fokus på struktur og funktionalitet i bæredygtige fødevarer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kimie Kongsøre, Institut for

Hvor kommer kalken fra?

Artikler fra Dansk Kemi03. 06. 2026

Fra kølige underjordiske gange i Mønsted til molerklinter på Fur: Danmarks hvide mineral er et aftryk af et urgammelt hav og en nøgle til at forstå, hvorfor Danmark har hårdt vand. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger

Størrelse betyder noget

Analytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi03. 06. 2026

Hvad præcise størrelsesmålinger af proteiner kan fortælle os om deres foldning, binding og hvordan de samles. Fra Einsteins diffusionslov og Taylor-dispersion til moderne kapillærmetoder er proteinstørrelse blevet et overraskende stærkt mål for binding, aggregering og selvsamling. Artiklen har

Mælkens caseiner er uden indre orden – men hvad gør calcium?

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi03. 06. 2026

Når calcium bindes til caseiner for biologisk transport, øges entropien, og orden mindskes tilsyneladende. Dissociation af calcium fra casein har endda negativ aktiveringsenergi. Ikke-ligevægtstermodynamik forklarer disse usædvanlige effekter af temperatur på orden og uorden under

Fra fedtsyreprofil til fedtsyrekoncentration

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi03. 06. 2026

Semikvantitativ bestemmelse af fedtsyrer i fødevarer med intern standard og GC-MS. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Daniel Halling Breiner, seniorspecialist, og Gudrun M.

Moderne forskning kræver stammekonstruktion i high-throughput

Artikler fra Dansk KemiBioteknologi03. 06. 2026

Krydsning sætter endnu engang gær i førersædet som forsøgsorganisme. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Uffe Hasbro Mortensen (professor), Thomas Strucko (post doc), Morten

Polycykliske aromatiske kulbrinter – multi-redox systemer

Artikler fra Dansk KemiTop01. 06. 2026

Kombinationen af polycykliske aromatiske kulbrinter og den organiske svovlforbindelse tetrathiafulvalen giver nye multi-redox systemer. De har potentiel anvendelse inden for materialekemien som elektrisk ledende materialer, elektrokrome materialer eller som komponenter i batterier. Artiklen har

Ozon i den arktiske troposfære

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø21. 05. 2026

Ozon (O3) i atmosfæren er en vigtig klimagas – desuden er den giftig for dyr og mennesker samt skadelig for planter. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Henrik Skov, Claus

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • MD Scientific

    Opnå højere opløsning og hurtigere SEC ved FPLC-proteinoprensning med TSKgel G#000SW

  • Holm & Halby

    Laboratorieverdenen samles til VidensDag’26

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions introducerer den intelligente MINK MV 0360 A ECOTORQUE klovakuumpumpe

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

  • Drifton

    Innovalloy 4000 – kemikalieresistent pumpeslange til krævende kemiske applikationer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    ARGOS gør fabriksdriften smartere med data og forudsigelig vedligeholdelse

  • Holm & Halby

    CCA – Teknisk gennemgang af cleanroom-praksis sætter fokus på reel contamination control

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays i KB Hallen – Hurtigt udsolgt

  • MD Scientific

    1 L kromatografikolonner i processkala, præpakket med TOYOPEARL® Super A-resin

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuumteknologi og dens kritiske rolle i sikker og effektiv genbrug af batterier

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Fra forskning til et mere sikkert kemisk arbejdsmiljø for brandfolk

    03.06.2026

  • GC-analyse af ”håbløse” matricer

    03.06.2026

  • Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

    03.06.2026

  • Hvor kommer kalken fra?

    03.06.2026

  • Størrelse betyder noget

    03.06.2026

  • Mælkens caseiner er uden indre orden – men hvad gør calcium?

    03.06.2026

  • Fra fedtsyreprofil til fedtsyrekoncentration

    03.06.2026

  • Moderne forskning kræver stammekonstruktion i high-throughput

    03.06.2026

  • Polycykliske aromatiske kulbrinter – multi-redox systemer

    01.06.2026

  • Ozon i den arktiske troposfære

    21.05.2026

  • Plastik i luften – havets usynlige bidrag

    11.05.2026

  • Supporting chemical thermodynamics

    04.05.2026

  • Aminosyrer til folk og fæ – hvad er egentlig ”L-cystin”?

    29.04.2026

  • Kemiens etik:

    22.04.2026

  • Physical Unclonable Functions

    22.04.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik