There is a growing attention in the synthesis of fructo-oligosaccharides (FOS) due to their excellent bio-functional and health-promoting properties. The current production processes are limited to chemical hydrolysis reactions of plant extracts, which are often associated with several drawbacks. In this study, fructosyltransferase (FTase) and polygalacturonase (PGase) activities, present in a commercial enzyme preparation (Pectinex® Ultra SP-L) sourced from Aspergillus aculeatus, have been separated and fully purified by anion-exchange and sizeexclusion chromatography. The FTase possesses fructosyl transfer activity for FOS synthesis and the PGase has pectin hydrolytic activity. Fructosyltransferase is a single-band protein with a molecular weight of 85 kDa, whereas PGase is a distinct protein of 40 kDa. The temperature and pH optima of FTase were 60 ºC and 6.0, with a half-life of 8 h; while that for PGase were 40 ºC and 6.0, respectively. FTase was slightly inhibited in the presence of Ni²⁺, Mg²⁺ and urea; but PGase was more susceptible to divalent ions such as Ca²⁺, Mg²⁺ and Mn²⁺. The kinetic parameters (Km and Vmax) of FTase for the hydrolysis of β-(2→1) linkages from sucrose were 752.3 mM and 120.5 μmol.min⁻¹.mL⁻¹, respectively; whereas the same parameters for pectin hydrolysis by PGase were 13.0 mg.mL⁻¹ and 263 μmol.min-1.mL⁻¹, respectively. The purified FTase was able to transfer fructosyl residues from sucrose, synthesizing the corresponding chains of FOS. PGase was relatively stable at 40 ºC (t½ > 3 h), depolymerizing the pectin backbone while releasing the inulins from within the chicory roots. Analysis of various mixtures of FOS by mass spectrometry, HPLC and ¹H-NMR was undertaken. Results indicated that MS with electrospray ionization and ¹H-NMR are capable of providing relative quantitative data of the FOS present in the mixtures. The pharmaceutical effects of various sc-FOS (0.5%, v/v) and SCFA (0.3%, v/v) on certain bacterial enzymes (β-glucuronidase, urease and β-glucosidase) associated with the formation of carcinogens were also studied. These enzyme activities were not directly influenced by the sc-FOS, but were found to be remarkably decreased by SCFA, pointing toward the prebiotic effect of FOS in intestinal microflora modulation.

Lorsque la levure Saccharomyces cerevisiae pousse en aérobiose, la respiration est immédiatement réprimée après l’addition de glucose au milieu de culture. Ce phénomène est appellé ”l’effet Crabtree”. Il a été rapporté que l’inhibition du flux respiratoire est concomitant avec l’accumulation cytoplasmique des hexoses phosphates provenant de la glycolyse. Dans ce travail, la levure Saccharomyces cerevisiae a été utilisée pour chercher à identifier les événements regulatoires à court terme qui sont associés à l’effet Crabtree ainsi que le possible rôle des hexoses phosphates dans l’inhibition de la respiration. En utilisant des mitochondries isolées il a été trouvé que le glucose 6-phosphate et le fructose 6-phosphate stimulent le flux respiratoire. Cet effet est compensé par des niveaux physiologiques de fructose 1,6-biphosphate, lequel inhibe la respiration en absence des autres hexoses phosphates. Cet effet est aussi observé in situ puisqu’il est obtenu en utiisant des sphéroplastes perméabilisés de levure. La répression du flux respiratoire induite par le fructose 1,6-biphosphate est due à une inhibition de l’activité des complexes respiratoires III et IV. Les résultats suggérent que le fructose 1,6-biphosphate pourrait être un des inducteurs de l’effet Crabtree chez la levure. Il est également possible que aussi chez les cellules mammifières cet hexose phosphate puisse réguler le metabolisme des tumeurs, où l’effet Crabtree a aussi été observé. / When the yeast Saccharomyces cerevisiae grows aerobically, its respiration is immediately repressed when adding glucose to the culture media. This phenomenon has been termed ”the Crabtree effect”. It has been reported that the respiratory flux inhibition is concomitant with the cytoplasmic accumulation of the glycolysis-derived hexoses phosphates. In this work, S. cerevisiae was used to investigate the short-term regulatory events associated to the Crabtree effect and the role of the hexoses phosphates during the respiratory inhibition. Using yeast isolated mitochondria it was found that glucose 6-phosphate and fructose 6-phosphate stimulate the respiratory flux. This was counteracted by physiological concentrations of fructose 1,6-biphosphate, which also inhibits respiration in the absence of the other two hexoses phosphate. This occurs in situ, as the effect mediated by the fructose biphosphate was also observed in yeast permeabilized spheroplasts. The respiratory flux repression mediated by fructose 1,6-biphosphate is due to an inhibition of the activity of respiratory complexes III and IV. The results suggest that fructose 1,6-biphosphate could be one of the Crabtree effect inducers in yeast. In mammals, this hexose phosphate might regulate as well tumour cell metabolism, where the Crabtree effect has also been observed.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第21836号 / 農博第2349号 / 新制||農||1068(附属図書館) / 学位論文||H31||N5208(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻 / (主査)教授 加納 健司, 教授 三芳 秀人, 教授 三上 文三 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Several biological abnormalities exist between the ruminant and nonruminant small intestine and influences carbohydrate assimilation. Two experiments were conducted to identify potential mechanisms to improve carbohydrate utilization in cattle. Experiment 1 evaluated the effects of duodenal starch infusions with casein or glutamic acid on post-ruminal carbohydrase activities. Experiment 2 evaluated the effects of dietary fructose on visceral organ development and expression of nutrient transporters and digestive enzymes involved in carbohydrate assimilation. In experiment 1, the results suggest that small intestinal starch digestion may be improved in cattle with increased small intestinal flow of casein through increases in post-ruminal carbohydrase activities. In experiment 2, dietary fructose supply influenced nutrient utilization, visceral organ growth, and digestive enzyme mRNA expression and activity in neonatal calves.

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An important part of the drinks are simple carbohydrates, because this thesis focuses on this issue. The theoretical part describes the characteristics , production , metabolism and the use of simple carbohydrates such as glucose, fructose and sucrose. There is also the definition of drinks and their main divisions . The literature review is based on the experimental part of analyzing selected beverages by high performance liquid chromatography with refractometric detection coupled to columns or alkyl ion-exchange phases. In conclusion, the results were compared to determine and comment . Nowadays the emphasis is on the correct functioning of the digestive tract. An important factor that supports the intestinal microflora is a prebiotic carbohydrate - tagatosa This could become tagatosa whose properties , production, metabolism in the body and any use is also included in the search . In the experimental part is listed possible optimization analysis of samples containing tagatosy on both types of columns in the HPLC system. The result is again commented in conclusion.

.La consommation journalière de fructose est en augmentation croissante, jusqu'à plus de 50g par jour aux Etats-Unis et en Europe de l'Ouest. Le fructose est de plus en plus incorporé dans les boissons, les produits laitiers et les conserves, les produits cuisinés ou transformés. Le fructose peut déclencher ou aggraver les symptômes digestifs chez des volontaires sains, mais aussi dans le syndrome de l'intestin irritable. Le rôle de l'hypersensibilité viscérale dans le déclenchement des symptômes, lié à la prise de fructose a été suspecté mais n'a jamais été évalué. La prévalence de la malabsorption du fructose était mal documentée chez les patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, principalement en raison de l'hétérogénéité des méthodes diagnostiques. Le premier objectif de ce travail a été de définir, dans une population de patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, la prévalence de la malabsorption du fructose. Notre test de malabsorption du fructose a été défini par une dose de charge de 25g. Chez nos patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, 22% présentaient une malabsorption du fructose. Les patients jeunes et de sexe masculin étaient plus à risque de malabsorption du fructose. Nous avons également étudié l'association de la malabsorption du fructose avec d'autres anomalies physiopathologiques connues dans le syndrome de l'intestin irritable. Nous n'avons pas retrouvé d'association entre la présence d'une inflammation digestive et la présence ou non d'une malabsorption du fructose. En revanche, une association a été retrouvée entre malabsorption du fructose et hypersensibilité viscérale. L'efficacité du régime appauvri en fructose dans le syndrome de l'intestin irritable est connue. L'existence ou non d'une malabsorption du fructose associée pourrait être un facteur prédictif d'efficacité d'un tel régime. Le deuxième objectif de ce travail a été de déterminer si le test de dépistage de la malabsorption au fructose permettait de prédire l'efficacité du régime appauvri en fructose sur les symptômes digestifs des patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable. Les résultats de notre étude ont confirmé l'efficacité du régime appauvri en fructose dans le syndrome de l'intestin irritable. En revanche, la présence ou non d'un test respiratoire au fructose positif n'impactait pas l'efficacité du régime. Le dernier objectif de ce travail était de modéliser la malabsorption du fructose sur des modèles murins, pour permettre d'identifier les mécanismes physiopathologiques sous-jacents. La modélisation sur 3 modèles murins de malabsorption du fructose (par régime riche en fructose, par délétion des gènes codant les transporteurs du fructose GLUT5 et GUT2) permettait d'induire une hypersensibilité viscérale associée à une augmentation de la perméabilité intestinale, deux anomalies déjà rapportées dans le syndrome de l'intestin irritable. L'étude des mécanismes physiopathologiques sous-jacents a permis d'écarter l'implication d'une inflammation de bas grade qui n'était pas retrouvée chez nos souris. L'augmentation d'activité élastase dans les selles de souris avec malabsorption du fructose était associée à l'hypersensibilité viscérale. Or il a déjà été démontré que l'activité protéasique pouvait être responsable d'une hypersensibilité viscérale et d'une augmentation de la perméabilité intestinale. Les récepteurs associés à la protéase-2 sont connus pour être associés à l'hypersensibilité viscérale et l'augmentation de la perméabilité intestinale. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail soulignent le rôle de la malabsorption du fructose, qui entraine la survenue d'une hypersensibilité viscérale et d'une augmentation de la perméabilité intestinale, dans le syndrome de l'intestin irritable. Un régime appauvri en fructose n'améliore pas de manière ciblée les symptômes des patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable avec malabsorption du fructose. / Fructose intake has increased by up to 50 g per day in the USA and Western Europe. Fructose is increasingly incorporated in beverages, dairy products and canned, baked or processed foods worldwide. Fructose has been shown to trigger or worsen digestive symptoms not only in healthy volunteers, but also in patients with irritable bowel syndrome. The involvement of visceral hypersensitivity has been suspected but has never been assessed. The prevalence of fructose malabsorption in patients with irritable bowel syndrome in Western Europe remains poorly documented, due to the heterogeneity of available tests. Therefore, the first objective of this present work was to assess the prevalence of fructose malabsorption in patients with irritable bowel syndrome. We assessed fructose malabsorption with a fructose breath test, after a 25 g load. We systematically ruled out small intestinal bacterial overgrowth which could promote false positive. In our irritable bowel syndrome patients, 22% had fructose malabsorption. Young, male patients were more likely to have fructose malabsorption. We also assessed the association between fructose malabsorption and other abnormalities. We did not observe any association between low-grade inflammation (with faecal calprotectin dosage) or fructose malabsorption. In contrast, an association between fructose malabsorption and visceral hypersensitivity was evidenced. Low fructose diet is known to improve symptoms in patients with irritable bowel syndrome. The presence of fructose malabsorption could be predictive of the efficacy of a low fructose diet. The second objective of this work was to determine if an abnormal fructose breath test was a predictor of symptomatic response to low fructose diet in irritable bowel syndrome. Our study has confirmed the efficacy of low fructose diet on irritable bowel syndrome. However, the results of the fructose breath test had no impact on its efficacy. One explanation for this result could be the presence of other abnormalities (including visceral hypersensitivity) that were not addressed only with a diet. The last objective of this work was to model fructose malabsorption in mice, in order to identify the underlying mechanisms. We used three models of fructose malabsorption (high fructose diet, invalidation of GLUT5 and GLUT2 coding gene). In these models, fructose malabsorption induced visceral hypersensitivity and increased intestinal permeability, the two abnormalities being reported in irritable bowel syndrome. In our models, there was no low-grade inflammation. Increased elastase activity in mice faeces was associated with visceral hypersensitivity. Protease-activated receptor-2 is known to be associated with visceral hypersensitivity and increases intestinal permeability. Further works are warranted to determine the involvement of protease-activated receptor-2 in fructose malabsorption-associated visceral hypersensitivity. The results of this work underlined the role of fructose malabsorption in irritable bowel syndrome, in the onset of visceral hypersensitivity and increased intestinal permeability. A low fructose diet is not helpful to improve symptoms of irritable bowel syndrome with fructose malabsorption.

Mutationen im Gen der Aldolase B auf Chromosom 9 führen zur „hereditären“ Fructoseintoleranz (HFI), die nach einer längeren Fructoseexposition zu schweren Leber- und Nierenschäden bis hin zum völligen Versagen dieser Organe führen kann. Zum Ausschluß bzw. zur Bestätigung einer HFI werden seit ca. 20 Jahren hauptsächlich molekularbiologische Verfahren eingesetzt. Dabei zeigte es sich, dass wenige, regional unterschiedlich häufig vorkommende Mutationen (in Deutschland A149P und A174D) bei dem Großteil der Patienten für diese Erkrankung verantwortlich sind. Viele Laboratorien beschränken sich daher auf den Nachweis bzw. den Ausschluß dieser Mutationen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu zeigen, dass auch bei den Patienten mit der Verdachtsdiagnose „hereditäre Fruktoseintoleranz“, bei denen die häufig vorkommen-den Mutationen A149P und A174D nur auf einem oder auf keinem der zwei Allele nachweisbar waren, die Diagnose mit molekularbiologischen Methoden durch den Nachweis seltener oder bisher nicht beschriebener Mutationen gesichert werden kann. Untersucht wurden 8 Patienten aus 5 Familien mit dieser Verdachtsdiagnose. Dabei handelte sich um Patienten mit klinischen Symptomen und in einem Fall enzymatisch gesicherter Diagnose. In allen Fällen mit Ausnahme von Patient III3 (Genotyp A174T/Wildtyp) konnten zwei Mutationen im Aldolase B-Gen nachgewiesen werden. Von den insgesamt identifizierten 8 Mutationen waren 3 zum Zeitpunkt der Durchführung der experimentellen Arbeiten in der Fachliteratur noch nicht beschrieben und erhöhen die Zahl der bekannten Mutationen im Aldolase B – Gen auf insgesamt 45.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第19022号 / 農博第2100号 / 新制||農||1030(附属図書館) / 学位論文||H27||N4904(農学部図書室) / 31973 / 京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻 / (主査)教授 加納 健司, 教授 阪井 康能, 教授 小川 順 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第24109号 / 農博第2514号 / 新制||農||1093(附属図書館) / 学位論文||R4||N5400(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科応用生物科学専攻 / (主査)教授 佐藤 健司, 教授 菅原 達也, 准教授 木下 政人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM