Digestion and absorption of galactolipids
by Ohlsson, Lena at Institution of Medicine Gastroenterology; Gastroenterology
Date published: 2000
Publisher: Lena Ohlsson, Inst of Medicine, University Hospital of Lund, S-221 85
Lund.
Thesis defended: 2000-11-17, 09.00. University Hospital of Lund, Föreläsningssal
F3
The faculty's opponent: Lars Bläckberg, Associate Professor at University of Umeå,
Sweden
Classification: Gastro-enterology; Proteins, enzymology; Lipids, steroids,
membranes
Keywords: Bile salt stimulated lipase; Carboxyl ester lipase; Chylomicron; Colipase;
Digalactosyldiglyceride; Digestion; Essential fatty acids; Galactolipids; Lipolytic
enzymes; Monogalactosyldiglyceride; Pancreatic lipase; Pancreatic lipase related
proteins.
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.
Abstract: 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.
List of papers in this dissertation
I. Lena Andersson, Charlotte Bratt, Kristina C. Arnoldsson, Bengt Herslöf,N. Urban
Olsson, Berit Sternby and Åke Nilsson.Hydrolysis of galactolipids by human
pancreatic lipolytic enzymes andduodenal contents. Journal of Lipid Research.
Volume 36 (1995) 1392-1400.
II. Lena Andersson, Frédéric Carrière, Mark E. Lowe, Åke Nilssonand Robert
Verger.Pancreatic lipase related protein 2 but not classical pancreatic lipasehydrolyzes
galactolipids. Biochim. Biophys. Acta. 1302 (1996) 236-240.
III. Lena Ohlsson, Magnus Blom, Karin Bohlinder, Anders Carlsson, andÅke
Nilsson.Orally fed digalactosyldiacylglycerol is degraded during absorptionin intact
and lymphatic duct cannulated rats. Journal of Nutrition.128 (1998) 239-245.
IV. Magnus Blom, Lena Andersson, Anders Carlsson, Bengt Herslöf, Li Zhouand
Åke Nilsson. Pharmacokinetics, tissue distribution and metabolismof intravenously
administered digalactosyldiacylglycerol andmonogalactosyldiacylglycerol in the rat.
Journal of Liposome Research,6(4)(1996) 737-753
V. Lena Ohlsson, Berit Sternby and Åke Nilsson. Hydrolysis of galactolipidsand
glycerophospholipids by human pancreatic lipase related protein, hPLRP2.Manuscript
Scripta Academica Lundensia is a service
provided by Lund University Digital Library. ISBN 91-628-4408-3
