Advanced

Digestion and absorption of galactolipids

Ohlsson, Lena LU (2000)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

TARMENS UPPTAG AV GALAKTOLIPIDER Världens vanligaste fettmolekyler



Inuti cellerna hos alla växter finns en komponent som kallas kloroplast. I kloroplasten sker den livsviktiga fotosyntesen där energi från solljuset omvandlar koldioxid och vatten till socker och syre. Inuti kloroplasten finns en stor mängd membraner som kan liknas vid en bunt platta säckar. Genom dessa membraner sker transporter av ljus, proteiner socker, vatten mm. Sammansättningen på dessa membraner är speciell och innehåller en mycket hög andel molekyler som kallas galaktolipider. Galakto står för sockermolekylen galaktos och lipid är det generella namnet för fett. Galaktolipider består av två långa... (More)
Popular Abstract in Swedish

TARMENS UPPTAG AV GALAKTOLIPIDER Världens vanligaste fettmolekyler



Inuti cellerna hos alla växter finns en komponent som kallas kloroplast. I kloroplasten sker den livsviktiga fotosyntesen där energi från solljuset omvandlar koldioxid och vatten till socker och syre. Inuti kloroplasten finns en stor mängd membraner som kan liknas vid en bunt platta säckar. Genom dessa membraner sker transporter av ljus, proteiner socker, vatten mm. Sammansättningen på dessa membraner är speciell och innehåller en mycket hög andel molekyler som kallas galaktolipider. Galakto står för sockermolekylen galaktos och lipid är det generella namnet för fett. Galaktolipider består av två långa fettkedjor samt en eller flera galaktosmolekyler. Fettkedjorna är oftast av den typen som kallas essentiella dvs livsviktiga vilket innebär att de inte kan bildas i kroppen utan måste tillföras genom födan. Galaktolipider förekommer rikligt i alla gröna växter och även i frukter, rötter och frön och finns därför I enorma mängder I naturen där de bl a utgör en viktig källa för essentiella fetter för växt- och allätare.



Galaktolipiders egenskaper.



I djurriket motsvaras galaktolipiderna av fosfolipider. De har vissa gemensamma egenskaper, bla när man blandar dem med vatten. Om man blandar vattenolösliga lipider och galaktolipider eller fosfolipider med vatten får man en vit mjölkliknande lösning som kallas emulsion. Emulsionen består av små fettdroppar med de mest vattenolösliga lipiderna i mitten omringade av ett eller flera lager galaktolipider eller fosfolipider. Galaktolipiderna/fosfolipiderna orienterar sig så att lipid-delen vätter in mot den vattenolösliga kärnan i mitten och galaktosdelen som är vattenlöslig är i kontakt med det omgivande vattnet. Om man blandar galaktolipider eller fosfolipider i vatten utan några andra lipider bildas små partiklar som kallas liposomer.



Hur kan vi använda galaktolipider?



Emulsioner och liposomer som innehåller galaktolipider har visat sig vara fysiskaliskt mer stabila än sådana som bara innehåller fosfolipider. De är hållbara under längre tid och tål även kemisk påfrestning bättre. Emulsioner med fosfolipider har använts kliniskt under många år i olika näringsrika beredningar som kan ges både oralt och injiceras i blodet. Dessa fettrika beredningar har varit till stor nytta t ex vid större operationer eller vid allvarliga tarmsjukdomar då patienten inte kan tillgodogöra sig vanlig mat. Liposomer kan användas till att kapsla in läkemedel för att påverka dess omsättning eller för att det skall nå specifika organ som t ex levern. Man kan då få färre biverkningar och minskad risk för att läkemedlet bryts ner innan det når sitt målorgan. Nu finns det tekniker att rena fram stora mängder galaktolipider från t ex havre och utvecklingen av galaktolipid-emulsioner har också kommit långt. Innan man börjar ge galaktolipid-innehållande preparat för medicinska ändamål till människan måste man känna till alla nedbrytningsprocesser och hur deras upptag av tarmcellerna fungerar och om detta handlar denna avhandling.



Avhandlingens syfte och resultat.



Syftet med mitt arbete är att kartlägga människans, råttans och till viss del marsvinets förmåga att bryta ner och ta upp de vanligaste galaktolipiderna och under vilka betingelser detta sker. Jag vill även visa hur nedbrytningen av galaktolipider sker när de ges intavenöst.



Enzymer är det generella namnet på nedbrytande eller uppbyggande proteiner. Ett enzym som bryter ner lipider kallas för lipas. Lipaser som bryter ner alla typer av dietära fetter utsöndras bla från magsäcken och bukspottkörteln (pankreas). I arbete ett fann vi att både tarminnehåll och saft som utsöndras från bukspottkörteln bröt ner galaktolipiderna till en fettlöslig del samt en vattenlöslig galaktos-innehållande del. Den fettlösliga delen bestod av frisatta fettkedjor. I efterföljande försök med rena enzymer var vår huvud hypotes att karboxylester lipas (CEL) med sin mångsidiga nedbrytningskapacitet även kunde bryta ner galaktolipider. Resultaten visade att CEL kunde bryta ner galaktolipider (CEL hade galaktolipas aktivitet) men också att det fanns ett annat (vid denna tidpunkt okänt för oss) lipas som också kunde bryta ner galaktolipider effektivt. Vi konstaterade att detta galaktolipas inte var identiskt med det vanligaste pankreas lipaset. Mer om detta lipas i arbete två och fem.



Resultaten i arbete två visade att ett relativt nyupptäckt lipas hos marsvin och råtta effektivt kunde bryta ner galaktolipider. Detta lipas kallat pankreaslipas relaterat protein 2(PLRP2) och hör inte till de vanligaste lipaserna men är dock medlem i samma gen-familj. PLRP2s nedbrytningen av galaktolipider fungerade bäst i närvaro av gallsalter, men att närvaro av hjälpproteinet colipas inte behövdes vilket annars är karakteristiskt för det vanligaste lipaset.



Det sista arbetet är en direkt fortsättning på arbete ett och två och handlar om galaktolipidnedbrytande lipaser hos människan. I denna studie använde jag saft från bukspottkörteln från människa för att rena fram PLRP2. Experiment visade att även människan utsöndrar ett PLRP2 som kan bryta ner galaktolipider. Genom att jämföra dessa resultaten med arbete ett och två kan man dra slutsatserna: att PLRP2 och CEL hos människan är de hittills enda galactolipidnedbrytande enzymerna. Att t ex marsvinet som är uteslutande växtätare har ett effektivare PLRP2 än råttan och människna som är allätare . Vidare ville vi undersöka om hela galaktolipidmolekyler kunde tas upp av tarmcellerna eller om endast nedbrytningsprodukterna kunde tas upp. Därför gav vi till råttor galaktolipid-innehållande emulsion i magsäcken (arbete tre). Råttorna hade en slang inopererad i ett av de större lymfkärlen. Från denna slang tappade vi sedan ut lymfan och analyserade innehållet. Våra mätningar visade att det bara var fettkedjorna i galaktolipiderna som hade passerat ut till lymfan. Detta förlopp är helt normalt för de flesta fetter vi får i oss genom födan.



I en icke publicerad humanstudie fick tio frivilliga ileostomi-opererade personer dricka en deciliter galaktolipid-rik emulsion till frukost. Varannan timme under sammanlagt åtta timmar efteråt samlades innehållet i stomi-påsarna. Efter analys av innehållet fann vi att inga hela galaktolipider förekom hos någon av personerna vid någon tidpunkt. Det verkar därför som även människan har god kapacitet att bryta ner galaktolipider.



I delarbete fyra undersöktes vad som hände med galaktolipider när det injicerades i blodbanan. Därför gav vi till råttor en lösning med liposomer gjorda av radioaktivt märkta galaktolipider i blodet. Vid olika tidpunkter avlivades djuren och i blodet mätte vi radioaktiviteten som då gav oss en bild av hur snabbt råttan bröt ner galaktolipiderna. Det tog bara 2- 4 minuter för den givna radioaktiviteten att sjunka till hälften. Av alla de organ vi mätte radioaktivitet i fanns det mest i levern. För att se om galaktolipiderna hade någon skadlig effekt på levern studerades levervävnad i mikroskop. Där fann vi inga spår av skador på cellerna utan galaktolipiderna var effektivt nedbrutna av levercellerna.



Vad beträffar galaktosdelen på galaktolipiderna så har vi inte undersökt vad som händer när denna kommer ner i magtarmkanalen. I litteraturen finns en studie som visar att råttor bara kan bryta ner och ta upp den fettlösliga delen av galaktolipidmolekylen. Den vattenlösliga delen fortsätter ner i tjocktarmen där de utgör näring åt den viktiga tarmfloran. Att detta även gäller för människan återstår att bekräfta.



De viktigaste slutsatserna man kan dra är att galaktolipiderna bryts ner effektivt I magtarmkanalen och verkar inte heller ha några skadliga effekter på inre organ vare sig de ges via munnen eller direkt i blodet. Lipaserna som är mest aktivt mot galaktolipider hos människan är CEL och PLRP2. Det galaktolipid nedbrytande lipaset PLRP2 var mer effektivt hos en växtätare som marsvinet än hos råtta och människa. Det är därför inte alltför långsökt att anta att t ex vegetarianer eller folkslag med stort inslag av galaktolipidrika födoämnen också kan ha effektivare enzymaktivitet än icke-vegetarianer. (Less)
Abstract
Galactolipids: digalactosyldiglyceride (DGalDG), monogalactosyldiglyceride (MGalDG) and sulfoquinovosyldiglyceride (SQDG) are the major lipid components in thylakoid membranes of chloroplasts i.e. the site of photosynthesis in plants. They are the most abundant membrane lipids in nature, and thus important sources of essential fatty acids for herbivores and omnivores. This thesis investigates the digestion and absorption of galactolipids in the gastrointestinal tract. Human pancreatic juice and duodenal content was found to hydrolyse galactolipids. The carboxylester lipase (CEL) had galactolipase activity whereas the colipase dependent lipase did not. Neither of these two enzymes could however, account for the efficient hydrolysis of... (More)
Galactolipids: digalactosyldiglyceride (DGalDG), monogalactosyldiglyceride (MGalDG) and sulfoquinovosyldiglyceride (SQDG) are the major lipid components in thylakoid membranes of chloroplasts i.e. the site of photosynthesis in plants. They are the most abundant membrane lipids in nature, and thus important sources of essential fatty acids for herbivores and omnivores. This thesis investigates the digestion and absorption of galactolipids in the gastrointestinal tract. Human pancreatic juice and duodenal content was found to hydrolyse galactolipids. The carboxylester lipase (CEL) had galactolipase activity whereas the colipase dependent lipase did not. Neither of these two enzymes could however, account for the efficient hydrolysis of galactolipids by crude pancreatic juice. Pancreatic lipase related protein 2 from guinea pig and rat displayed hydrolytic activities towards galactolipids. The galactolipase activity of guinea pig PLRP2 was higher than that of rat PLRP2. We purified human PLRP2 from pancreatic juice, which possessed galactolipase activity at similar level as the rat PLRP2. The conclusion was that both PLRP2 and CEL contribute to the digestion of galactolipids. In vivo, tritium-fatty acid labeled DGalDG was given to mesenteric lymph duct cannulated or intact rats. No DGalDG was found in chyle and radioactivity occurred mainly in triglycerides. Little or no intact DGalDG was found in plasma or liver. Intravenously injected radiolabeled galactolipid liposomes were rapidly cleared from plasma in rats and readily taken up and degraded by the hepatocytes of the liver. The conclusion was that little or no dietary galactolipids enter the blood intact. If minor amounts do enter blood the liver has a good capacity to degrade them. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Associate Professor Bläckberg, Lars, University of Umeå, Sweden
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Gastro-enterology, Pancreatic lipase related proteins., Pancreatic lipase, Monogalactosyldiglyceride, Lipolytic enzymes, Galactolipids, Essential fatty acids, Digestion, Digalactosyldiglyceride, Colipase, Chylomicron, Bile salt stimulated lipase, Carboxyl ester lipase, Gastroenterologi, Proteins, enzymology, Proteiner, enzymologi, Lipids, steroids, membranes, Lipider, steroider, mebran
pages
112 pages
publisher
Inst of Medicine, University Hospital of Lund, S-221 85 Lund.,
defense location
University Hospital of Lund, Föreläsningssal F3
defense date
2000-11-17 09:00
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MEMA--2000(1062)--SE
ISBN
91-628-4408-3
language
English
LU publication?
yes
id
5d1374fe-3c0b-41f9-b756-32fc36f23147 (old id 40909)
date added to LUP
2007-07-31 09:26:06
date last changed
2016-09-19 08:45:02
@misc{5d1374fe-3c0b-41f9-b756-32fc36f23147,
  abstract     = {Galactolipids: digalactosyldiglyceride (DGalDG), monogalactosyldiglyceride (MGalDG) and sulfoquinovosyldiglyceride (SQDG) are the major lipid components in thylakoid membranes of chloroplasts i.e. the site of photosynthesis in plants. They are the most abundant membrane lipids in nature, and thus important sources of essential fatty acids for herbivores and omnivores. This thesis investigates the digestion and absorption of galactolipids in the gastrointestinal tract. Human pancreatic juice and duodenal content was found to hydrolyse galactolipids. The carboxylester lipase (CEL) had galactolipase activity whereas the colipase dependent lipase did not. Neither of these two enzymes could however, account for the efficient hydrolysis of galactolipids by crude pancreatic juice. Pancreatic lipase related protein 2 from guinea pig and rat displayed hydrolytic activities towards galactolipids. The galactolipase activity of guinea pig PLRP2 was higher than that of rat PLRP2. We purified human PLRP2 from pancreatic juice, which possessed galactolipase activity at similar level as the rat PLRP2. The conclusion was that both PLRP2 and CEL contribute to the digestion of galactolipids. In vivo, tritium-fatty acid labeled DGalDG was given to mesenteric lymph duct cannulated or intact rats. No DGalDG was found in chyle and radioactivity occurred mainly in triglycerides. Little or no intact DGalDG was found in plasma or liver. Intravenously injected radiolabeled galactolipid liposomes were rapidly cleared from plasma in rats and readily taken up and degraded by the hepatocytes of the liver. The conclusion was that little or no dietary galactolipids enter the blood intact. If minor amounts do enter blood the liver has a good capacity to degrade them.},
  author       = {Ohlsson, Lena},
  isbn         = {91-628-4408-3},
  keyword      = {Gastro-enterology,Pancreatic lipase related proteins.,Pancreatic lipase,Monogalactosyldiglyceride,Lipolytic enzymes,Galactolipids,Essential fatty acids,Digestion,Digalactosyldiglyceride,Colipase,Chylomicron,Bile salt stimulated lipase,Carboxyl ester lipase,Gastroenterologi,Proteins,enzymology,Proteiner,enzymologi,Lipids,steroids,membranes,Lipider,steroider,mebran},
  language     = {eng},
  pages        = {112},
  publisher    = {ARRAY(0x928d4d0)},
  title        = {Digestion and absorption of galactolipids},
  year         = {2000},
}