After 22 topics posted over two months we made it! This is the last post in the Human Milk Composition section. It’s amazing stuff - but where is it made? Where does it come from?
The goal here is to: 1) discuss how and where the components in human milk are made and 2) review how they are secreted or arrive into the milk space.
I am debating if taking a moment to take about the basic structure of the human cell would be helpful, not sure, but will give it a try. I think of a human cell being like a castle – with a wall surrounding it and a variety of shops (?) inside all with a distinct job to do. Here is a brief description of the cell:
Cell membrane – this is the wall of the castle which contains the little village inside. In the animal cell it regulates what comes in and goes out, it lets nutrients in and gets waste out.
Cytoplasm – this is a jelly-like substance that contains all of the cell parts
Nucleus – contains the genes of the cell, is the information data base of the cell
Mitochondria – pill shaped structures that are energy producing factories
Lysosomes – circles that are packed full of digestive enzymes
Endoplasmic reticulum – look like ribbons squished together – main function is to process and transport new material
Golgi apparatus – package and distribute substances
In discussing human milk synthesis and secretion into the milk lumen, remember that the lactocyte is a cell and it is the milk making powerhouse.
The drawing below is of a lactocyte, be aware that the apical membrane of the lactocyte is the side next to the lumen of the milk. The basement membrane of the lactocyte is on the other side.
Five pathways or routes of secretion have been identified.
Four are transcellular - meaning the transfer occurs through the lactocyte.
One is paracellular - meaning the transfer of the item is not through the lactocyte but between them.
The Five Pathways (1,2)
Exocytosis of secretory vesicles pathway
Lipid secretion pathway
Eccrine secretion of water and minerals
Transcytosis
Paracellular pathway
Exocytosis of secretory vesicles pathway
The primary mechanistic secretion of constituents of human milk is by exocytosis. With exocytosis, the components are packaged into secretory vesicles and transported to the apical plasma membrane of the lactocytes where fusion takes place, resulting in the expulsion of the contents from the apical membrane. (2)
Most proteins in human milk rely on this pathway. They are made by the nucleus and Golgi apparatus in the lactocyte from amino acid precursors. Small vesicles bud off the Golgi apparatus, make their way through the cytoplasm to the apical membrane, and are spewed out into the milk lumen.
The manufacturing of lactose and human milk oligosaccharides (HMOs) also use this pathway. The substrates needed to make lactose are transported into the Golgi apparatus of the lactocyte and there, lactose is made by the enzyme lactose synthase. Then they are packaged into secretory vesicles, delivered to the apical membrane, and secreted into the milk lumen. (2)
Lipid secretion pathway
“Milk lipids can either be synthesize within the gland or imported from the blood stream, where they are either derived from the immediate diet or from mobilized body fat.” (2)
Free fatty acids find their way into the endoplasmic reticulum of the lactocyte where they are linked to a molecule of glycerol to make a triglyceride. These lipid droplets weave their way to the apical membrane and are engulfed by the membrane and popped out into the lumen. This differs from the exocytosis of secretory vesicles in that the fat globule is total encased in apical membrane before it spews into the milk lumen, thus providing the milk fat globular membrane (MFGM).
Eccrine secretion of water and minerals
This pathway uses simple diffusion or transport proteins to move substances through the apical membrane. Examples here are water, sodium, potassium and chloride.
Transcytosis
Substances get into the cytoplasm of the lactocyte, weave through it to the apical membrane and are released. Examples here are antibodies like secretory IgA.
Paracellular pathway
This occurs at times when the junctions between the lactocytes are loose (identified as open in the picture below). This occurs during pregnancy, in the very early days after birth, with mastitis, and with weaning.
References
Core Curriculum for Interdisciplinary Lactation Care. Edited by Suzanne Hetzel Campbell, Judith Lauwers, Rebecca Mannel, and Becky Spencer. LEAARC (Lactation Education Accreditation and Approval Review Committee). Jones & Bartlett Learning. 2019
Hale & Hartmann’s Textbook of Human Lactation, First Edition. Thomas W. Hale and Peter E. Hartmann, editors. Springer Publishing Company. 2017
Illustration by Erik Domellof. The Journal of Pediatrics. 2016;173(Supplement):S60-S65.
Tema 22. Síntesis y Secreción de Leche Humana
¡Después de 22 temas, lo logramos! Este es el último post de la sección Composición de la leche materna. Es algo asombroso y ahora lo sabemos todo.
El objetivo de esta publicación es: 1) discutir cómo y dónde se producen los componentes de la leche humana y 2) revisar cómo se secretan o llegan al espacio de la leche.
Estoy debatiendo si sería útil tomarme un momento para analizar la estructura básica de la célula humana, no estoy seguro, pero lo intentaré. Pienso en una célula humana como un castillo, con un muro que la rodea y una variedad de tiendas (?) en su interior, todas con un trabajo distinto que hacer. Aquí hay una breve descripción de la celda:
Membrana celular: este es el muro del castillo que contiene el pequeño pueblo en su interior. En la célula animal regula lo que entra y sale, deja entrar nutrientes y expulsa los desechos.
Citoplasma: es una sustancia gelatinosa que contiene todas las partes de la célula.
Núcleo: contiene los genes de la célula, es la base de datos de información de la célula.
Mitocondrias: estructuras en forma de píldora que son fábricas productoras de energía.
Lisosomas: círculos llenos de enzimas digestivas.
Retículo endoplásmico: parece cintas aplastadas entre sí; su función principal es procesar y transportar material nuevo.
Aparato de Golgi: empaqueta y distribuye sustancias.
Al analizar la síntesis y secreción de la leche humana en la luz de la leche, recuerde que el lactocito es el centro neurálgico de producción de leche.
De esta imagen, tenga en cuenta que la membrana apical del lactocito está en el lado cercano a la luz de la leche. Del otro lado se encuentra la membrana basal del lactocito.
Se han identificado cinco vías o rutas de secreción.
Cuatro son transcelulares (lo que significa que la transferencia ocurre a través del lactocito)
Uno es paracelular (lo que significa que la transferencia del elemento no es a través de los lactocitos sino entre ellos)
Veamos los cinco caminos. (Referencia 1)
Vía de exocitosis de vesículas secretoras.
Vía de secreción de lípidos
Secreción ecrina de agua y minerales.
Transcitosis
Vía paracelular
Vía de la exocitosis de las vesículas secretoras.
• El mecanismo principal de secreción de los constituyentes de la leche humana es por exocitosis. Con la exocitosis, los componentes se empaquetan en vesículas secretoras y se transportan a la membrana plasmática apical de los lactocitos donde tiene lugar la fusión, lo que da como resultado la expulsión del contenido de la membrana apical. (Referencia 2)
• La mayoría de las proteínas de la leche humana dependen de esta vía. Son producidos por el núcleo y el aparato de Golgi del lactocito a partir de precursores de aminoácidos. Pequeñas vesículas brotan del aparato de Golgi, atraviesan el citoplasma hasta la membrana apical y son arrojadas a la luz de la leche.
• La fabricación de lactosa y oligosacáridos de la leche humana (HMO) también utiliza esta vía. Los sustratos necesarios para producir lactosa se transportan al aparato de Golgi del lactocito y allí, la enzima lactosa sintasa produce la lactosa. Luego se empaquetan en vesículas secretoras, llegan a la membrana apical y se secretan hacia la luz de la leche. (Referencia 2)
Vía de secreción de lípidos
• “Los lípidos de la leche pueden sintetizarse dentro de la glándula o importarse del torrente sanguíneo, donde se derivan de la dieta inmediata o de la grasa corporal movilizada”. (Referencia 2)
• Los ácidos grasos libres llegan al retículo endoplásmico del lactocito, donde se unen a una molécula de glicerol para producir un triglicérido. Estas gotitas de lípidos se abren paso hasta la membrana apical, son engullidas por la membrana y expulsadas hacia la luz. Esto se diferencia de la exocitosis de las vesículas secretoras en que el glóbulo de grasa está totalmente encerrado en la membrana apical antes de expulsarse a la luz de la leche, proporcionando así la membrana globular de grasa de la leche (MFGM). (Referencia 3 para la imagen que se muestra a continuación).
Secreción ecrina de agua y minerales
• Esta vía utiliza proteínas de transporte o difusión simple para mover sustancias a través de la membrana apical. Ejemplos de ello son el agua, el sodio, el potasio y el cloruro.
Transcitosis
• Las sustancias entran en el citoplasma del lactocito, lo atraviesan hasta la membrana apical y se liberan. Ejemplos aquí son anticuerpos como la IgA secretora.
Vía paracelular
• Esto ocurre en momentos en que las uniones entre los lactocitos están sueltas (identificadas como abiertas en la imagen siguiente). Esto ocurre durante el embarazo, en los primeros días después del nacimiento, con la mastitis y con el destete.
Referencias
Plan de estudios básico para la atención interdisciplinaria de la lactancia. Editado por Suzanne Hetzel Campbell, Judith Lauwers, Rebecca Mannel y Becky Spencer. LEAARC (Comité de Revisión de Acreditación y Aprobación de Educación en Lactancia). Aprendizaje de Jones y Bartlett. 2019
Libro de texto de Hale & Hartmann sobre L humana