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Am Beispiel der Wiederkäuer wurde unter Zuhilfenahme von biochemischen und molekularbiologischen Methoden die Adaptation von Pflanzenfressern (Herbivoren) an pflanzliche Sekundärmetabolite wie z.B. Tannine untersucht. Tannine können in nicht an ihren Verzehr adaptierten Spezies durch ihr Proteinbindungsvermögen die Nahrungsverwertung und damit Wachstum und Gesundheit des Pflanzenfressers beeinträchtigen (antinutritive Wirkung). Einige Wiederkäuerarten wie z.B. das Reh (Capreolus capreolus) haben in ihrem Nahrungsspektrum viele stark tanninhaltige Pflanzen, leiden aber nicht unter den erwähnten postdigestiven Konsequenzen. Eine Möglichkeit, die antinutritive Wirkung von Tanninen zu neutralisieren, besteht in der Produktion tanninbindender Speichelproteine. Der Speichel verschiedener Wiederkäuerarten wurde auf das Vorhandensein tanninbindender Proteine untersucht. Diese Arten wurden so ausgewählt, dass alle drei Ernährungstypen (Konzentratselektierer, Intermediärtyp, Gras- und Rauhfutterfresser) in den Vergleich eingeschlossen werden konnten. Als Referenzspezies wurde der Konzentratselektierer Reh herangezogen. Die Speichelproteine des Rehs und die der Intermediärtypen (Rentier, Rangifer tarandus; Damhirsch, Cervus dama; Moschusochse, Ovibos moschatus) banden ungefähr doppelt so effektiv an hydrolysierbare Tannine (Tanninsäure), wie die der untersuchten Gras- und Rauhfutterfresser (Rind, Bos taurus; und Mufflon, Ovis orientalis musimon). Diese Abstufung zeigte sich auch bei der Untersuchung der Bindung an kondensierte Tannine (Quebracho). Eine Ausnahme stellte Mufflonspeichel dar, dieser band ebenso gut an Quebracho wie die Speichelproteine der anderen Ernährungstypen. Über eine Aminosäuretotalanalyse konnte festgestellt werden, dass der Speichel einiger untersuchter Wiederkäuerarten prolinreiche Proteine (PRPs) enthielt. Unter Ausnutzung ihrer Trichloressigsäure (TCA)-Löslichkeit wurden diese angereichert und genauer untersucht. Die Analyse der TCA-löslichen Speichelproteine der Konzentratselektierer (Reh, Elch) ergab einen relativen Prolingehalt von über 35 %, während beim Moschusochsen noch 29 % gemessen wurden. In Damhirsch- und Rinderspeichel wurden keine prolinreichen Proteine gefunden. Für die TCA-löslichen Speichelproteine des Rehs konnte eine hohe Tanninbindungskapazität nachgewiesen werden. Diese banden 24 - 30 x effektiver an Tannine als die TCA-löslichen Speichelproteine des Rindes. Die Tanninbindungskapazitäten der TCA-löslichen Speichelproteine von Moschusochse und Damhirsch waren ebenfalls höher als die des Rindes, aber niedriger als die des Rehs. Die Kohlenhydrat-Analyse der TCA-löslichen Speichelproteine des Rehs erbrachte, dass es sich bei ihnen um Glykoproteine handelt. Mittels Gelfiltration und zweidimensionaler Polyacrylamidgelektrophorese konnten fünf Proteingruppen mit Molekulargewichten zwischen 15 und 50 kd sowie isoelektrischen Punkten zwischen 4,0 und 8,2 detektiert werden. Von 15 dieser Proteine konnten die N-terminalen Aminosäuresequenzen ermittelt werden. Ausgehend von diesen Informationen wurden Reh-PRP spezifische mRNAs isoliert und partiell sequenziert. Die meisten dieser Fragmente hatten eine gemeinsame 18 Aminosäuren lange C-terminale Sequenz PPPEEQPEE/QSPDEE/DSPSE. Die Suche nach Übereinstimmungen der analysierten Sequenzen mit anderen Säugetier-PRPs in der Genbank ergab keine sinnvollen Ähnlichkeiten. Die Ergebnisse können zu Informationen über tanninbindende Proteine anderer Wiederkäuer führen. Die Sequenzinformationen stellen einen Ausgangspunkt bei der Analyse der evolutiven Zusammenhänge der Cerviden dar.
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.
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.
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.
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.
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.
Background/Aims: Prostaglandin E(2) (PGE(2)) is known to inhibit the lipopolysaccharide (LPS)-induced tumor necrosis factor alpha (TNFalpha) formation in Kupffer cells via an increase in cAMP. Four receptor-subtypes have been cloned for PGE(2) so far. Two of them, the EP2-receptor and the EP4-receptor are linked to stimulatory Gs-proteins and could mediate the inhibition by PGE(2) of TNFalpha-formation.Methods: The significance of both receptors for PGE(2)- dependent inhibition of LPS-induced TNFalpha-formation was studied using Kupffer cells of mice in which either one of the two receptors had been eliminated by homologous recombination.Results: The mRNAs of both receptors were expressed in wild type mouse Kupffer cells. Exogenous PGE(2) inhibited TNFalpha-formation in Kupffer cells lacking either EP2-receptor or EP4-receptor to a similar extent as in control cells, however, 10-fold higher PGE(2) concentrations were needed for half maximal inhibition in cells lacking the EP4-receptor than in control or EP2-receptor- deficient cells. The response to endogenous PGE(2) was blunted in EP4-receptor-deficient mice only and especially after prolonged incubation. Conclusions: The data indicate, that PGE(2) can inhibit TNFalpha-formation via both the EP2- and the EP4-receptor and that, however, the EP4-receptor appears to be physiologically more relevant in Kupffer cells since it conferred a high affinity response to PGE(2).
Comparative study of gene expression during the differentiation of white and brown preadipocytes
(2002)
Introduction Mammals have two types of adipose tissue: the lipid storing white adipose tissue and the brown adipose tissue characterised by its capacity for non-shivering thermogenesis. White and brown adipocytes have the same origin in mesodermal stem cells. Yet nothing is known so far about the commitment of precursor cells to the white and brown adipose lineage. Several experimental approaches indicate that they originate from the differentiation of two distinct types of precursor cells, white and brown preadipocytes. Based on this hypothesis, the aim of this study was to analyse the gene expression of white and brown preadipocytes in a systematic approach. Experimental approach The white and brown preadipocytes to compare were obtained from primary cell cultures of preadipocytes from the Djungarian dwarf hamster. Representational difference analysis was used to isolate genes potentially differentially expressed between the two cell types. The thus obtained cDNA libraries were spotted on microarrays for a large scale gene expression analysis in cultured preadipocytes and adipocytes and in tissue samples. Results 4 genes with higher expression in white preadipocytes (3 members of the complement system and a fatty acid desaturase) and 8 with higher expression in brown preadipocytes were identified. From the latter 3 coded for structural proteins (fibronectin, metargidin and a actinin 4), 3 for proteins involved in transcriptional regulation (necdin, vigilin and the small nuclear ribonucleoprotein polypeptide A) and 2 are of unknown function. Cluster analysis was applied to the gene expression data in order to characterise them and led to the identification of four major typical expression profiles: genes up-regulated during differentiation, genes down-regulated during differentiation, genes higher expressed in white preadipocytes and genes higher expressed in brown preadipocytes. Conclusion This study shows that white and brown preadipocytes can be distinguished by different expression levels of several genes. These results draw attention to interesting candidate genes for the determination of white and brown preadipocytes (necdin, vigilin and others) and furthermore indicate that potential importance of several functional groups in the differentiation of white and brown preadipocytes, mainly the complement system and extracellular matrix.
Selected food proteins (myoglobin and soy glycinin) were caused to react with flavonoids (apigenin and quercetin) to estimate the influence of the number and the position of hydroxy substituents. The protein derivatives formed have been charcterized in terms of their properties where they showed changes in the content of free amino groups, tryptophan, and thiol groups. The myoglobin derivatives have also been characterized in terms of their solubility at different pH-values to document the influence on the functional properties. The influence of myoglobin derivatives on the in vitro digestibility with trypsin was also demonstrated, with the digestion of the derivatized myoglobin being favored.