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Impact of coffee and coffee components on mechanisms regulating energy metabolism and satiety
Annett Riedel
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Veronika Somoza
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29365.80753.762059-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kaffeekonsum ist mit einer geringeren Prävalenz an Übergewicht und Adipositas assozi-iert. Diese Forschungsarbeit untersuchte den Einfluss von Kaffee und Kaffeeinhaltsstof-fen auf Mechanismen des Energiestoffwechsels und der Sättigungsregulation im Rah-men von Zellkulturstudien und einer Humanstudie. Koffein, Trigonellin und das aus die-sem bei der Kaffeeröstung entstehende N-methylpyridinium (NMP) wurden hinsichtlich ihrer Wirkung auf die mitochondriale Atmungsaktivität und Thermogenese sowie die Substratbereitstellung für die ATP Produktion in der humanen Leberkrebszelllinie HepG2 untersucht. Die Behandlung der Zellen mit Koffein führte zu einem Anstieg des entkop-pelnden Proteins-2 (UCP-2) und der mitochondrialen Membrandepolarisierung, welche Merkmale mitochondrialer Thermogenese sind. NMP und Trigonellin stimulierten eben-falls die Thermogenese. Während Koffein eine Verminderung von energieverbrauchen-den Stoffwechselvorgängen hervorrief, um den erhöhten Energieverbrauch durch ge-steigerten Thermogenese zu kompensieren, übte NMP einen stimulierenden Effekt auf die Atmungsaktivität aus und förderte die Verwendung von Glukose als Energiesubstrat. Die Zellkulturstudien zum Einfluss von Pyridinderivaten, wie Nikotinsäure, Trigonellin und NMP, auf die Fettsäureaufnahme von enterozyten-ähnlichen Caco-2 Zellen zeigten, dass es durch Nikotinsäure bereits in Darmzellen zur Aktivierung des Nikotinsäurerezeptors HM74 und hierdurch zur Erhöhung der Fettsäureaufnahme kommt. Im Rahmen der Humanstudie erfolgte der Vergleich zweier Kaffeegetränke mit unterschiedlichem In-haltsstoffprofil. Bei den gesunden normalgewichtigen Probanden erhöhte der 4-wöchige Konsum beider Kaffees die Plasmakonzentration an freien Fettsäuren, welche positiv mit dem ATP-Gehalt der Lymphozyten korrelierte. Da das Körperfett durch den Kaffeekon-sum vermindert wurde, lässt sich auf einen verstärken Verbrauch endogener Fettmasse zur Energiebreitstellung schließen. Der Konsum des Studienkaffees (SB), welcher höhere Gehalte an NMP aber niedrigere Gehalte an Chlorogensäure und Trigonellin als der im Vergleich getestete Referenzkaffee (MB) aufwies, erhöhte die UCP-2 Konzentration in den Lymphozyten der Probanden. Unterschiedliche Effekte der beiden Kaffees wurden auch auf die Parameter der Sättigungsregulation beobachtet. Die Verabreichung des MB Kaffees führte zu einem Anstieg der Plasmaserotonin- und zur Verminderung der Plas-maghrelinkonzentration, wodurch auf eine verstärkte Sättigung geschlossen werden kann. Diese Ergebnisse deuten auf Koffein als eine der Hauptverbindungen im Kaffee, die einen stimulierenden Effekt auf den Energiestoffwechsel hervorruft. Allerdings stellt NMP ebenfalls einen potentiellen Kaffeeinhaltsstoff dar, welcher die Thermogenese und die Glukoseverwertung fördert. Zukünftige Studien sollten klären ob weitere Kaffeeinhaltsstoffe eine Rolle in der Regulation des Energiestoffwechsels spielen.
Abstract
(Englisch)
Coffee consumption is supposed to promote body weight maintenance in humans. This work was focused on the effects of coffee and coffee constituents on markers of energy metabolism and satiety in cells in culture and healthy subjects. Among the coffee con-stituents, caffeine, trigonelline and its roasting-derived degradation product N-methylpyridinium (NMP) were analyzed for their effects on mitochondrial respiratory ac-tivity, thermogenesis and substrate utilization in the human liver carcinoma cell line HepG2. On the cellular level, caffeine treatment increased the uncoupling protein-2 (UCP-2) and the mitochondrial membrane depolarization, both mechanisms that enhance mitochondrial thermogenesis. NMP and trigonelline also stimulated thermogenesis in HepG2 cells. While caffeine restored cellular ATP as a mechanism to compensate increased energy expenditure, NMP exhibited a stimulating effect on the respiratory ac-tivity, and promoted the utilization of glucose as energy substrate. In addition, investiga-tions on the impact of pyridine derivatives such as nicotinic acid, trigonelline and NMP, also present in coffee, on intestinal fatty acid uptake were made. Cell culture studies in enterocyte-like Caco-2 cells revealed that nicotinic acid modifies lipid metabolism in the intestine by activation of the nicotinic acid receptor HM74 resulting in augmented fatty acid uptake. A human intervention trial was conducted to study the impact of two differ-ently processed coffees on parameters of energy metabolism and satiety. In healthy, normal-weight volunteers, a 4-week consumption of both coffee beverages increased plasma free fatty acid concentration that were positively correlated to ATP levels in lym-phocytes. Since body fat was reduced by coffee consumption, these findings point to an intensified utilization of endogenous body fat as energy substrates. Protein expression of UCP-2 was increased in lymphocytes after ingestion of a study blend (SB) coffee that contained higher amounts of NMP but lower amounts of chlorogenic acid and trigonelline than a market blend (MB) coffee tested. Discriminative effects of the two coffee beverages were also observed for satiety parameters. Consumption of the MB coffee augmented plasma serotonin and decreased plasma ghrelin concentrations, pointing to increased satiation. No alterations were observed after consumption of the SB coffee. These results indicate that caffeine might be a major coffee component stimulating energy metabolism. However, results from the cell culture experiments support the hypothesis that NMP may also present a potential constituent in coffee that promotes thermogenesis and cellular glucose utilization. Future studies should elucidate whether other coffee constituents, next to caffeine and NMP, play a role mechanisms regulating energy metabolism.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
coffee energy metabolism satiety
Schlagwörter
(Deutsch)
Kaffee Energiestoffwechsel Sättigungsregulation
Autor*innen
Annett Riedel
Haupttitel (Englisch)
Impact of coffee and coffee components on mechanisms regulating energy metabolism and satiety
Paralleltitel (Deutsch)
Einfluss von Kaffee und Kaffeeinhaltsstoffen auf Mechanismen des Energiestoffwechsels und der Sättigungsregulation
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
165 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Monika Pischetsrieder ,
Jürgen König
AC Nummer
AC11719497
Utheses ID
29507
Studienkennzahl
UA | 791 | 419 | |