정보

3.3: 효소 단계 - 생물학

3.3: 효소 단계 - 생물학


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

효소 단계에는 많은 참가자가 있습니다. 여기에는 이산화탄소, 수소가 포함된 수소 운반체(NADPH), ATP, 리불로스 바이포스페이트(RuBP 또는 (ce{C5})) 및 Rubisco와 일부 다른 효소가 포함됩니다. 모든 것은 엽록체의 기질(기질)에서 발생합니다.

효소 단계의 주요 이벤트는 (ce{CO2})와 (ce{C5})가 단명하는 (ce{C6}) 분자로 동화되는 것입니다. 동화에는 효소로 Rubisco가 필요합니다. 다음으로 이 임시 (ce{C6})는 두 개의 (ce{C3}) 분자(PGA)로 나뉩니다. 그런 다음 PGA는 NADPH와 ATP를 각각 수소와 에너지의 공급원으로 사용하는 복잡한 반응 세트에 참여합니다. (PGAL의 중간 단계를 통해) 동화된 (ce{CO2}) 분자 6개당 1분자의 포도당((ce{C6H12O6}))이 생성됩니다. NADP(^+), ADP 및 P(_i)는 라이트 단계로 돌아갑니다. 이 일련의 화학 반응은 새로운 동화 주기를 시작할 RuBP를 반환합니다. 결과적으로 이 단락에 설명된 모든 반응은 "Calvin 주기" 또는 "(C_3) 주기"라는 이름을 가진 주기의 일부입니다(여기서 C(_3) PGA 분자가 가장 중요하기 때문).

전체적으로 효소 단계는 (ce{CO2}), NADPH, ATP 및 (ce{C5})(RuBP)로 시작됩니다. 포도당((ce{C6})H(_{12})O(_6)), NADP+, ADP, P(_i) 및 동일한 (ce{C5 }). 질소와 인을 추가하면 포도당은 다른 모든 유기 분자를 생성합니다(그림 (PageIndex{3})).

요약하자면 광합성의 논리(그림 (PageIndex{4}))는 다음과 같은 간단한 아이디어를 기반으로 합니다. 이산화탄소로 설탕을 만들다. 문자 "g", "g", "u" 및 "a"가 있고 "sugar"라는 단어를 만들어야 한다고 상상해 보세요. 분명히 우리는 두 가지가 필요할 것입니다. 문자 "r"과 이 문자를 올바른 순서로 배치하는 에너지입니다. 광합성에서도 동일한 이야기가 발생합니다. 설탕은 H, O 및 C를 포함해야 하기 때문에 (ce{CO2})의 "부재자"인 수소(H)가 필요합니다. NADP(^+)/NADPH 수소 공급원으로 사용되며 에너지는 프로톤 펌프를 통해 생성되는 ATP이며, 빛이 저장소에 프로톤을 집중시키는 데 도움이 되기 때문에 프로톤 펌프가 시작됩니다.


듀라마이신에서 리시노알라닌의 기질 보조 효소 형성

듀라마이신은 포스파티딜에탄올아민에 결합하는 번역 후 심하게 변형된 펩티드입니다. 그것은 항생제, 바이러스 진입 억제제, 낭포성 섬유증 치료제, 종양 및 혈관 조영제로 조사되었습니다. 듀라마이신은 β-하이드록실화된 Asp(Hya)와 필수 리시노알라닌(Lal) 가교를 포함한 4개의 거대고리를 포함합니다. Lal 형성의 메커니즘은 알려져 있지 않습니다. 여기에서 우리는 Lal이 데하이드로알라닌에 Lys19를 추가하여 DurN에 의해 ​​입체적으로 설치되었음을 보여줍니다. DurN의 구조는 새로운 접힘을 가진 특이한 이합체를 나타냅니다. 놀랍게도 DurN에 결합된 듀라마이신의 구조에서 효소의 잔기는 Lal 가교 근처에 없다. 대신, 기질의 Hya15는 Lal과 상호작용을 하여 촉매 작용 동안 Lys19를 탈양성자화하는 염기로 작용함을 시사합니다. 생화학적 데이터는 DurN이 기질의 반응성 구조를 미리 조직화하여 기질의 Hya15가 Lal 형성을 위한 촉매 염기 역할을 할 수 있음을 시사합니다.


액세스 옵션

1년 동안 전체 저널 액세스 권한을 얻으십시오.

모든 가격은 NET 가격입니다.
VAT는 나중에 체크아웃 시 추가됩니다.
세금 계산은 체크아웃 시 완료됩니다.

ReadCube에서 시간 제한 또는 전체 기사 액세스 권한을 얻으십시오.

모든 가격은 NET 가격입니다.


내용물

조건 ω–3("오메가–3") 지방산 그리고 n-3 지방산 유기 명명법에서 파생됩니다. [2] [10] 불포화 지방산의 이름은 탄소 사슬에서 분자의 메틸 말단에 가장 가까운 이중 결합의 위치에 따라 결정됩니다. [10] 일반적인 용어로, N (또는 ω)는 분자의 메틸 말단 위치를 나타내는 반면, n–x (또는 ω–NS)는 가장 가까운 이중 결합의 위치를 ​​나타냅니다. 따라서 오메가에서특히 3개의 지방산에는 지방산 사슬의 메틸 말단에서 시작하여 탄소 3에 위치하는 이중 결합이 있습니다. 이 분류 체계는 대부분의 화학적 변화가 분자의 카르복실 말단에서 발생하는 반면 메틸기와 가장 가까운 이중 결합은 대부분의 화학 또는 효소 반응에서 변하지 않기 때문에 유용합니다.

표현에서 n–x 또는 ω–NS, 대시는 실제로는 마이너스 기호로 읽히지는 않지만 실제로는 마이너스 기호입니다. 또한, 상징 N (또는 ω)는 지방산 탄소 사슬의 카르복실 말단에서 세어 메틸 말단의 위치를 ​​나타낸다. 예를 들어, 18개의 탄소 원자를 가진 오메가-3 지방산(그림 참조)에서 메틸 말단은 카르복실 말단에서 18번 위치에 있습니다. N (또는 ω)는 숫자 18을 나타내며 표기법 n–3(또는 ω–3)은 뺄셈 18–3 = 15를 나타냅니다. 여기서 15는 메틸 말단에 가장 가까운 이중 결합의 위치이며, 사슬의 카르복실 말단. [10]

하지만 N 와 ω(오메가)는 동의어이며 IUPAC는 다음을 권장합니다. N 지방산의 가장 높은 탄소 수를 식별하는 데 사용됩니다. [10] 그럼에도 불구하고 더 일반적인 이름 - 오메가3 지방산 – 일반 매체와 과학 문헌 모두에서 사용됩니다.

예 편집

예를 들어, α-리놀렌산(ALA 그림)은 3개의 이중 결합을 갖는 18개의 탄소 사슬로, 첫 번째는 지방산 사슬의 메틸 말단에서 세 번째 탄소에 위치합니다. 그래서 오메가다.3 지방산. 사슬의 다른 쪽 끝, 즉 카르복실 말단에서 세어 보면 3개의 이중 결합이 탄소 9, 12 및 15에 있습니다. 이 3개의 위치는 일반적으로 Δ9c, Δ12c, Δ15c 또는 cisΔ 9 , cisΔ 12 로 표시됩니다. cisΔ 15 또는 cis-cis-cis-Δ 9,12,15 , 여기서 또는 시스 이중 결합이 있다는 것을 의미합니다. 시스 구성.

α-리놀렌산은 다중불포화(2개 이상의 이중 결합 포함)이며 지질 번호 18:3으로 표시됩니다. 이는 18개의 탄소 원자와 3개의 이중 결합이 있음을 의미합니다. [10]

보충과 모든 원인으로 인한 사망률의 낮은 위험 사이의 연관성은 결정적이지 않은 것으로 보입니다. [11] [8]

암 편집

해양 오메가-3 지방 섭취와 암 위험 감소를 연결하는 증거는 부족합니다. [1] [12] 유방암을 제외하고 [1] [13] [14] 오메가-3 지방산의 보충이 다양한 암에 영향을 미친다는 증거가 충분하지 않습니다. [7] [15] 전립선암에 대한 섭취의 효과는 확실하지 않습니다. [1] [14] DPA의 혈중 농도가 높을수록 위험이 감소하지만 EPA와 DHA가 결합된 혈중 농도가 높을수록 더 공격적인 전립선암의 위험이 증가할 수 있습니다. [16] 진행성 암과 악액질을 앓고 있는 사람들에게 오메가-3 지방산 보충제는 식욕, 체중 및 삶의 질을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. [17]

심혈관 질환

2020년 검토의 중간 수준 및 고품질 증거에 따르면 오메가-3 다중불포화 지방산 보충제에서 발견되는 것과 같은 EPA 및 DHA는 사망률이나 심혈관 건강을 개선하는 것으로 보이지 않습니다. [18] α-리놀렌산이 심혈관 사건의 위험이나 부정맥의 위험을 약간 감소시키는 것과 관련이 있을 수 있다는 약한 증거가 있습니다. [2] [18]

2018년 메타 분석에서는 관상 동맥 심장 질환의 병력이 있는 개인이 매일 1g의 오메가-3 지방산을 섭취하면 치명적인 관상 동맥 심장 질환, 비치명적 심근 경색 또는 기타 모든 혈관 질환을 예방할 수 있다는 근거가 없음을 발견했습니다. [8] 그러나 적어도 1년 동안 매일 1g 이상의 오메가-3 지방산을 보충하면 심혈관 질환의 병력이 있는 사람들의 심장사, 돌연사 및 심근 경색을 예방할 수 있습니다. [19] 이 집단에서 뇌졸중이나 모든 원인으로 인한 사망률에 대한 보호 효과가 나타나지 않았습니다. [19] 2018년 연구에 따르면 오메가-3 보충제는 특히 아프리카계 미국인 인구에서 생선을 정기적으로 먹지 않는 사람들의 심장 건강을 보호하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. [20] 장쇄 오메가-3 지방산을 함유한 생선이 많이 함유된 식단을 섭취하면 뇌졸중 위험이 감소하는 것으로 보입니다. 어유 보충제는 혈관 재생 또는 비정상적인 심장 박동에 도움이 되는 것으로 나타나지 않았으며 심부전 병원 입원률에 영향을 미치지 않습니다. [22] 게다가, 어유 보충제 연구는 심장마비나 뇌졸중을 예방한다는 주장을 뒷받침하지 못했습니다. [9] EU에서 에이코사펜타엔산의 에틸 에스테르와 도코사헥사엔산의 조합을 하루 1g으로 포함하는 오메가-3 지방산 의약품에 대한 유럽의약품청(European Medicines Agency)의 검토에서 이러한 의약품은 다음과 같은 경우 효과가 없다고 결론지었습니다. 심근경색이 있었던 환자에서 심장 문제의 이차 예방. [23]

증거에 따르면 오메가-3 지방산은 고혈압 환자와 정상 혈압 환자의 혈압(수축기 및 이완기)을 약간 낮춥니다. [24] [25] 오메가-3 지방산은 또한 새로운 위험 요소인 심장 박동수를 감소시킬 수 있습니다. 일부 증거에 따르면 정맥류와 같은 특정 순환 문제가 있는 사람들은 EPA와 DHA를 섭취하면 혈액 순환을 자극하고 혈액 응고 및 흉터 형성에 관여하는 단백질인 피브린의 분해를 증가시킬 수 있습니다. 오메가-3 지방산은 혈중 중성지방 수치를 낮추지만 혈중 LDL 콜레스테롤이나 HDL 콜레스테롤 수치는 크게 변화시키지 않습니다. [27] [28] 미국 심장 협회(American Heart Association)의 입장(2011)은 150-199mg/dL로 정의되는 경계선 상승된 트리글리세리드가 0.5-1.0g의 EPA 및 DHA로 낮출 수 있다는 것입니다. 1-2g/day 및 500mg/dL 초과의 dL은 처방 제품을 사용하여 의사의 감독하에 2-4g/day로 치료합니다. 이 인구집단에서 오메가-3 지방산 보충은 심장병의 위험을 약 25% 감소시킵니다. [30]

ALA는 EPA 및 DHA의 심혈관 건강상의 이점을 제공하지 않습니다. [31]

오메가-3 다중불포화 지방산이 뇌졸중에 미치는 영향은 불분명하며 여성에게 도움이 될 수 있습니다. [32]

염증 편집

2013년의 체계적인 검토에서는 건강한 성인과 대사 증후군의 바이오마커가 하나 이상 있는 사람들의 염증 수준을 낮추는 데 도움이 된다는 잠정적 증거를 발견했습니다. 해양 출처의 오메가-3 지방산 섭취는 C 반응성 단백질, 인터루킨 6 및 TNF 알파와 같은 염증의 혈액 마커를 낮춥니다. [34] [35]

류마티스 관절염의 경우 한 체계적인 검토에서 해양 n-3 PUFA가 "관절 부종 및 통증, 조조 강직 기간, 통증 및 질병 활동에 대한 전반적인 평가"와 같은 증상에 대한 효과에 대한 일관되지만 겸손한 증거를 발견했습니다. 비스테로이드성 소염진통제. [36] American College of Rheumatology는 어유를 사용하면 약간의 이점이 있을 수 있지만 효과가 나타나기까지는 몇 달이 걸릴 수 있으며 위장 부작용 가능성과 수은을 함유한 보충제의 가능성에 대해 주의한다고 밝혔습니다. 또는 독성 수준의 비타민 A. [37] 국립 보완 통합 건강 센터(National Center for Complementary and Integrative Health)는 "오메가-3 지방산을 함유한 보충제가 류마티스 관절염 증상을 완화하는 데 도움이 될 수 있다"고 결론을 내리고 그러한 보충제가 "혈액 응고에 영향을 미치는 약물과 상호 작용할 수 있다"고 경고합니다. [38]

발달 장애

주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 자폐증 및 기타 발달 장애에 대한 1차 치료제로서 현재의 과학적 증거에 의해 뒷받침되지는 않지만, [39] [40] 오메가-3 지방산 보충제는 이러한 상태를 가진 어린이에게 제공되고 있습니다. [39]

한 메타 분석은 오메가-3 지방산 보충이 ADHD 증상을 개선하는 데 약간의 효과를 보였다고 결론지었습니다. [41] PUFA(오메가-3일 필요는 없음) 보충제에 대한 Cochrane 리뷰에서는 "PUFA 보충제가 어린이와 청소년의 ADHD 증상에 이점을 제공한다는 증거가 거의 없다"고 밝혔지만, [42] 다른 리뷰에서는 "증거 불충분 특정 학습 장애가 있는 어린이를 위한 PUFA 사용에 대한 결론을 도출하기 위해". [43] 또 다른 검토에서는 행동과 ADHD 및 우울증과 같은 비신경퇴행성 신경정신병 장애에 오메가-3 지방산을 사용하는 것에 대한 증거가 결정적이지 않다고 결론지었습니다. [44]

어유는 조산의 위험에 대해 약간의 이점만 있습니다. [45] [46] 임신 중 오메가-3 보충의 효과에 대한 2015년 메타 분석에서는 이전에 조산이 없는 단태 임신을 한 여성의 조산율이 감소하거나 결과가 개선되지 않았습니다. [47] 2018년 Cochrane의 체계적인 검토에 따르면 중간 수준에서 높은 수준의 증거가 있으며 오메가-3 지방산이 주산기 사망 위험, 저체중 아기 및 LGA 아기가 약간 증가할 수 있는 위험을 줄일 수 있다고 제안했습니다. [48] ​​그러나 호주에서 실시된 2019년 임상 시험에서는 조산율이 유의하게 감소하지 않았으며, 조산율이 대조군보다 더 높지 않은 것으로 나타났습니다. [49]

정신 건강

오메가-3 지방산은 정신 건강, [50] 특히 현재 위약과 비교하여 치료 효능을 보여주는 대규모 메타 분석이 있는 우울증과 관련이 있다는 증거가 있습니다. [51] 폴리페놀과 결합된 오메가-3에 의해 협박을 받는 쥐의 뇌 화학에 긍정적인 변화를 보여주는 연구가 있었습니다. [52] 이러한 데이터는 최근 우울증 치료에 오메가-3 지방산을 사용하는 것에 관한 국제 임상 지침을 도출했습니다. [53] 오메가-3와 우울증 사이의 연관성은 오메가-3 합성 경로의 많은 산물이 우울증과 관련된 염증(예: 프로스타글란딘 E3)을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 사실에 기인합니다. 염증 조절에 대한 이러한 연결은 생체 내 연구와 메타 분석 모두에서 지원되었습니다. [33] 오메가-3 지방산은 양극성 장애와 관련된 우울증 치료를 위한 추가 성분으로 조사되었습니다. [55] 그러나 EPA 보충으로 인한 상당한 이점은 오메가-3와 우울한 기분 사이의 연관성을 암시하는 조증 증상이 아닌 우울 증상을 치료할 때만 나타났습니다. [55]

식이보충 연구와는 대조적으로, 참가자 회상 및 식이의 체계적인 차이로 인해 오메가-3 지방산(예: 생선)의 식이 섭취에 관한 문헌을 해석하는 데 상당한 어려움이 있습니다. [56] 또한 오메가-3의 효능에 대한 논란이 있는데, 많은 메타 분석 논문에서 대부분 출판 편향으로 설명할 수 있는 결과 간의 이질성을 발견했습니다. [57] [58] 더 짧은 치료 시험 사이의 유의미한 상관관계는 우울증 증상을 치료하기 위한 오메가-3 효능 증가와 관련되어 출판의 편향을 더 내포하고 있습니다. [58] 한 리뷰에서는 "특정 개입의 이점에 대한 증거가 결정적이지는 않지만 이러한 결과는 정신병으로의 전환을 지연시키거나 예방하는 것이 가능할 수 있음을 시사합니다."라고 밝혔습니다. [59]

비알코올성 지방간 질환(NAFLD)

오메가-3 지방산은 NAFLD 쥐 모델에서 관련 소포체 스트레스 및 간 지방형성을 개선함으로써 NAFLD에 유익한 효과가 있는 것으로 보고되었습니다. 오메가-3 지방산은 혈당, 중성지방, 총 콜레스테롤 및 간 지방 축적을 감소시켰습니다. 또한 간 지방 생성 유전자 ChREBP 외에 NAFLD 관련 ER 스트레스 마커 CHOP, XBP-1, GRP78을 감소시켰습니다. [60]

인지 노화

역학 연구는 오메가-3 지방산이 알츠하이머병의 기전에 미치는 영향에 대해 결정적이지 않습니다. 경미한 인지 문제에 대한 효과에 대한 예비 증거가 있지만 건강한 사람이나 치매가 있는 사람에 대한 효과를 뒷받침하는 증거는 없습니다. [62] [63] [64]

뇌와 시각 기능

뇌 기능과 시력은 특히 막이 풍부한 회백질에서 광범위한 세포막 특성을 지원하기 위해 DHA의 식이 섭취에 의존합니다. [65] [66] 포유동물 뇌의 주요 구조 성분인 DHA는 뇌에서 가장 풍부한 오메가-3 지방산이며, [67] [68] 뇌는 60%가 지방산이고, 그 중 84%는 오메가-3 지방산입니다. 3, 2% 미만의 오메가-6. 신경발달, 인지 및 신경퇴행성 장애에 역할을 하는 후보 필수 영양소로 연구 중이다. [65]

아토피 질환

아토피성 질환(알레르기성 비결막염, 아토피성 피부염, 알레르기성 천식)의 예방 및 치료에서 LCPUFA 보충과 LCPUFA 상태의 역할을 조사한 연구 결과에 대해서는 논란의 여지가 있어 현 단계(2013년 기준)에서 단정할 수 없다. n-3 지방산의 영양 섭취가 명확한 예방 또는 치료 역할을 하거나 n-6 지방산의 섭취가 아토피 질환의 맥락에서 촉진 역할을 한다는 것입니다. [70]

결핍의 위험

PKU를 가진 사람들은 오메가-3 지방산이 풍부한 영양소가 높은 단백질 함량으로 인해 식단에서 제외되기 때문에 종종 오메가-3 지방산 섭취량이 적습니다. [71]

천식 편집

2015년 현재, 오메가-3 보충제를 복용하는 것이 어린이의 천식 발작을 예방할 수 있다는 증거는 없습니다. [72]

오메가-3 지방산은 다중 이중 결합을 가진 지방산으로, 첫 번째 이중 결합은 탄소 원자 사슬의 끝에서 세 번째와 네 번째 탄소 원자 사이에 있습니다. "단쇄" 오메가-3 지방산은 18개 이하의 탄소 원자 사슬을 갖는 반면 "장쇄" 오메가-3 지방산은 20개 이상의 사슬을 가지고 있습니다.

3가지 오메가-3 지방산은 인체 생리학에서 중요한 역할을 하는 α-리놀렌산(18:3, N-3 ALA), 에이코사펜타엔산(20:5, N-3 EPA) 및 도코사헥사엔산(22:6, N-3 DHA). 이들 3개의 다중불포화체는 각각 18, 20 또는 22개의 탄소 원자의 탄소 사슬에 3, 5 또는 6개의 이중 결합을 갖는다. 대부분의 자연적으로 생성된 지방산과 마찬가지로 모든 이중 결합은 시스-배열 즉, 두 개의 수소 원자는 이중 결합의 같은 쪽에 있고 이중 결합은 메틸렌 다리(-CH
2 -) 인접한 이중 결합의 각 쌍 사이에는 두 개의 단일 결합이 있습니다.

오메가-3 지방산 목록

이 표는 자연에서 발견되는 가장 흔한 오메가-3 지방산에 대한 몇 가지 다른 이름을 나열합니다.

일반 이름 지질 수 화학명
헥사데카트리엔산(HTA) 16:3 (N-3) 모두-시스-7,10,13-헥사데카트리엔산
α-리놀렌산(ALA) 18:3 (N-3) 모두-시스-9,12,15-옥타데카트리엔산
스테아리돈산(SDA) 18:4 (N-3) 모두-시스-6,9,12,15-옥타데카테트라엔산
에이코사트리엔산(ETE) 20:3 (N-3) 모두-시스-11,14,17-에이코사트리엔산
에이코사테트라엔산(ETA) 20:4 (N-3) 모두-시스-8,11,14,17-에이코사테트라엔산
에이코사펜타엔산(EPA) 20:5 (N-3) 모두-시스-5,8,11,14,17-에이코사펜타엔산
헤네이코사펜타엔산(HPA) 21:5 (N-3) 모든 시스-6,9,12,15,18-헤네이코사펜타엔산
도코사펜타엔산(DPA),
클루파노돈산
22:5 (N-3) 모두-시스-7,10,13,16,19-도코사펜타엔산
도코사헥사엔산(DHA) 22:6 (N-3) 모두-시스-4,7,10,13,16,19-도코사헥사엔산
테트라코사펜타엔산 24:5 (N-3) 모두-시스-9,12,15,18,21-테트라코사펜타엔산
테트라코사헥사엔산(니신산) 24:6 (N-3) 모두-시스-6,9,12,15,18,21-테트라코사헥사엔산

오메가-3 지방산은 트리글리세리드와 인지질의 두 가지 형태로 자연적으로 발생합니다. 트리글리세리드에서는 다른 지방산과 함께 글리세롤에 3개의 지방산이 결합되어 있습니다. 인지질 오메가-3는 글리세롤을 통해 인산기에 부착된 두 개의 지방산으로 구성됩니다.

트리글리세리드는 유리 지방산이나 메틸 또는 에틸 에스테르로 전환될 수 있으며 오메가-3 지방산의 개별 에스테르를 사용할 수 있습니다. [ 설명 필요 ]

트랜스포터

리소포스파티딜콜린 형태의 DHA는 혈액-뇌 장벽의 내피에서만 발현되는 막 수송 단백질인 MFSD2A에 의해 뇌로 수송됩니다. [74] [75]

'필수' 지방산은 연구자들이 어린이와 동물의 정상적인 성장에 필수적이라는 것을 발견했을 때 이름이 주어졌습니다. 도코사헥사엔산으로도 알려진 오메가-3 지방산 DHA는 인간의 뇌에서 매우 풍부하게 발견됩니다. 불포화 과정에 의해 생성되지만 인간에게는 ω에 이중 결합을 삽입하는 역할을 하는 불포화 효소가 부족하다.6 그리고 ω3 위치. 따라서 ω6 그리고 ω3 고도불포화지방산은 합성이 되지 않아 필수지방산이라 불리는데 반드시 음식을 통해 섭취해야 합니다. [76]

1964년에 양 조직에서 발견되는 효소가 오메가-6 아라키돈산을 염증제인 프로스타글란딘 E로 전환한다는 것이 발견되었습니다.2, [77] 외상을 입고 감염된 조직의 면역 반응에 관여합니다. 1979년까지 트롬복산, 프로스타사이클린 및 류코트리엔을 포함한 에이코사노이드가 추가로 확인되었습니다. 에이코사노이드는 일반적으로 지방산 합성으로 시작하여 효소에 의한 대사로 끝나는 체내에서 짧은 기간의 활동을 합니다. 합성 속도가 신진 대사 속도를 초과하면 과도한 에이코사노이드가 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. [78] 연구원들은 특정 오메가-3 지방산도 에이코사노이드와 도코사노이드로 전환되지만 [79] 더 느린 속도로 전환된다는 사실을 발견했습니다. 오메가-3와 오메가-6 지방산이 모두 존재하는 경우 변형되기 위해 "경쟁"하므로 [78] 장쇄 오메가-3:오메가-6 지방산의 비율은 에이코사노이드 유형에 직접적인 영향을 미칩니다. 생산. [78]

상호 전환 편집

ALA에서 EPA 및 DHA로의 변환 효율 편집

인간은 단쇄 오메가-3 지방산을 5% 미만의 효율로 장쇄 형태(EPA, DHA)로 전환할 수 있습니다. [80] [81] 오메가-3 전환 효율은 남성보다 여성에서 더 높지만 덜 연구되었습니다. 여성의 혈장 인지질에서 발견되는 더 높은 ALA 및 DHA 값은 불포화효소, 특히 델타-6-불포화효소의 활성이 더 높기 때문일 수 있습니다. [83]

이러한 전환은 리놀레산에서 파생되는 본질적으로 밀접하게 관련된 화학적 유사체인 오메가-6 지방산과 경쟁적으로 발생합니다. 둘 다 염증 조절 단백질을 합성하기 위해 동일한 불포화 효소 및 연장 효소 단백질을 사용합니다. [54] 두 경로의 산물은 개인의 건강에 중요한 오메가-3와 오메가-6의 균형 잡힌 식단을 만드는 성장에 필수적입니다. 단백질이 두 경로를 충분히 합성할 수 있도록 1:1의 균형 잡힌 섭취 비율이 이상적이라고 여겨졌으나 최근 연구에서 논란이 되고 있다. [85]

인간에서 ALA가 EPA로, 나아가 DHA로의 전환은 제한적인 것으로 보고되었지만 개인에 따라 다릅니다. [2] [86] 여성은 남성보다 ALA에서 DHA로의 전환 효율이 더 높으며, 이는 [87] 베타 산화를 위한 식이 ALA 사용 비율이 낮기 때문인 것으로 추정됩니다. 한 예비 연구에서는 식이성 리놀레산의 양을 줄이면 EPA를 증가시킬 수 있고 식이성 ALA의 섭취량을 높이면 DHA를 증가시킬 수 있음을 보여주었습니다. [88]

오메가-6 대 오메가-3 비율

인간의 식단은 최근 수세기 동안 빠르게 변화하여 오메가-3에 비해 오메가-6의 식단이 증가했다고 보고되었습니다. [89] 신석기 시대 농업혁명과 같이 오메가-3와 오메가-6의 비율이 1:1인 식단에서 벗어나 급속한 진화는 인간이 오메가-3의 균형을 유지하는 데 능숙한 생물학적 프로필에 적응하기에는 너무 빨랐던 것 같습니다. 3 및 1:1의 오메가-6 비율. 이것은 현대식이 요법이 많은 염증성 질환과 관련이 있는 이유라고 일반적으로 믿어지고 있습니다. 오메가-3 다중불포화 지방산은 인간의 심장병 예방에 도움이 될 수 있지만 오메가-6 다중불포화 지방산의 수준(따라서 비율)은 중요하지 않습니다. [85] [91]

오메가-6과 오메가-3 지방산은 모두 필수 요소입니다. 인간은 반드시 식단에서 섭취해야 합니다. 오메가-6와 오메가-3 18탄소 고도불포화지방산은 동일한 대사효소에 대해 경쟁하므로 섭취한 지방산의 오메가-6:오메가-3 비율은 특히 프로스타글란딘, 류코트리엔 및 트롬복산을 포함하는 신체의 염증 및 항상성 과정에 밀접하게 관련된 호르몬. 이 비율을 변경하면 신체의 대사 및 염증 상태를 변경할 수 있습니다. [15] 일반적으로 목초를 먹인 동물은 상대적으로 더 많은 오메가-6를 축적하는 곡물을 먹인 동물보다 더 많은 오메가-3를 축적합니다. 오메가-6의 대사산물은 오메가-3의 대사산물보다 염증(특히 아라키돈산)이 더 많습니다. 따라서 일부 저자에 따르면 오메가-6과 오메가-3는 1:1에서 1:4 사이의 균형 잡힌 비율의 건강한 오메가-6:오메가-3로 섭취되어야 합니다. [93] 다른 저자들은 4:1(오메가-3보다 오메가-6의 4배) 비율이 이미 건강에 좋다고 믿습니다. [94] [95] 연구에 따르면 사냥감 동물, 해산물 및 기타 오메가-3 공급원이 풍부한 진화적 인간 식단이 그러한 비율을 제공했을 수 있습니다. [96] [97]

전형적인 서양식 식단은 10:1에서 30:1 사이의 비율을 제공합니다(즉, 오메가-3보다 오메가-6 수치가 극적으로 높음). [98] 일부 일반적인 식물성 기름에서 오메가-6 대 오메가-3 지방산의 비율은 다음과 같습니다. 카놀라 2:1, 대마 2–3:1, [99] 대두 7:1, 올리브 3–13:1, 해바라기 (오메가-3 없음), 아마 1:3, [100] 면실(오메가-3 거의 없음), 땅콩(오메가-3 없음), 포도씨 오일(오메가-3 거의 없음) 및 옥수수 기름 46:1. [101]

오메가-3 지방산은 1930년대부터 정상적인 성장과 건강에 필수적인 것으로 알려졌지만, 1980년대 이후로 오메가-3 지방산의 건강상의 이점에 대한 인식이 급격히 높아졌습니다. [102] [103]

2004년 9월 8일, 미국 식품의약국(FDA)은 EPA 및 DHA 오메가-3 지방산에 "적격 건강 강조표시" 상태를 부여하면서 "지지하지만 결정적이지는 않은 연구에 따르면 EPA 및 DHA[오메가-3] 산은 관상 동맥 심장 질환의 위험을 줄일 수 있습니다." [104] 이것은 2001년 건강 위험 조언 서한을 업데이트하고 수정했습니다(아래 참조).

캐나다 식품 검사청(Canadian Food Inspection Agency)은 DHA 오메가-3의 중요성을 인식하고 DHA에 대해 다음과 같은 주장을 허용합니다. 나이." [105]

역사적으로 전체 식품 식단에는 충분한 양의 오메가-3가 포함되어 있었지만 오메가-3는 쉽게 산화되기 때문에 상온에 보관할 수 있는 가공 식품의 경향으로 인해 가공 식품에서 오메가-3가 결핍되었습니다. [106]

3oz(85g) 1회 제공량당 오메가-3 그램 [107]
일반 이름 그램 오메가-3
청어, 정어리 1.3–2
고등어: 스페인/대서양/태평양 1.1–1.7
연어 1.1–1.9
넙치 0.60–1.12
참치 0.21–1.1
황새치 0.97
녹각홍합/입홍합 0.95 [108]
타일피쉬 0.9
참치(통조림, 라이트) 0.17–0.24
대구 무리 0.45
대구 0.15–0.24
메기 0.22–0.3
가자미 0.48
그루퍼 0.23
마히마히 0.13
도미 0.29
상어 0.83
고등어 0.36
호키(청색 척탄병) 0.41 [108]
보석 물고기 0.40 [108]
파란 눈 대구 0.31 [108]
시드니 바위 굴 0.30 [108]
참치, 통조림 0.23 [108]
도미 0.22 [108]
계란, 라지 레귤러 0.109 [108]
딸기 또는 키위 0.10–0.20
브로콜리 0.10–0.20
바라문디, 바닷물 0.100 [108]
자이언트 타이거 새우 0.100 [108]
살코기 살코기 0.031 [108]
칠면조 0.030 [108]
우유, 일반 0.00 [108]

식이 권장 사항

미국 의학 연구소(Institute of Medicine)는 개별 영양소에 대한 권장 식이 허용량(RDA)과 지방과 같은 특정 영양소 그룹에 대한 허용 다량 영양소 분포 범위(AMDR)를 포함하는 식이 참조 섭취 시스템을 게시합니다. RDA를 결정하기 위한 증거가 충분하지 않은 경우 기관은 의미가 비슷하지만 확실하지 않은 적절한 섭취량(AI)을 대신 게시할 수 있습니다. α-리놀렌산의 AI는 남성의 경우 1.6g/일, 여성의 경우 1.1g/일인 반면 AMDR은 총 에너지의 0.6~1.2%입니다. EPA와 DHA의 생리학적 효능은 ALA보다 훨씬 크기 때문에 모든 오메가-3 지방산에 대해 하나의 AMDR을 추정하는 것은 불가능합니다. AMDR의 약 10%는 EPA 및/또는 DHA로 소비될 수 있습니다. [109] 의학 연구소는 EPA, DHA 또는 조합에 대한 RDA 또는 AI를 설정하지 않았으므로 일일 가치(DV는 RDA에서 파생됨)가 없으며 이러한 지방의 DV 백분율을 제공하는 식품 또는 보충제의 라벨이 없습니다. 1회 제공량당 산, 우수한 공급원으로 식품 또는 보충제에 라벨 없음, 또는 "높음" [ 인용 필요 ] 안전성과 관련하여 2005년 현재 오메가-3 지방산에 대한 허용 상한선을 설정하는 증거가 충분하지 않습니다. [109] FDA는 성인이 하루에 총 3g의 복합 DHA를 안전하게 섭취할 수 있다고 권고했지만 [109] 및 EPA, 식이 보조제에서 2g 이하. [1]

미국 심장 협회(AHA)는 심혈관 이점 때문에 EPA와 DHA에 대한 권장 사항을 제시했습니다. 관상 심장 질환이나 심근 경색의 병력이 없는 사람은 기름진 생선을 일주일에 2번 섭취해야 하며 진단을 받은 사람들에게는 "치료가 합리적입니다" 관상 동맥 심장 질환. 후자의 경우 AHA는 특정 양의 EPA + DHA를 권장하지 않지만 대부분의 시험은 1000mg/day에 가깝거나 가깝습니다. 이익은 상대 위험도에서 9% 정도 감소한 것으로 보입니다. [110] 유럽 식품 안전청(EFSA)은 최소 250mg의 EPA + DHA를 함유한 제품에 대해 "EPA와 DHA가 심장의 정상적인 기능에 기여한다"는 주장을 승인했습니다. 이 보고서는 기존 심장 질환이 있는 사람들의 문제를 다루지 않았습니다. 세계 보건 기구는 관상 동맥 심장 질환 및 허혈성 뇌졸중을 예방하기 위해 정기적인 생선 섭취(일주일에 1-2회, EPA + DHA 200-500mg에 해당)를 권장합니다.

오염 편집

중금속(수은, 납, 니켈, 비소 및 카드뮴)이 기름에 축적되지 않고 생선 살에 있는 단백질과 선택적으로 결합하기 때문에 어유 보충제 섭취로 인한 중금속 중독은 거의 발생하지 않습니다. [111] [112]

그러나 특히 덜 정제된 어유 보충제에서 다른 오염 물질(PCB, 푸란, 다이옥신 및 PBDE)이 발견될 수 있습니다. [113]

역사를 통틀어 책임 있는 영양 위원회와 세계 보건 기구는 어유의 오염 물질에 관한 허용 기준을 발표했습니다. 가장 엄격한 현재 표준은 국제 어유 표준입니다. [114] [ 기본 소스가 아닌 필요 ] 진공 상태에서 분자 증류되는 어유는 일반적으로 이 최고 등급의 오염 물질을 생성합니다. [ 인용 필요 ] [115]

물고기 편집

EPA 및 DHA의 가장 널리 이용 가능한 식이 공급원은 연어, 청어, 고등어, 멸치, 멘헤이든 및 정어리와 같은 기름진 생선입니다. 이 생선의 기름은 오메가-6보다 약 7배 많은 오메가-3의 프로필을 가지고 있습니다. 참치와 같은 다른 기름진 생선에도 함유되어 있습니다. N-3 다소 적은 양. 기름기 많은 생선 소비자는 먹이 사슬에 축적되는 것으로 알려진 PCB 및 다이옥신과 같은 중금속 및 지용성 오염 물질의 잠재적인 존재를 인식해야 합니다. 광범위한 검토 후 하버드 공중 보건 대학의 연구원들은 미국 의학 협회 저널 (2006) [116]은 일반적으로 어류 섭취의 이점이 잠재적인 위험을 훨씬 능가한다고 보고했습니다. 어류는 오메가-3 지방산의 식이 공급원이지만 어류는 이를 합성하지 않으며 식단의 조류(특히 미세조류) 또는 플랑크톤에서 얻습니다. 양식 어류의 경우 오메가-3 지방산은 어유를 통해 공급된다. 2009년 기준으로 전 세계 어유 생산량의 81%가 양식업에 사용된다. [118]

생선 기름

해양 및 민물 어유는 아라키돈산, EPA 및 DHA 함량이 다릅니다. 그들은 또한 기관 지질에 미치는 영향이 다릅니다. [119]

모든 형태의 어유가 똑같이 소화되는 것은 아닙니다. Of four studies that compare bioavailability of the glyceryl ester form of fish oil vs. the ethyl ester form, two have concluded the natural glyceryl ester form is better, and the other two studies did not find a significant difference. No studies have shown the ethyl ester form to be superior, although it is cheaper to manufacture. [120] [121]

Krill Edit

Krill oil is a source of omega−3 fatty acids. [122] The effect of krill oil, at a lower dose of EPA + DHA (62.8%), was demonstrated to be similar to that of fish oil on blood lipid levels and markers of inflammation in healthy humans. [123] While not an endangered species, krill are a mainstay of the diets of many ocean-based species including whales, causing environmental and scientific concerns about their sustainability. [124] [125] [126] Preliminary studies appear to indicate that the DHA and EPA omega-3 fatty acids found in krill oil may be more bio-available than in fish oil. [127] Additionally, krill oil contains astaxanthin, a marine-source keto-carotenoid antioxidant that may act synergistically with EPA and DHA. [128] [129] [130] [131] [9]

Plant sources Edit

1 번 테이블. ALA content as the percentage of the seed oil. [132]

일반 이름 Alternative name Linnaean name % ALA
kiwifruit (fruit) Chinese gooseberry Actinidia deliciosa 63 [133]
perilla shiso Perilla frutescens 61
chia chia sage Salvia hispanica 58
linseed flax Linum usitatissimum 53 [89] – 59 [134]
lingonberry cowberry Vaccinium vitis-idaea 49
무화과 common fig 무화과나무 47.7 [135]
camelina gold-of-pleasure 카멜리나 사티바 36
purslane portulaca Portulaca oleracea 35
black raspberry Rubus occidentalis 33
hempseed 대마초 사티바 19
canola rapeseed 주로 브라시카 나푸스 9 [89] – 11

표 2. ALA content as the percentage of the whole food. [89] [136]

일반 이름 Linnaean name % ALA
linseed Linum usitatissimum 18.1
hempseed 대마초 사티바 8.7
버터넛 주글란 시네레아 8.7
Persian walnut Juglans regia 6.3
pecan Carya illinoinensis 0.6
hazelnut 코릴러스 아벨라나 0.1

Linseed (or flaxseed) (Linum usitatissimum) and its oil are perhaps the most widely available botanical source of the omega−3 fatty acid ALA. Flaxseed oil consists of approximately 55% ALA, which makes it six times richer than most fish oils in omega−3 fatty acids. [137] A portion of this is converted by the body to EPA and DHA, though the actual converted percentage may differ between men and women. [138]

In 2013 Rothamsted Research in the UK reported they had developed a genetically modified form of the plant Camelina that produced EPA and DHA. Oil from the seeds of this plant contained on average 11% EPA and 8% DHA in one development and 24% EPA in another. [139] [140]

계란 편집

Eggs produced by hens fed a diet of greens and insects contain higher levels of omega−3 fatty acids than those produced by chickens fed corn or soybeans. [141] In addition to feeding chickens insects and greens, fish oils may be added to their diets to increase the omega−3 fatty acid concentrations in eggs. [142]

The addition of flax and canola seeds to the diets of chickens, both good sources of alpha-linolenic acid, increases the omega−3 content of the eggs, predominantly DHA. [143]

The addition of green algae or seaweed to the diets boosts the content of DHA and EPA, which are the forms of omega−3 approved by the FDA for medical claims. A common consumer complaint is "Omega−3 eggs can sometimes have a fishy taste if the hens are fed marine oils". [144]

Meat Edit

Omega−3 fatty acids are formed in the chloroplasts of green leaves and algae. While seaweeds and algae are the sources of omega−3 fatty acids present in fish, grass is the source of omega−3 fatty acids present in grass-fed animals. [145] When cattle are taken off omega−3 fatty acid-rich grass and shipped to a feedlot to be fattened on omega−3 fatty acid deficient grain, they begin losing their store of this beneficial fat. Each day that an animal spends in the feedlot, the amount of omega−3 fatty acids in its meat is diminished. [146]

The omega−6:omega−3 ratio of grass-fed beef is about 2:1, making it a more useful source of omega−3 than grain-fed beef, which usually has a ratio of 4:1. [92]

In a 2009 joint study by the USDA and researchers at Clemson University in South Carolina, grass-fed beef was compared with grain-finished beef. The researchers found that grass-finished beef is higher in moisture content, 42.5% lower total lipid content, 54% lower in total fatty acids, 54% higher in beta-carotene, 288% higher in vitamin E (alpha-tocopherol), higher in the B-vitamins thiamin and riboflavin, higher in the minerals calcium, magnesium, and potassium, 193% higher in total omega−3s, 117% higher in CLA (cis-9, trans-11 octadecenoic acid, a conjugated linoleic acid, which is a potential cancer fighter), 90% higher in vaccenic acid (which can be transformed into CLA), lower in the saturated fats, and has a healthier ratio of omega−6 to omega−3 fatty acids (1.65 vs 4.84). Protein and cholesterol content were equal. [92]

The omega−3 content of chicken meat may be enhanced by increasing the animals' dietary intake of grains high in omega−3, such as flax, chia, and canola. [147]

Kangaroo meat is also a source of omega−3, with fillet and steak containing 74 mg per 100 g of raw meat. [148]

Seal oil Edit

Seal oil is a source of EPA, DPA, and DHA. According to Health Canada, it helps to support the development of the brain, eyes, and nerves in children up to 12 years of age. [149] Like all seal products, it is not allowed to be imported into the European Union. [150]

Other sources Edit

A trend in the early 21st century was to fortify food with omega−3 fatty acids. [151] [152] The microalgae Crypthecodinium cohnii 그리고 Schizochytrium are rich sources of DHA, but not EPA, and can be produced commercially in bioreactors for use as food additives. [151] Oil from brown algae (kelp) is a source of EPA. [153] The alga Nannochloropsis also has high levels of EPA. [154]


결과

Retrieval rate of isolated follicles

In experiments total of 1477 follicles were isolated from fresh and frozen OCFs (169 follicles were isolated from 6 fresh and 1308 follicles were isolated from 22 cryopreserved OCFs). From fresh biopsies, 122 follicles were recovered using TDE and 46 follicles were recovered using Liberase TM. From frozen biopsies, 868 follicles were recovered using TDE and 440 follicles using Liberase TM (NS < 0.05) (Table 1). It was established that the retrieval rate of follicles from the biopsies of patients 22–39 years old has a strong negative (NS = − 0.6) correlation with age. However, the relationship between the patient age and number of follicles per 1 mm 3 had no correlation (NS = 0.06). The correlation between the volume of biopsies and number of retrieved follicles is a moderate positive (NS = 0.3). The same moderate correlation (NS = 0.4) was found between the volume of biopsies and number of follicles per 1 mm 3 . The correlation between the weight of biopsies and number of retrieved follicles was very weak (NS = 0.1). However, between the weight of biopsies and number of follicles per 1 mm 3 , medium correlation (NS = 0.) was found. Between the age of patient and volume of biopsies or weight of biopsies, the same very weak correlation (NS = 0.1 and NS = 0.2, respectively) was observed. However, the relationship between the weight of biopsies and its volume has a strong positive correlation (NS = 1) (Table 1).

Quantity and morphology of isolated follicles

As shown in Fig. 3a the most of follicles in Group 1 are fully isolated (NS < 0.01).

Typical view of follicle suspension after enzymatic digestion. NS follicles isolated from frozen ovarian cortex with TDE-enzyme cocktail NS follicles isolated from frozen ovarian cortex with Liberase TM. The black arrows show the clustered and partially isolated from incompletely digested stroma follicles. Bar = 50 μm

Compared to digestion with TDE, the digestion with Liberase TM (Fig. 3b) has resulted in incomplete tissue digestion (black arrows). Extruded oocytes were found in both treatment groups, but it was extremely rare (< 3%). Note that apart from the good three-dimensional structure, the general morphology of isolated follicles was well maintained independently from the type of enzymatic treatment. After evaluation of isolated follicles under an inverted microscope, it was noted their normal spherical form with mostly one layer of granulosa cells around the oocyte. The data for the quantity of retrieved follicles of different maturity inside each treatment are shown (Fig. 4a). It was also demonstrated that the number of retrieved follicles independently from their maturity was significantly (NS < 0.01) higher in the TDE -treatment group in comparison with Liberase TM groups (Group 1[N = 122] vs Group 2 [N = 46], Group 3 [N = 868] vs Group 4 [N = 440]. However, these differences in all treatment groups were no significant (NS > 0.1) in the distribution of follicles according to their maturity (Fig. 4b).

Distribution of follicles according to their maturity in each treatment group. NS Percent of retrieved follicles of different maturity inside of each treatment group. NS Number of retrieved follicles of different maturity inside of each treatment group. Bars (mean ± SD) with different superscripts in respective treatment group represent significant differences (NS < 0.05)

Viability of follicles

The viability assessment of follicles was performed using two techniques: (1) express technique for visualization of live follicles with the application of neutral red dye and subsequent evaluation of follicles under a light inverted stereomicroscope and (2) by fluorescence-staining technique with Calcein AM and ethidium homodimer-1 for visualization of viable and dead cells under a confocal laser microscope.

Express technique for visualization of follicle vitality

Immediately after enzymatic treatment and simultaneous staining with Neutral red dye, the suspension of ovarian stromal cells and follicles were examined under an inverted microscope. Follicles were collected and neutral red -uptake was investigated based on the optical presence of their red staining.

The data on Fig. 5a show that the presence of intense red -stained follicles in the suspension from fresh ovarian tissues digested with TDE was significantly higher than in the suspension of tissues digested with Liberase TM (94.2 ± 6.6% in Group 1 vs 79.1 ± 2.1% in Group 2, respectively).

Influence of the type of enzymatic treatment of ovarian cortex on the vitality of isolated follicles of different maturity tested applying of Neutral Red dye. NS Vitality of follicles in different treatment groups independent of their maturity stage NS Comparison of follicle vitality in Group 1 (fresh ovarian tissues digested with TDE) compared to Group 2 (fresh ovarian tissues digested with Liberase TM) depending on their maturity stage, Comparison of follicle vitality in Group 3 (frozen ovarian tissues digested with TDE) compared to Group 4 (frozen ovarian tissues digested with Liberase TM) depending on their maturity stage. Bars (mean ± SD) with different superscripts in respective treatment group represent significant differences (NS < 0.05)

The percent of light red- stained follicles was significantly higher (NS < 0.05) in the suspension of tissues digested with Liberase TM than after digestion with TDE (Group 2 vs Group 1: 16.6 ± 0.6% vs 4.3 ± 0.4%, respectively), while the presence of non -stained follicles was not significantly different in these groups (Group 2 vs Group 1: 4.2 ± 0.3% vs 1.4 ± 0.3%, respectively). The presence of intense red -stained follicles in the suspension of cryopreserved ovarian tissues digested with TDE was significantly higher (NS < 0.05) in frozen ovarian tissues (70.3 ± 6.2% in Group 3 vs 53.1 ± 2.0% in Group 4, respectively) than in the suspension of tissues digested with Liberase TM.

The amount of light red -stained follicles was not significantly different (NS > 0.1) between Group 3 and Group 4 (17.7 ± 1.5% vs 20.2 ± 1.0%, respectively), while the presence of non-stained follicles was significantly higher (NS < 0.05) (12.0 ± 1.3% in Group 3 vs 26.8 ± 0.9% in Group 4, respectively) in the suspension of tissues digested with Liberase TM. The data on Fig. 5b (digested fresh tissue) and Fig. 5c (digested frozen tissue) characterize the vitality of follicles according to their maturity. No significant difference (NS > 0.1) according to the vitality of different maturity stages of follicles between treatment groups was found.

Vitality visualisation with confocal laser scanning microscopy

All isolated follicles after assessment of vitality using the Neutral red dye were stained with fluorescent dye to identify the presence of living and dead cells in each follicle. The data on Fig. 6a show that the percent of recovered class V1 follicles in the suspension from fresh ovarian tissues are not significantly different between Group 1 and Group 2 (97.1 ± 6.8% vs 91.3 ± 2.1%, respectively) (NS > 0.1). However, a significantly higher rate (96.0 ± 7.8% vs 87.9 ± 2.4%, respectively) (NS < 0.05) of recovered follicles of class V1 in Group 3 (cortical tissue suspension digested with TDE) compared to Group 4 was found. The amount of class V2 and V3 follicles in all treatment groups was not significantly different (NS > 0.1). Class V4 follicles were absent in all treatment groups.

Influence of the type of enzymatic treatment of ovarian cortex on the vitality of isolated follicles of different maturity tested using of Calcein AM for visualization of viable cells and ethidium homodimer-1 for visualization of dead cells. NS Viability of follicles in different treatment groups. NS Comparison of follicle vitality in Group 1 (fresh ovarian tissues digested with TDE) compared to Group 2 (fresh ovarian tissues digested with Liberase TM) depending on their maturity stage, Comparison of follicle vitality in Group 3 (frozen ovarian tissues digested with TDE) compared to Group 4 (frozen ovarian tissues digested with Liberase TM) depending on their maturity stage. Bars (mean ± SD) with different superscripts in respective treatment group represent significant differences (NS < 0.05)

The data on Fig. 6b (digested fresh tissue) and Fig. 6c (digested frozen tissue) characterize the vitality of follicles according to their maturity stage.

No significant difference (NS > 0.1) between class V1 primordial follicles was found in ovarian tissues of Group 1 (fresh, TDE-digested ovarian tissues) (58.5 ± 4.2%), Group 2 (fresh, Liberase TM-digested ovarian tissues) (55.8 ± 1.3%), Group 3 (frozen, TDE-digested ovarian tissues) (53.9 ± 4.2%), and Group 4 (frozen, Liberase TM-digested ovarian tissues) (52.1 ± 1.3%).

The presence of class V2 and V3 follicles was not significantly different between all treatment groups, independent of the stage of preantral follicles, (NS > 0.1). Class V4 preantral follicles in all treatment groups were absent.

Histological evaluation of fresh and frozen ovarian tissue

Histological evaluation of non-treated pieces of ovarian cortex (fresh control) shows that the most of exanimated follicles (96.8 ± 2.5%) were morphologically normal.

Histologic analysis of haematoxylin-eosin stained ovarian cortical tissues showed morphologically normal preantral follicles. The follicles were surrounded by non-disrupted intact basement membrane. The oocytes were slightly stained, without signs of degeneration or retraction. The percentage of morphologically normal follicles was not significantly different (NS > 0.1) between the fresh and frozen ovarian tissues samples (96.8 ± 2.5% vs 97.1 ± 5.1%, respectively).


4 Conclusions

The field of living/synthetic hybrid cellular systems is still very much in a nascent stage, with most studies relying on the development of underpinning technologies and proof-of-concept experiments. The field is probably 15 years or so from reaching the maturity needed for true applications to be realised. What is already clear, however, is that combining synthetic cells with living cells could be strategically important to the fields of cellular and molecular bioengineering. It will drive innovation and widen synthetic biology's application base, allowing cells to be coupled with artificial microsystems that include electronic, mechanical, and chemical components.

Potential biotechnological and biomedical applications are wide and diverse: from cell therapies shielded by an artificial membrane delivery chassis, to chemical microsystems powered by photosynthesis, to self-healing materials that use biosynthetic pathways to regenerate building blocks, to hybrid chemo/bioreactors. However, before such applications can be realised, the engineering routes to interlink biological and synthetic cells need to be devised, which is the current focus of activities in this area. Moreover, for the field to realise its potential, the creation of hybrid living/synthetic systems need be not only possible, but also affordable, scalable, and adaptable for different applications. There are also some structural issues which have stymied progress in this area. Research in top-down and bottom-up synthetic biology typically belong to different scientific domains, and are housed in different university departments: the former tend to lie in life sciences and bioengineering (molecular biology, metabolic engineering, cell biology) and the latter in the physical sciences (soft matter, biophysics, microfluidics, chemical biology, chemical engineering).

At this point, it should be noted that there are limitations to this hybridisation approach. Most importantly, while combining the different advantages associated with living and synthetic systems, one would also be in danger of accumulating the disadvantages. For this reason, hybrid cellular systems will be more suited for particular applications than others. As the field advances, mitigation strategies to minimise the downsides are expected to be developed.

There is a timeliness to this research challenge, given the unique opportunities derived from the proliferation of physical science innovations related to this area. These include microfluidic devices for the high-throughput manufacture of cell-sized vesicles and other compartmentalised structures 24, 67 as well as new methods for the efficient encapsulation of biological macromolecules in membrane capsules. 49 New optical trapping technologies have allowed the manipulation of cell-sized objects and assembly of user-defined biomimetic architectures. 68 Laser-based approaches for the spatial patterning of tissue-like materials with fine spatio-temporal resolution have also been elegantly demonstrated, 69 and there are growing synergies between electronic and living cellular systems. 70 Moreover, rapid developments in DNA nanotechnology 71 and protein engineering 72 will further expand the repertoire of building blocks which can be used to interface synthetic and living cells.

From the bio-science sector, the rise of commercial cell-free expression kits, cheap and portable DNA sequencing, 73 online repositories of DNA “biobrick” genetic components, and gene synthesis services will no doubt continue to drive the development of hybrid cellular systems. Moreover, many of the processes involved have been effectively “deskilled” with the evolution of biohackspaces and the growing ubiquity of 3D printers and bio-printers. 74 There are also an ever-expanding array of commercial ready-to-use biochemical systems for enzymatic assays, cell-free protein expression, and synthetic biology education. 75 All this means that technology development and applications are no longer restricted to specialised microfluidics groups, and biochemical functionalisation of synthetic constructs is not confined to life-science labs, which aids this inherently multidisciplinary endeavour.

In conclusion, given the pace of change in this area, it is expected that hybrid living/synthetic cellular bionic systems will rapidly increase in number and complexity over the coming years. There will no doubt be unexpected hurdles along the way, but there are already indications that this will emerge as a distinctive and disruptive research area that bridges the life, physical, and engineering sciences. Not only will it lead to diverse applications, but it also has fascinating philosophical implications: blurring the boundary between living and non-living matter will change our perception of what it means for something to be alive.