Obsah fenylalaninu v různých druzích dýní (Cucurbita spp.)

Daniel Vykysalý

Bachelor's thesis

Phenylalanine content in various pumpkin species (Cucurbita spp.)

Abstract:

Vrozené poruchy metabolismu jsou poměrně frekventované dysfunkce, jež se projevují nefyziologickým fungováním procesů metabolických drah. Mezi tyto poruchy patří fenylketonurie, vada ovlivňující metabolismus aminokyselin, kterou způsobuje mutace genu kódujícího enzym fenylalaninhydroxylázu, jenž je zodpovědný za oxidaci fenylalaninu na tyrosin. Právě kvůli nedostatečné funkčnosti tohoto enzymu se u pacientů s fenylketonurií hromadí fenylalanin v krvi, což bez adekvátní léčby může vést k vážným a nevratným poškozením mozku. Nejúčinnější a trvalou léčbou je dodržování nízkobílkovinné diety s doplňováním esenciálních aminokyselin a bioaktivních látek nezbytných pro správné fungování organismu. Fenylketonurici se však i navzdory příjmu vitaminů a minerálů skrze speciální doplňky stravy potýkají s jejich nedostatečným příjmem, nemluvě o naprosté absenci některých neesenciálních ale zdraví prospěšných sloučenin při nedokonalém poskládání jídelníčku. Dýně obsahují řadu látek, které jsou pro fenylketonuriky běžně těžko dostupné, včetně karotenoidů, minerálů a vitaminů, a jsou v České republice poměrně rozšířenou plodinou, zejména Cucurbita maxima Duchesne a Cucurbita pepo L. Pro pacienty trpící fenylketonurií by bylo začlenění dýní do jídelníčku tedy bez pochyby prospěšné. Je však obecně známo, že různé druhy ovoce a zeleniny se mohou výrazně lišit v chemickém složení, což může být pro fenylketonuriky zavádějící při přesném zaznamenávání přijatého fenylalaninu. Tabulkovaná hodnota uvádějící obsah této aminokyseliny se vztahuje pouze obecně na dýně, bez ohledu na druh. Z tohoto důvodu bylo cílem praktické části této práce zjistit koncentrace fenylalaninu napříč šesti široce dostupnými druhy dýní na našem území. Konkrétně se jednalo o druhy: dýně muškátová Honeynut (Cucurbita moschata × Cucurbita maxima), dýně muškátová Ibiza (Cucurbita moschata `Ibiza`), dýně muškátová Butternut (Cucurbita moschata `Butternut`), dýně obecná okrasná (Cucurbita pepo var. ovifera), dýně obrovská Hokkaido Orange (Cucurbita maxima `Hokkaido Orange`) a dýně obrovská Hokkaido Green (Cucurbita maxima `Hokkaido Green`). Pro analýzu fenylalaninu byl použita analytická metoda LC-ESI-MS/MS, která využívá kombinaci metod výhodných pro stanovení aminokyselin. Naměřené hodnoty byly vyjádřeny jako průměry třech paralelních opakování a byly uváděny v mikrogramech fenylalaninu na gram sušiny dýně (μg Phe/g sušiny). Všechny tři odrůdy Cucucrbita moschata obsahovaly vysoké koncentrace fenylalaninu v porovnání s ostatními druhy. Nejvyšší naměřená hodnota fenylalaninu byla zaznamenána u Cucurbita moschata × Cucurbita maxima (3837 ± 166 μg Phe/g sušiny), zatímco obě Cucurbita moschata `Ibiza` (3622 ± 261 μg Phe/g sušiny) a Cucurbita moschata `Butternut` (3614 ± 58,5 μg Phe/g sušiny) obsahovaly o něco nižší koncentrace, které si byly vzájemně podobné. Cucurbita pepo var. ovifera (2992 ± 385 μg Phe/g sušiny) vykazovala výrazně nižší hodnotu fenylalaninu než muškátové dýně, avšak obě Cucurbita maxima `Hokkaido Green` (2535 ± 180 μg Phe/g sušiny) a Cucurbita maxima `Hokkaido Orange` (2472 ± 81,5 μg Phe/g sušiny), byly prokázány jako druhy s nejnižším obsahem fenylalaninu. Výsledky analýzy tedy ukázaly, že se koncentrace fenylalaninu může výrazně lišit mezi různými druhy dýní. Pro zařazení do jídelníčku fenylketonuriků za účelem zpestření a doplnění významných bioaktivních látek se nejvhodnějšími druhy jeví Cucurbita maxima `Hokkaido Green` a Cucurbita maxima `Hokkaido Orange`.

Abstract:

Inborn errors of metabolism are relatively frequent dysfunctions, which are manifested by non-physiological functioning of metabolic pathways. These disorders include phenylketonuria, a defect affecting amino acid metabolism caused by mutations in the gene encoding the enzyme phenylalanine hydroxylase, which is responsible for oxidation of phenylalanine to tyrosine. It is because of the lack of function of this enzyme that phenylketonuria patients accumulate phenylalanine in their blood, which without adequate treatment can lead to severe and irreversible brain damage. The most effective and permanent treatment is adherence to a low-protein diet with supplementation of essential amino acids and bioactive substances necessary for proper functioning of the body. However, despite the intake of vitamins and minerals through special dietary supplements, phenylketonurics still struggle with insufficient intake of these substances, not to mention the complete absence of some non-essential but health-promoting compounds following an imperfectly structured diet. Pumpkins contain a number of compounds that are usually not easily accessible for phenylketonurics, including carotenoids, minerals and vitamins, and are a relatively common crop in the Czech Republic, especially Cucurbita maxima Duchesne and Cucurbita pepo L. Therefore, the inclusion of pumpkins in the diet of a patient suffering from phenylketonuria would undoubtedly be beneficial. However, it is well known that different fruits and vegetables can vary considerably in chemical composition, which can be misleading for phenylketonurics when they try to accurately record the intake of phenylalanine. The tabulated value stating the content of this amino acid applies only to pumpkins in general, regardless of the species. Therefore, the aim of the practical part of this work was to determine phenylalanine concentrations across six widely available pumpkin species in our area. Specifically, the species were: Honeynut (Cucurbita moschata × Cucurbita maxima), Ibiza (Cucurbita moschata `Ibiza`), Butternut (Cucurbita moschata `Butternut`), ornamental (Cucurbita pepo var. ovifera), Hokkaido Orange (Cucurbita maxima `Hokkaido Orange`) and Hokkaido Green (Cucurbita maxima `Hokkaido Green`). For the analysis of phenylalanine, the LC-ESI-MS/MS analytical method was used, which uses a combination of methods advantageous for the determination of amino acids. The measured values were expressed as averages of three parallel replicates and were reported in micrograms of phenylalanine per gram of pumpkin dry matter (μg Phe/g dry matter). All three Cucurbita moschata varieties contained high concentrations of phenylalanine compared to the other species. The highest measured phenylalanine value was recorded for Cucurbita moschata × Cucurbita maxima (3837 ± 166 μg Phe/g dry weight), while both Cucurbita moschata `Ibiza` (3622 ± 261 μg Phe/g dry weight) and Cucurbita moschata `Butternut` (3614 ± 58.5 μg Phe/g dry weight) contained slightly lower concentrations, which were mutually similar. Cucurbita pepo (2992 ± 385 µg Phe/g dry weight) showed significantly lower phenylalanine levels than the butternut squashes, but both Cucurbita maxima `Hokkaido Green` (2535 ± 180 µg Phe/g dry weight) and Cucurbita maxima `Hokkaido Orange` (2472 ± 81.5 µg Phe/g dry weight) proved to be the species with the lowest phenylalanine content. The results of the analysis thus showed that the phenylalanine concentration can vary significantly between different pumpkin species. Cucurbita maxima `Hokkaido Green` and Cucurbita maxima `Hokkaido Orange` appear to be the most suitable species to include in the diet of phenylketonurics to diversify and supplement important bioactive compounds.

Keywords

aminokyseliny, dieta, dýně, fenylketonurie, HPLC-MS/MS

Keywords

diet, HPLC-MS/MS, amino acids, pumpkin, phenylketonuria

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Zora Kotíková, Ph.D.
• Reader: Barbora Burešová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Food and Nutrition