Untersuchungen zur entwicklungsphysiologie der lipidsynthese

CLINICA CHIMICA ACTA

UNTERSUCHUNGEN

ZUR DER

\\‘ALTER

SCHNELL,

KURT

229

ENTWICKLUNGSPHYSIOLOGIE

LIPIDSYNTHESE*

SCHREIER,

l’niz’ersiiiits-~inderkli,zik, (Eingegangen

INGO

WIEDERHOLT

Heidelberg

“ND WOLF

(Dezrtschlmd)

den LO. September

HARTMANN

**

19bo)

Entwicklungs-PhysioIm Rahmen unserer Untersuchungen zur “chemischen logie” einzelner Funktionskreise interessierte u.a. such die Fettsynthese. Dies umsomehr, als bis jetzt offensichtlich keine systematischen Studien vorliegen. Wir haben deshalb Vergleichsuntersuchungen des Einbaues von I- %-Natriumacetat in die Phospholipide, Neutralfette und das Cholesterin der Leber, des Gehirns und Restk6rpers bei 20 ca. IOO g schweren und 40 ca. 18 g schweren Ratten vorgenommen. VERSUCHSANORDNUNG

Die von uns verwendeten Ratten entstammen unserem Wistar-Stamm, welcher seit Jahren mit einer Standard-Kost (LAATZ) ernghrt wird. Die Tiere wurden ohne vorherige Nahrungskarenz 4 Std. in Stoffwechselk%gen gehalten, welche ein quantitatives Auffangen der ausgeatmeten CO, ermaglichten. Sie erhielten 0.24 PC XAcetat/g Tier intraperitoneal. Die Ratten wurden nach kurzer Aethernarkose entblutet und Gehirn, Leber, sowie Restkiirper getrennt mit Aceton homogenisiert und im Soxhlet-Apparat 8 Std. mit Chloroform-Methanol estrahiert. Die Ausf5llung der Phosphatide erfolgte in iiblicher Weisel mit Aceton. Das Cholesterin wurde mit Digitonin gefgllt, der Rest eingeengt und in Chloroform aufgenommen. Alle Fraktionen wurden bis zur Gewichtskonstante getrocknet. Die Zihlung der Impulse erfolgte im Methan-Durchflusszghler und dem Z$hlgergt der Firma Friesecke und Hijpfner. Es wurden jeweils mindestens 1,000 Impulse ausgezghlt. Die Berechnung der Mittelwerte und der statistischen Sicherheit geschah nach der bekannten Formel von STUDENTS. ERGEBNISSE

In Tabelle I sind die Mittelwerte der spezifischen Aktivitgt der drei Lipoidfraktionen aus den studierten Organen aller Versuchstiere zusammengestellt. Die gefundenen Werte demonstrieren, dass die jungen Tiere markiertes Acetat in alle 3 Fraktionen des Gehirns und in Cholesterin und Phosphatide des “Restkiirpers” in statistisch signifikanter Weise vermehrt einbauen. In der Leber dagegen weisen die Fraktionen der 5.lteren Tiere eine hijhere spezifische Aktivitgt auf, welche hauptsgchlich wegen der grdsseren Streuung bei den Jungtieren mathematisch nicht sicherbar ist. * Wir sind der Strebel-Stiftung fiir eine Sachbeihilfe ** Direktor: Prof. Dr. Ph. Bamberger.

ZLI Dank verbunden

Clin. Chim. Acta, 6 (1961) u9--23?

w. SCHNELL und Mitarb.

230

Die grBssten Unterschiede zwischen alten und jungen Tieren finden sich beim Gehirn. Mit Deuterium erzielten GOLDWATER UND STETTEN~ ebenfalls einen hijheren Einbau in das Gehirn von sehr jungen Ratten. WAELSCH~ fand bei den Fettssuren des Gehirns ebenfalls mit D, einen Abfall des Einbaues in das Gehirn vom 4. zum lo. Lebenstag (urn 260%), wghrendin der Leber genau wie bei unseren Tieren ein Anstieg des Einbaues urn etwa 50::~ erfolgte. Auch die Inkorporation in die nicht n%her differenzierten “unverseifbaren” Lipoide fiel im Zentralnervensystem auf etwa ein Sechstel der Werte des vierten Tages ab. Andere Autoren5 wollen dagegen eine hiihere Cholesterinsynthese in der Leber bei jiingeren Tieren nachgewiesen haben, in dem sie das C,holesterin im Plasma und der Galle bestimmten. Allerdings waren ihre Jungtierr bereits 6 Wochen alt. Dasselbe gilt fiir die Schnitte von BLOCH und Mitarb.6, welchc mehr Cholesterin synthetisierten als jene alter Versuchstiere. TABELLE MITTELWERTE

Phosphatidr

AKTIVITHT

DER

LIPOIDE

F&e

3898 + 1350 107 319 i

1100 + 256 60& 19

1223 & 310 boI 34

Ioob I_t 52b

339 i 303 770 + 447

233 5 99 453 -t 2%

Gehirn

;::

Leber

;oai

i

476

594 i 763 i

red.

3’4 + 114 231 15 130

2168 + 012 +

742 19I

Ckolesterirz

150 94

RestkGrper cdj (bJ

“77 (a) (b)

SPEZ.

(Imp./~o mg/Min.)

_-.__ Orgmt

DER

I

Tiere, 14 Tage alt. Pltere Tiere, 90 Tage alt.

junge

Ein Vergleich der Lipid-Syntheserate von Leber und Gehirn war deshalb wichtig, weil die Blut-Liquorschranke bei jungen Tieren wesentlich durchl&siger ist, als bei erwachsenen7. KOREY UND WITTENBERC 8 hatten deshalb such gefunden, dass X-markierte Palmitin- und Stearinsgure leicht in das Gehirn von Rattenssluglingen eindringen, nicht aber in das von reifen Tieren. Da bei den Jungtieren die Leber eine deutlich niedrigere Syntheserate aller studierten Fraktionen demonstriert als das Gehirn und such der Restkijrper die Einbaurate von Acetat in die Fraktionen des Gehirns bri weitem nicht erreicht, kann man postulieren, dass die Nervenzellen ihre Strukturlipide selbst synthetisieren. Nach DAVISON und Mitarb.Y hat ein griisserer Teil der Lipide des Gehirns eine ausserordentlich lange Lebensdauer. Es wird von ihm1° neuerdings vermutet, dass u.a. die Myelin-Lipoide iiberhaupt nicht mehr abgebaut werden, sobald ihre Synthese erfolgt ist. Etwas iiberraschend ist die sehr aktive Phosphatid-Cholesterinund Neutralfettsynthese im Bindegewebe der Haut und Muskulatur. Damit erhglt die Konzeption von HAIXBERGER und Mitarb.” eine weitere Stiitze, dass ein Grossteil der Kiirperlipide nicht in der Leber, sondern in den Bindegewebszellen selbst synthetisiert werden. Wir haben errechnet, dass der Aufbau von Fetten nicht nur grundsgtzlich mijglich ist 13, sondern dass vor allem in der Jugend das Bindegewebe pro Gewichtseinheit und besonders bezogen auf den Cytoplasmagehalt dem Lebergewebe in der Lipidsyntheserate iiberlegen ist. Bei den glteren Tieren wurde such die Fettbildungsrate des Magen-Darmkanal

E~TWI~KLU~GSFHYSIOLOGiE

DER LIPIDSYNTHESE

231

studiert. Wie Tabelle II demonstriert, steht der Intestinaltrakt in der Schnelligkeit des Einbaues von markiertem Acetat der Leber nicht nach. Es ist damit gezeigt, dass offensichtlich die Mukosa des Magen-Darm-Traktes aus angebotenem Acetat Lipide mit hoher Aktivitat synthetisieren kann. Dies entspricht Ergebnissen anderer Autoren LB.Die Tatsache, dass vor allem die Phosphatide markiert sind, kijnnte als Sttitze fur die Konzeption dienen, dass diese Kiirperklasse eine wichtige Rolle im Umsatz der Fette im Darm spielt. Zwar entstammt, wie aus der Tab&e hervorgeht, ein grosser Teil beim undurchspiilten Darm der 13akterienTABELLE MITTELWERTE

DER

SPEZIFISCHEN

AKTIVlTiiT

(Imp.jro Magm-Dam-Trakt (a) (b)

Tq~cken~~bstanz

Ovgam

K&per

Gehirn

Lebcr

(a)

3.860

(bl

15.302

(a)

0.135

ISOLIERTEN

(a)

0.136

0.033

IN

(9)

Ckolesterin

0.324

restl. Fette 0.815

+ 1.20’/*

6.200

0.005 -+ zzo/;,

0.15G

616 646

PRO TIER ~~

0.030

0.05.5

0.250

Nezctralfett

III

-- 3.8%*

I.504

(b)

MAGEN-DARMTRAKTES

550 809

ORGANLIPOIDE

Phosphatide 0.520’

DES

Choiesterin

1492 3b5.5

TABELLE DER -

LIPIDS

mg/Min.)

Phosphatide

nach Ausspiilung mit Inhalt

MMITTELWERTE

II DER

0.046 + 16%

-t 147% 0.454

0.052

0.004 -

5%

-?- 19%

0.038 + 2.5%

0.059 (b) 1.061 0.217 _____... (a) junge Tiere, 14 Tage alt, (b) lltere Tiere, 90 Tage alt. * Anstieg bzw. Abfall bei den Blteren Tieren pro (g) Trockengewicht.

-t- 25:; ----

0.558

leibessubst~z; dennoch iiberwiegt die Markierung der Phosphatide jene der beiden anderen Fraktionen. PIHL UND BLOCHI* glauben aber den Beweis dafiir erbracht zu haben, dass Phospholipide keine obligaten Intermedi~rstufen in der Fettsynthese darstellen. Wir haben nicht nur die Syntheserate der Lipide bei jungen und 8Iteren Tieren verglichen, sondern such eine quantitative Analyse der drei Fraktionen in den einzelnen Organen vorgenommen. Wie Tabelle III demonstriert, enthalten die Organe glterer Tiere fast durchweg mehr Lipide als die Jungtiere (bezogen auf fettfreie Trockensubstanz). Nur die Phosphatidfraktion ist im eviscerierten K&per und in der Leber urn relativ 3.8 bzw. so/b gegeniiber den jungen Tieren verringert. Der stgrkste Anstieg der Phosphatid-, Cholesterin- und der rest]. Fettfraktion findet sich im Gehirn der glteren Tiere. Dieses Ergebnis entspricht Befunden von WILLIAMS und Mitarb.13, welche ebenfalls einen Anstieg verschiedener Fettfraktionen im Gesamtkorper und in einzelnen Organen nachgewiesen haben.

w.

232

SCHNELL

zLnd Mitarb.

ZUSAMMENFASSUNG

Es wird iiber den Einbau

ron

r-13C-Acetat

in die Phospholipide,

Neutralfette

und das Cholesterin von etwa 18 g und IOO g schweren Ratten berichtet. Es ergab sich, dass die Syntheserate der drei Fraktionen im Gehirn und im Restkorper bei den jungen Tieren zum Teil signifikant erhijht ist. In der Leber ist dagegen der Einbau von Acetat in das Cholesterin und die tibrigen Fette herabgesetzt.

INVESTIGATION

OF THE DEVELOPMENT

PHYSIOLOGY-

OF LIPID

SYNTHESIS

The incorporation of I-X-acetate into phospholipids, neutral fat andcholesterol of rats, weighing about 18 g and about 100 g was investigated. It was found that in the young rats the rate of synthesis of the three fractions in the brain and in the rest of the body was higher than in the older animals, the increase being significant in the case of some fractions. In the liver, on the other hand, the incorporation of acetate into cholesterol and the other fats was less. LITER.\TL’R 1 E. KLENK, 2. physiol. Chem., Hoppe-Seyler’s, 129 (1934) 151 und 262 (1939) rrS, siehe such K. SCHREIER, H. KRAUS UND H. ZIMMERMANN, Interrz. 2. Vitaminforsch., r7 (1956) 181. 2 H. M. RAUEN, Biochem. Taschenbuch, Springer, Berlin, 1956, S. 1186. 8 W. A. GOLDWATER UND W. STETTEN, J. Biol. Chem., 169 (1947) 723. 4 H. WAELSCH, W. M. SPERRI. UND V. A. STOYANOFF, J. Biol. Chem., 135 (1940) 297. 5 R. H. ROSENMAN UND E. SHIBATA, Pvoc. Sot. Exptl. Biol. Med., 81 (1952) 296. 6 K. BLOCH, E. BOREK UND D. RITTENBERG, J. Biol. Chem., 162 (1946) 441. 5 D. RICHTER, The Metabolism ofthe Developing Bmix, in: Biochemistry of the DeuelopitzgNervous System, Academic Press, New York, 1955. 8 S. R. KOREY LIND J. B. WITTENBERG, Federation Proc., 13 (1954) 244. 9 A. N. DAVISON, J. DOBBING, R. S. MORGAN UND G. P. WRIGHT, Lancet, (1959 I) 658. 10A. N. DAVISON UND J. DOBBING, Biochem. J., 75 (1960) 565. I1 F. X. HAUSBERGER. z.B.: h’lin. Wochschr., I (1935) 77. I* P. A. SRERE, I. L. CHAIKOFF, S. S. TREITMAN UND L. B. BURSTEIN, J. Biol. Chem.. 182 (1950) 629. 13 K. BERNHARD, G. ~_TLBRECHT,M. ULBRECHT UND H. WAGNER, Helv. Physiol. et Pharmacol. d&Z, 14 (1956) 342. I4 A. PIHL UND K. BLOCH, J. Biol. Chem., 183 (1958) 451. 15 H. H. WILLIAMS, H. GALBRAITH, M. KAUCHER UND J. G. MACY, J. Biol. Chem., 161 (1945) 463 und 475.