We continue on our march through the components of human milk starting with the macronutrients. We discussed carbohydrates, not onto proteins.
The total protein content in mature milk is 0.9%. Human milk contains the lowest amount of protein of all mammalian milk. (Just for kicks, what mammalian milk has a high amount of protein? It might be the milk of the Eastern cottontail, as it can consist of up to 15% protein.)
Proteins are made up of amino acids which are connected into long chains and folded together. The proteins in human milk provide all of the essential amino acids required for infant growth and development. Human milk contains more than 400 different proteins that perform numerous functions. (1) They:
Provide essential amino acids for growth
Provide protection against infection
Function as carriers for hormones
Function as carriers for vitamins
Provide enzymatic activity
Provide other biological activities
The Lactation College protein discussion will be presented in many parts: curds and whey, hormones, fat-soluble vitamins, water-soluble vitamins, and enzymes and bioactive components. These posts will be followed by two Test Your Knowledge sections.
Curds and Whey
Recall the nursery rhyme: “Little Miss Muffet, sat on her tuffet, eating her curds and whey. Along came a spider, and sat down beside her, and frightened Miss Muffet away.” I always thought a tuffet was a small stool or bench, but it appears it is more likely a grassy knoll or mound – but I digress!
Little Miss Muffet helps us remember the first important fact, that human milk protein is made up several forms: casein and whey (and mucins -- we will talk about mucins in the lipid section). According to Lawrence, “When clotted milk stands, the clot contracts, leaving a clear fluid called whey, which contains water, electrolytes and proteins.” (2)
Whey contains lots of goodies that we will discuss later in this post.
Casein, the clot or curd, has a mainly nutritive function, providing minerals and essential amino acids.
The whey to casein ratio in human milk varies according to the stage of lactation: (2)
Colostrum 90:10 (Some references say 80:20, others 90:10 - just recall it is a lot to a little)
Mature human milk 60:40
Late lactation 50:50
The whey to casein ratio in cow-milk based infant formula (if no additional whey is added) is constant at 20:80.
Whey is much easier to digest than casein. Human milk (which has more whey than casein) has a gastric-emptying time of about 48 minutes, compared to 76 minutes for infant formula (which has more casein than whey).
The whey to casein ratio affects the color of milk.
The whey to casein ratio affects the color of milk. Bovine (cow) milk is white because it contains a whey: casein ratio of 20:80, so lots of casein. The phosphoproteins found in casein bind calcium giving the milk its cloudy, white color. (White occurs when all of the wavelengths are reflected, black occurs when all of the wavelengths are absorbed.) Human milk has much more whey, so not all wavelengths are reflected, and can sometimes have a bluish tinge.
What’s in whey? Remember “LALA”
Remember the four main components of whey by using the mnemonic, LALA: lactoferrin, alpha-lactalbumin, lysozyme, antibodies. (1, 3)
Lactoferrin
Second most abundant protein in human milk
Plays a role in iron metabolism - is an iron-binding protein
By binding iron, it keeps iron away from bacteria in the gut that need iron for growth
Prevents infection: example – it inhibits the adhesion of bacteria (like E. Coli) to cells and helps prevent diarrheal disease
Is an essential growth factor for B-lymphocytes and T-lymphocytes
Has anti-inflammatory and antioxidant properties
Has beneficial properties for infants, especially for premature infants
(Lactoferrin does appear in bovine milk but in low concentrations)
Alpha-lactalbumin
Is the major whey protein
Is made up of 123 amino acids (so serves as a source of amino acids)
Provides calories
Acts as a part of an enzyme that aids in the making of lactose in the mammary gland
Forms a complex with oleic acid in the infant gut - called HAMLET (human alpha-lactalbumin made lethal to tumors) – that induces tumor and bacterial death. HAMLET is active against at least 40 tumors.
Forms a complex with oleic acid that has activity against gram-positive and gram-negative bacteria
(Beta-lactoglobulin, the chief whey component in bovine milk, is not found in human milk.)
Lysozyme
Is an enzyme found in high concentrations in human milk,“Human milk contains about 400 ug/ml of lysozyme, which is approximately 3,000 times more than the amount of lysozyme in bovine (cow) milk.” (Reference 1)
Has anti-bacterial and anti-inflammatory actions
Works by attacking walls of pathogens without triggering inflammation
Concentrations stay relatively stable over the course of lactation but it is important to know that its activity increases somewhat as lactation progresses, starting when the infant is about 6 months old
(Lysosyme is found in low concentrations in bovine milk.)
Antibodies (Immunoglobulins)
Immunoglobulins are antibodies. Antibodies transfer from the breastfeeding parent to the infant through the milk and provide protection to the infant’s immature immune system.
Immunoglobulins present in human milk include A, D, E, G, and M but the major immunoglobulin in human milk is a type of IgA called secretory IgA. This coats mucosal surfaces – like in the gut – and prevents dangerous pathogens from attaching to the mucosa and penetrating the cell and getting into the baby’s system. Much more on secretory IgA later.
(Infant formulas contain no antibodies / immunoglobulins.)
References
1. Core Curriculum for Interdisciplinary Lactation Care. Edited by Suzanne Hetzel Campbell, Judith Lauwers, Rebecca Mannel, and Becky Spencer. LEAARC (Lactation Education Accreditation and Approval Review Committee). Jones & Bartlett Learning. 2019
2. Lawrence RA, Lawrence RM. Breastfeeding: A Guide for the Medical Profession, 7th edition. Mosby, Elsevier. 2011
3. Core Curriculum for Lactation Consultant Practice, 3rd edition. Edited by Rebecca Mannel, Patricia J. Martens, and Marsha Walker. Chapter 21: Biochemistry of Human Milk by Linda J. Smith. Pages 355-369. Jones & Bartlett Learning. 2013
Tema 9. Proteínas Parte 1: Cuajada y suero de leche
La proteína total en la leche madura es del 0,9%. La leche humana contiene la menor cantidad de proteínas de todos los mamíferos. (Sólo por curiosidad, ¿la leche de qué mamífero tiene una gran cantidad de proteínas? La leche del conejo serrano puede contener hasta un 15% de proteínas).
Las proteínas están formadas por aminoácidos que se unen en largas cadenas y se pliegan entre sí. La leche humana proporciona todos los aminoácidos esenciales necesarios para el crecimiento y el desarrollo del bebé. La leche humana contiene más de 400 proteínas diferentes que realizan numerosas funciones. (1) Ellas:
Proporcionan aminoácidos esenciales para el crecimiento
Proporcionan protección contra las infecciones
Funcionan como portadoras de hormonas
Funcionan como portadoras de vitaminas
Proporcionan actividad enzimática
Proporcionan otras actividades biológicas
El debate sobre las proteínas del Lactation College se presentará en muchas partes: cuajada y suero, hormonas, vitaminas liposolubles e hidrosolubles, enzimas y componentes bioactivos, y varias secciones para poner a prueba tus conocimientos.
Cuajada y Suero
Recuerda la rima infantil "La pequeña Miss Muffet, sentada en un taburete, comía su cuajada y su suero. Llegó una araña, se sentó a su lado y asustó a la señorita Muffet".
Little Miss Muffet nos ayuda a recordar el primer hecho importante, que es que está compuesta por dos tipos diferentes de proteínas: la caseína y el suero. Según Lawrence, "cuando la leche coagulada se asienta, el coágulo se contrae, dejando un líquido claro llamado suero, que contiene agua, electrolitos y proteínas". La caseína, el coágulo o cuajada, tiene una función principalmente nutritiva, aportando minerales y aminoácidos esenciales. (Referencia 2) El suero es mucho más fácil de digerir que la caseína. La leche humana tiene un tiempo de vaciado gástrico de unos 48 minutos, comparado con los 76 minutos de la fórmula infantil.
La proporción entre suero y caseína en la leche humana varía según la etapa de lactancia: (Referencia 2)
Calostro 90:10
Leche humana madura 60:40
Lactancia prolongada 50:50
La proporción entre suero y caseína en la fórmula para lactantes a base de leche de vaca (si no se añade suero adicional) es constante: 20:80.
La proporción entre suero y caseína afecta el color de la leche. La leche bovina (de vaca) es blanca porque contiene una proporción entre suero y caseína de 20:80, es decir, mucha caseína. Las fosfoproteínas que se encuentran en la caseína. Se unen al calcio, lo que da a la leche su color blanco y turbio. (el blanco se produce cuando todas las longitudes de onda se reflejan, el negro se produce cuando todas las longitudes de onda se absorben). La leche humana tiene mucho más suero, por lo que no se reflejan todas las longitudes de onda, y a veces puede tener un tinte azulado.
Las proteínas del suero son un tema importante. (Referencia 3) Los cuatro componentes principales del suero en la leche humana son los siguientes y recuérdalo con la mnemotecnia, ALLI:
Alfa-lactoalbúmina
Es la principal proteína del suero
Participa en la formación de la lactosa, aporta calorías y es una fuente de aminoácidos, estando compuesta por 123 de ellos
Forma un complejo con el ácido oleico en el intestino infantil - llamado HAMLET (siglas en inglés de Alfa-lactoalbúmina humana letal para células tumorales) - que induce la muerte de tumores y bacterias. HAMLET es activo contra al menos 40 tumores.
(La beta-lactoalbúmina, el principal componente del suero de la leche bovina, no se encuentra en la leche humana).
La lisozima
Es una enzima que se encuentra en altas concentraciones en la leche humana. "La leche humana contiene alrededor de 400 ug/ml de lisozima, que es aproximadamente 3.000 veces más que la cantidad de lisozima en la leche bovina (de vaca)". (Referencia 1)
Tiene acciones antibacterianas y antiinflamatorias
Funciona atacando las paredes de los patógenos sin desencadenar inflamación.
Las concentraciones se mantienen relativamente estables en el transcurso de la lactancia, pero es importante saber que su actividad aumenta un poco a medida que avanza la lactancia, comenzando cuando el bebé tiene aproximadamente 6 meses de edad
(Se encuentra en bajas concentraciones en la leche bovina)
Lactoferrina
Es una proteína que fija el hierro
Se une al hierro, manteniéndolo alejado de las bacterias del intestino que necesitan hierro para crecer
Inhibe la adhesión de las bacterias (como E. Coli) a las células y ayuda a prevenir las enfermedades diarreicas
Es un factor de crecimiento esencial para los linfocitos B y los linfocitos T
(Aparece en la leche bovina pero en bajas concentraciones)
Inmunoglobulinas
Las inmunoglobulinas son anticuerpos. Los anticuerpos se transfieren de la madre que amamanta al bebé a través de la leche y proporcionan protección al sistema inmunitario inmaduro del bebé.
Las inmunoglobulinas presentes en la leche humana son la A, la D, la E, la G y la M, pero la principal inmunoglobulina de la leche humana es un tipo de IgA llamada IgA secretora. Esta inmunoglobulina recubre las superficies de las mucosas, como las del intestino, e impide que los patógenos peligrosos se adhieran a la mucosa, penetren en la célula y entren en el organismo del bebé. Más adelante se hablará de la IgA secretora.
(Las fórmulas infantiles no contienen inmunoglobulinas).
Referencias
Core Curriculum for Interdisciplinary Lactation Care [Plan de estudios básico para la atención interdisciplinaria de la lactancia]. Editado por Suzanne Hetzel Campbell, Judith Lauwers, Rebecca Mannel y Becky Spencer. LEAARC (Lactation Education Accreditation and Approval Review Committee) [Comité de Acreditación y Aprobación de la Educación en Lactancia]. Jones & Bartlett Learning. 2019
Lawrence RA, Lawrence RM. Breastfeeding: A Guide for the Medical Profession [Amamantar: Una guía para la profesión médica], 7ª edición. Mosby, Elsevier. 2011
Core Curriculum for Lactation Consultant Practice [Plan de estudios básico para la práctica del consultor de lactancia], 3ª edición. Editado por Rebecca Mannel, Patricia J. Martens y Marsha Walker. Chapter 21: Biochemistry of Human Milk [Capítulo 21: Bioquímica de la leche humana] por Linda J. Smith. Páginas 355-369. Jones & Bartlett Learning. 2013