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Selected enzymes (alpha-amylase, trypsin, and lysozyme) were allowed to react with some simple phenolic and related compounds (caffeic acid, chlorogenic acid, ferulic acid, gallic acid, m-, o-, and p-dihydroxybenzenes, quinic acid, and p-benzoquinone). The derivatized enzymes obtained were characterized in terms of their activity. In vitro experiments showed that the enzymatic activity of the derivatives was adversely affected. This enzyme inhibition depended on the reactivity of the phenolic and related substances tested as well as on the kind of substrate applied. The decrease in the activity was accompanied by a reduction in the amount of free amino and thiol groups, as well as tryptophan residues, which resulted from the covalent attachment of the phenolic and related compounds to these reactive nucleophilic sites in the enzymes. The enzyme inhibition correlates well with the blocking of the mentioned amino acid side chains.
Secondary plant metabolites are important native food components, which are becoming more and more interesting due to their physiological effects on humans. Some representatives of these compounds are very reactive and can interact with other main food components like proteins resp. enzymes. This work deals with the reactions of selected enzymes (trypsin, alpha-chymotrypsin and alpha-amylase) with simple phenolic and related substances (caffeic acid, chlorogenic acid, ferulic acid, gallic acid, meta-, ortho- and para-dihydroxybenzene, 1,4-benzoquinone, quinic acid). The derivatives formed were characterized in terms of their activity and selected physicochemical properties. In vitro experiments showed that the proteolytic digestion of food proteins with trypsin and alpha-chymotrypsin derivatives was adversely affected. This decrease depends on the reactivity of the phenolic and related substances tested as well as on the kind of substrate applied. Reactions of phenolic compounds with other enzymes (alpha-amylase and lysozyme) showed similar results with regard to physicochemical properties and their activities.
Structural changes induced in bovine serum albumin by covalent attachment of chlorogenic acid
(2002)
Bovine serum albumin (BSA) was modifed by covalent attachment of chlorogenic acid using different concentrations at pH 9. The derivatization was accompanied by a reduction of lysine, cysteine and tryptophan residues. The isoelectric points were shifted to lower pH values and formation of high molecular weight fractions was noted. The structural changes were studied using circular dichroism, differential scanning calorimetry (DSC), intrinsic fluorescence, and binding of anilinonaphthalenesulfonic acid. The results showed that the content of alpha-helix decreased with a parallel increase in unordered structures with higher degrees of derivatization. DSC revealed a decrease in both denaturation temperature and enthalpy. Surface hydrophobicity declined, indicating that hydrophilic regions were exposed on the molecular surface. Proteolytic digestion showed that, at a lower degree of derivatization,the tryptic degradation was most adversely effected, whereas the peptic digestion declined with increasing modification. A trypsin inhibitory effect of the breakdown products released from derivatized BSA was also observed.
Soy glycinin (SG) and soy trypsin inhibitor (STI) were derivatized by chlorogenic- and caffeic acid (cinnamic acids, C6 - C3 - structure), and by gallic acid representing hydroxybenzoic acids (C6 - C1 - structure). Further, the flavonoids, flavone, apigenin, kaempferol, quercetin and myricetin (C6 - C3 - C6 - structure) were also caused to react with soy proteins to estimate the influence of the number and the position of hydroxy substituents. The derivatization caused a reduction of lysine, cysteine and tryptophan residues in the soy proteins. The isoelectric points of the derivatives were shifted to lower pH values and formation of high molecular fractions was documented. The derivatives were characterized in terms of their solubility at different pH-values to document the influence on the functional properties. The structural changes induced were studied using circular dichroism (CD), differential scanning calorimetry (DSC) , intrinsic fluorescence, and binding of anilinonaphthalenesulfonic acid. The influence of derivatization on the in-vitro digestibility with trypsin, chymotrypsin, pepsin and pancreatin was also assessed. The effect on the trypsin inhibitor activity of all the resulting STI derivatives was studied, the latter being reduced.
In der randomisierten, multizentrischen DASH-Studie (Dietary Approaches to Stop Hy-pertension), die unter kontrollierten Bedingungen stattfand, führte eine fettreduzierte Mischkost, reich an Obst, Gemüse und Milchprodukten, bei Borderline-Hypertonikern zu einer signifikanten Blutdrucksenkung. Während der Studienphase wurden Körpermasse, Natrium-Aufnahme sowie Alkoholzufuhr aufgrund der bekannten Einflussnahme auf den Blutdruck konstant gehalten. In der eigenen Pilot-Studie sollte untersucht werden, ob das Ergebnis der DASH-Studie (i) mit deutschen Hypertonikern und (ii) unter habituellen Ernährungs- und Lebensbedingungen mit regelmäßig durchgeführter Ernährungsberatung und ad libitum Verzehr anstelle des streng kontrollierten Studienansatzes bestätigt werden kann. Eine Konstanz der Körpermasse, der Natrium-Urinausscheidung (unter diesem Studienansatz valider als die Aufnahme) und des Alkoholkonsums wurde vorausgesetzt. Die Studienpopulation setzte sich aus 53 übergewichtigen Probanden mit einer nicht medikamentös therapierten Borderline-Hypertonie und ohne Stoffwechselerkrankungen zusammen. Die Studienteilnehmer wurden randomisiert entweder der Idealgruppe mit einer fettarmen Kost reich an Milchprodukten, Obst und Gemüse (ähnlich der DASH-Idealgruppe) oder der Kontrollgruppe mit habitueller Ernährungsweise zugeteilt. Über einen Zeitraum von fünf Wochen wurde den Probanden etwa 50% ihres täglichen Lebensmittelbedarfes entsprechend ihrer Gruppenzugehörigkeit kostenfrei zur Verfügung gestellt. Gelegenheitsblutdruckmessungen und 24h-Blutdruckmessungen, Ernährungs- und Aktivitätsprotokolle, Blut- und Urinproben sowie anthropometrische Messungen wurden vor, während und fünf Wochen nach der Interventionsphase durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass in der Idealgruppe keine signifikante Blutdrucksenkung beobachtet werden konnte. Dies lässt sich durch die Tatsache erklären, dass die Lebens-mittel- und Nährstoffaufnahme der deutschen Kontrollgruppe eher der amerikanischen Idealgruppe entsprach. In der Pilot-Studie waren die Unterschiede in der Nährstoffzufuhr zwischen den beiden Gruppen viel geringer als in der DASH-Studie; für eine blutdrucksenkende Ernährungsumstellung bestand somit nur ein geringer Spielraum. Eine weitere Erklärung besteht in der unterschiedlichen Zusammensetzung der Studienpopulation. Bei DASH wurden vorwiegend farbige Probanden (40% höhere Hypertonieprävalenz) untersucht. Die Studienergebnisse lassen also den Schluss zu, dass Ernährungs- und Lebensstilgewohnheiten sowie der genetische Hintergrund der entsprechenden Bevölkerungsgruppe bei der Formulierung von nährstoff- oder lebensmittelbezogenen Empfehlungen zur Senkung des Bluthochdruckes Berücksichtigung finden müssen.
Mercaptursäure und Nukleosidaddukt im Harn als Biomarker in 1-Hydroxymethylpyren-exponierten Ratten
(2002)
1-Methylpyren (MP) ist hepatokanzerogen in neugeborenen männlichen Mäusen. Durch Hydroxylierung an der benzylischen Stelle und anschließende Sulfonierung wird MP zu DNA-reaktivem 1-Sulfooxymethylpyren (SMP) aktiviert. In der Ratte führt die Exposition des benzylischen Alkohols, 1-Hydroxymethylpyren (HMP), zur DNA-Adduktbildung in verschiedenen Geweben. Eventuelle Konsequenz der Toxifizierung ist die Ausscheidung entsprechender Mercaptursäure und Nukleosidaddukt im Harn, welche aufgrund ihrer Herkunft als Biomarker eignen könnten. In dieser Arbeit wird die Ausscheidung der Mercaptursäure und des N2-Desoxyguanosinadduktes in HMP-exponierten Ratten untersucht. Nach der Applikation von HMP bzw. MP wurden weniger als 1 % der Dosis als MPMA über Urin und Faeces ausgeschieden (0 - 48 h). Die Ausscheidung erfolgt hauptsächlich in den ersten 24 h nach der Applikation. MPdG konnte weder in Urin noch in Faeces der HMP-behandelten Tieren identifiziert werden. Nach direkter SMP-Applikation wurde MPdG nur in sehr geringe Menge (weniger als 0,9 ppm in 12 h) im Urin gefunden. Aufgrund der geringen Menge eignet sich MPdG nicht als Biomarker. MPMA dagegen, lässt sich analytisch gut erfassen. Es sollte daher untersucht werden, ob MPMA die Toxifizierung des HMP wiederspiegelt. Die Voraussetzung dafür ist die Kenntnisse über das Metabolismusmuster von HMP. Es wurde daher umfassende Untersuchungen zum Metabolismus des HMP durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass mehr als 80 % der Metaboiten in ihrer oxidierten Form (PCS, deren Glucuronsäure-Konjugate sowie phenolische Sulfatester der PCS) ausgeschieden wurden. Demnach spielt die Oxidation des HMP zu PCS eine sehr wichtige Rolle bei der Detoxifizierung und Ausscheidung von HMP. Ferne konnte nachgewiesen werden, dass die Enzyme Alkohol- und Aldehyd-Dehydrogenase an der Oxidation von HMP beteiligt waren. Die Inhibitoren Disulfiram und Ethanol der o. g. Enzyme wurde daher zur Modulation der Detoxifizierung in vivo eingesetzt. Die Veränderungen in der Toxifizierung von HMP zu SMP wurden durch die SMP-Konzentration im Plasma, die DNA-Addukthäufigkeit und die MPMA-Ausscheidung erfasst. Die Vorbehandlung von Disulfiram und Ethanol führte zu tendentielle Erhöhung der SMP-Konzentration im Plasma, DNA-Addukthäufigkeit in der Leber und die MPMA-Ausscheidung. Bemerkenswert ist jedoch, dass bereits eine Dosis von 0,2 g Ethanol/kg Körpermasse bereits zu statistisch signifikanten Erhöhungen der MPMA-Ausscheidung bei weiblichen Ratten.