Funcțiile de zinc ale lui R. Borgacci

ce

Ce este zincul?

Zincul, considerat un nutrient esențial pentru sănătatea umană, îndeplinește numeroase funcții în organism.

Zincul din corpul uman

Corpul uman conține aproximativ 2-4 grame de zinc. Cele mai multe dintre ele sunt în organe, cu concentrații mai mari în prostată și în ochi; este de asemenea abundent în creier, mușchi, oase, rinichi și ficat. Sperma este deosebit de bogată în zinc, un factor cheie pentru funcționarea glandei prostate și pentru creșterea organelor de reproducere.

Funcții și rol biologic

Zincul pare să aibă funcții și roluri biologice foarte importante, în special în constituirea și funcționarea enzimelor, acizilor nucleici și a proteinelor de diferite tipuri. În interiorul peptidelor, ionii de zinc sunt adesea coordonați cu lanțurile laterale ale aminoacizilor din acidul aspartic, acidul glutamic, cisteina și histidina. Cu toate acestea, descrierea teoretică și computațională a acestei legături de zinc în proteine ​​- precum și cea a altor metale de tranziție - este dificil de explicat.

La om, funcțiile și rolurile biologice ale zincului sunt omniprezente. Interacționează cu o gamă largă de liganzi organici și are funcții esențiale în metabolizarea acizilor nucleici ARN și ADN, în transducția semnalului și în expresia genelor. De asemenea, zincul reglementează apoptoza - moartea celulelor. Un studiu din 2006 a estimat că aproximativ 10% din proteinele umane sunt legate de rolul biologic al zincului, fără a menționa sutele de alți factori peptidici implicați în transportul de minerale; un studiu similar "in silico" - simulare pe calculator - în plantă Arabidopsis thaliana a găsit 2367 proteine ​​legate de zinc.

În creier, zincul este stocat în veziculele sinaptice specifice ale neuronilor glutamatergici și poate modula excitabilitatea neuronală. Acesta joacă un rol-cheie în plasticitatea sinaptică și, prin urmare, în funcția complexă de învățare. De asemenea, homeostazia de zinc joacă un rol critic în reglarea funcțională a sistemului nervos central. Se crede că dezechilibrele de homeostază a zincului în sistemul nervos central pot duce la concentrații excesive de zinc sinaptic cu potențial:

• Neurotoxicitatea datorată stresului oxidativ mitocondrial - de exemplu, prin întreruperea anumitor enzime implicate în lanțul de transport al electronilor, cum ar fi complexul I, complexul III și a-ketoglutarat dehidrogenaza
• Hemostatică prelungită de calciu
• Excitotoxicitate glutamatergică neuronală
• Interferența cu transducția de semnal intraneuronală.

Izomerii L- și D-histidina ai aceluiași aminoacid - facilitează absorbția zincului în creier. SLC30A3 - familia purtătoare de solvenți 30 de membri 3 sau transportor de zinc 3 - este purtătorul primar al zincului implicat în homeostazia minerală a creierului.

enzimele

Printre numeroasele funcții biochimice și rolurile de zinc, așa cum am spus, există constituția enzimelor.

Zincul (mai precis ionul Zn2 +) este un acid Lewis foarte eficient, care îl face un agent catalitic util pentru hidroxilare și alte reacții enzimatice. De asemenea, are o geometrie flexibilă de coordonare, care permite proteinelor care o utilizează să schimbe rapid conformația pentru a efectua diverse reacții biologice. Două exemple de enzime care conțin zinc sunt: ​​anhidraza carbonică și carboxipeptidaza, necesare pentru procesele de reglare a dioxidului de carbon (CO2) și digestia proteinelor.

Zinc și anhidraza carbonică

În sângele vertebrate, enzima anhidrază carbonică convertește CO2 în bicarbonat și aceeași enzimă transformă bicarbonatul în CO2 ulterior expirat prin plămâni. Fără această enzimă, la pH normal al sângelui, conversia ar avea loc de aproximativ un milion de ori mai lent sau ar necesita un pH de 10 sau mai mult. Anhidraza β-carbon fără legătură este esențială pentru plantele pentru formarea frunzelor, sinteza acidului acetic indolic (auxin) și fermentația alcoolică.

Zinc și carboxipeptidază

Enzima carboxipeptidază scindează legăturile peptidice în timpul digestiei proteinelor; mai precis, facilitează atacul nucleofil asupra grupului CO al peptidei, generând un nucleofil puternic reactiv sau activând carbonilul pentru atac

de la polarizare. De asemenea, stabilizează stadiul intermediar tetraedric sau starea de tranziție

acesta este generat cu atacul nucleofil la carbonul carbonil. În cele din urmă trebuie să stabilizeze atomul lui

amidă de azot pentru a-l face un grup de ieșire adecvat, odată ce legătura CN este

a fost spart.

semnalizare

Zincul are funcția de mesager capabil să activeze căile de semnalizare. Multe dintre aceste căi întăresc creșterea aberantă a cancerului. Una dintre terapiile anticanceroase prevede direcționarea transportoarelor ZIP (proteinele de tip proteină irn-zinc). Acestea sunt proteine ​​de transportare a membranei din familia de substanțe dizolvate care controlează transmisia intra-membranară a zincului și reglează concentrațiile sale intracelulare și citoplasmatice.

Alte proteine

Zincul are o funcție structurală în așa numitele degete de zinc - sau degetul zinc, zone specifice de proteine ​​care pot lega ADN-ul. Degetul de zinc face parte din anumiți factori de transcripție, proteine ​​care recunosc secvențele ADN în timpul proceselor de replicare și transcriere.

Zincurile de zinc din zinc ajuta la mentinerea structurii degetului prin legarea in mod coordonat a patru aminoacizi din factorul de transcriptie. Factorul de transcriere împachetează helixul ADN și folosește diferite porțiuni de "deget" pentru a se lega cu precizie la secvența țintă.

În plasma sanguină, zincul este legat și transportat de albumină (60% - afinitate scăzută) și transferin (10%). Acesta din urmă poartă de asemenea fier, ceea ce reduce absorbția zincului și invers. Un antagonism similar apare și între zinc și cupru. Concentrația de zinc din plasma sanguină rămâne relativ constantă, indiferent de aportul oral - cu alimente sau suplimente - de zinc. Celulele glandelor salivare, glandele prostatei, sistemul imunitar și celulele intestinale utilizează semnalizarea zincului pentru a comunica între ele.

În unele microorganisme, în intestin și în ficat, zincul poate fi depozitat în interiorul rezervelor de metalotioneină. Celulele intestinale MT sunt capabile să reglementeze absorbția zincului alimentar cu 15-40%. Cu toate acestea, administrarea inadecvată sau excesivă poate fi dăunătoare; de fapt, datorită principiului antagonismului, excesul de zinc compromite absorbția cuprului.

Transportorul dopaminic uman conține un situs de legare cu afinitate mare pentru zincul extracelular care, odată saturat, inhibă recaptarea dopaminei și amplifică efluxul de dopamină indus de amfetamină - in vitro. Transportarea serotoninei umane și norepinefrină nu conține zone de legare a zincului.

bibliografie

• Maret, Wolfgang (2013). "Capitolul 12. Zinc și bolile umane". În Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Interrelațiile dintre ionii metalici esențiali și bolile umane. Ioni metalici în științele vieții. 13. Springer. pp. 389-414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (aprilie 2015). "Zinc: indicații în tulburările cerebrale". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131-149.
• Cherasse Y, Urade Y (noiembrie 2017). "Acțiunile dietetice din zinc ca modulator de somn". Jurnalul Internațional de Științe Moleculare. 18 (11): 2334. Zincul este cel de-al doilea metal cel mai abundent din corpul uman și este esențial pentru multe procese biologice. ... Trace metalul este un cofactor esențial pentru mai mult de 300 de enzime și 1000 de factori de transcripție [16]. ... În sistemul nervos central, zincul este al doilea metal cel mai abundent și este implicat în multe procese. In plus fata de rolul sau in activitatea enzimatica, joaca un rol si in semnalizarea celulelor si modularea activitatii neuronale.
• Prasad AS (2008). "Zinc în sănătatea umană: Efectul zincului asupra celulelor imunitare". Mol. Med. 14 (5-6): 353-7
• Rolul zincului în microorganisme este revizuit în special în: Sugarman B (1983). "Zinc și infecție". Revizuirea bolilor infecțioase. 5 (1): 137-47.
• Cotton 1999, pp. 625-629
• Prune, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Toxinul esențial: impactul zincului asupra sănătății umane". Int J Environ Res Sănătatea Publică. 7 (4): 1342-1365.
• Brandt, Erik G.; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Studiul dinamicii moleculare a legării zincului la cisteine ​​într-o peptidă imită a situsului zinc structural al alcool dehidrogenazei". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975-83
• Rink, L .; Gabriel P. (2000). "Zincul și sistemul imunitar". Proc Nutr Soc., 59 (4): 541-52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Proteina Nutritie si Absorbtie minerala. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D.; Dwyer, Johanna T .; Feldman, Elaine B. (2007). Manual de nutriție și alimentație. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (noiembrie 2009). "Zincul: calul întunecat al creierului". Synapse. 63 (11): 1029-1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Zinc și plasticitate corticală". Brain Res Rev. 59 (2): 347-73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (mai 2014). "Rolul zincului în patogenia și tratamentul bolilor sistemului nervos central (SNC)" Implicațiile homeostaziei zincului pentru funcția corespunzătoare a SNC "(PDF). Acta. Pol Pharm. 71 (3): 369-377. Arhivat (PDF) din original pe 29 august 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, p. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Aspectele biochimice, fiziologice și moleculare ale nutriției umane. Societatea WB Saunders. pp. 1043-1067.
• Greenwood 1997, p. 1224-1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Efecte izotopice în chimie și biologie. Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 850.
• Greenwood 1997, p. 1225
• Cotton 1999, p. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Efectele acidului indol-3-acetic și zinc asupra creșterii, potențialului osmotic și a componentelor solubile de carbon și azot ale plantelor de soia care se dezvoltă sub deficitul de apă". Jurnalul de medii aride. 44 (4): 451-467.
• Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Capitolul 17. Direcționarea semnalizării zincului (II) pentru prevenirea cancerului". În Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Droguri: Dezvoltarea și acțiunea agenților anti-cancer. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. pp. 507-529.
• Cotton 1999, p. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes și Sharon Rady (2005). Înțelegerea nutriției (a 10-a ediție). Thomson Learning. pp. 447-450
• NRC 2000, p. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F.; Sekler, Israel (2007). "Receptorul de detectare a zincului, o legătură între zinc și celulă de semnalizare". Medicină moleculară. 13 (7-8): 331-6.
• Cotton 1999, p. 629
• Blake, Steve (2007). Vitamine și minerale Demistificate. McGraw-Hill Professional. p. 242.
• Fosmire, GJ (1990). "Toxicitatea zincului". American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225-7.
• Krause J (aprilie 2008). "SPECT și PET ale transportorului de dopamină în tulburarea de atenție / hiperactivitate". Expert Rev. Neuroter. 8 (4): 611-625.
• Sulzer D (februarie 2011). "Cum drogurile dependente împiedică neurotransmisia presaminaptică a dopaminei". Neuron. 69 (4): 628-649.
• Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (iunie 2002). "Rolul ionilor de zinc în transportul invers mediat de transportatorii de monoamină". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Transportorul uman de dopamină (hDAT) conține un situs de legare endogenă cu afinitate ridicată Zn2 + cu trei resturi de coordonare pe fața sa extracelulară (His193, His375 și Glu396). ... Astfel, atunci când Zn2 + este co-eliberat cu glutamat, se poate mări semnificativ efluxul de dopamină.