Zinkové funkcie R.Borgacciho

čo

Čo je zinok?

Zinok, ktorý je považovaný za nevyhnutnú živinu pre ľudské zdravie, plní v tele mnohé funkcie.

Zinok v ľudskom tele

Ľudské telo obsahuje asi 2 až 4 gramy zinku. Väčšina z nich je v orgánoch, s väčšími koncentráciami v prostate a v očiach; je tiež hojný v mozgu, svaloch, kostiach, obličkách a pečeni. Spermia je obzvlášť bohatá na zinok, kľúčový faktor vo fungovaní prostaty a rastu reprodukčných orgánov.

Funkcie a biologická úloha

Zdá sa, že zinok má veľmi dôležité biologické funkcie a úlohy, najmä v zložení a fungovaní enzýmov, nukleových kyselín a proteínov rôzneho druhu. V peptidoch sú ióny zinku často koordinované na vedľajšie reťazce aminokyselín kyseliny asparágovej, kyseliny glutámovej, cysteínu a histidínu. Teoretický a výpočtový opis tejto väzby zinku v proteínoch - ako aj iných prechodných kovov - je však ťažké vysvetliť.

U ľudí sú biologické funkcie a úlohy zinku všadeprítomné. Interaguje so širokým spektrom organických ligandov a má základné funkcie v metabolizme nukleových kyselín RNA a DNA, v signálnej transdukcii av expresii génov. Zinok tiež reguluje apoptózu - smrť buniek. Štúdia z roku 2006 odhadla, že približne 10% ľudských proteínov je viazaných na biologickú úlohu zinku, nehovoriac o stovkách ďalších peptidových faktorov, ktoré sa podieľajú na preprave minerálov; podobná štúdia "in silico" - počítačová simulácia - v závode Arabidopsis thaliana sa našlo 2367 proteínov viazaných na zinok.

V mozgu je zinok uložený v špecifických synaptických vezikulách glutamátergických neurónov a môže modulovať excitabilitu neurónov. Zohráva kľúčovú úlohu v synaptickej plasticite a teda v komplexnej vzdelávacej funkcii. Zinková homeostáza tiež hrá rozhodujúcu úlohu vo funkčnej regulácii centrálneho nervového systému. Predpokladá sa, že nerovnováha v homeostáze zinku v centrálnom nervovom systéme môže spôsobiť nadmerné koncentrácie synaptického zinku s potenciálom:

Neurotoxicita v dôsledku mitochondriálneho oxidačného stresu - napríklad prerušenie určitých enzýmov zapojených do reťazca transportu elektrónov, ako je komplex I, komplex III a a-ketoglutarát dehydrogenáza
Nerovnosti homeostázy vápnika
Glutammatergická neuronálna excitotoxicita
Interferencia s transdukciou intraneuronálneho signálu.

L- a D-histidín - izoméry rovnakej aminokyseliny - uľahčujú absorpciu zinku v mozgu. SLC30A3 - solutová nosná rodina 30 člen 3 alebo zinkový transportér 3 - je hlavným nosičom zinku zapojeným do homeostázy minerálov v mozgu.

enzýmy

Medzi mnohými funkciami a biochemickými úlohami zinku sme povedali, že existuje zloženie enzýmov.

Zinok (presnejšie ión Zn2 +) je veľmi účinnou Lewisovou kyselinou, čo je vlastnosť, ktorá z nej robí katalytické činidlo vhodné na hydroxyláciu a iné enzymatické reakcie. Má tiež flexibilnú koordinačnú geometriu, ktorá umožňuje proteínom, ktoré ju používajú, rýchlo meniť konformáciu na vykonávanie rôznych biologických reakcií. Dva príklady enzýmov obsahujúcich zinok sú: karboanhydráza a karboxypeptidáza, ktoré sú nevyhnutné pre procesy regulácie oxidu uhličitého (CO2) a trávenia proteínov.

Zinok a karboanhydráza

V krvi stavovcov premieňa enzým karboanhydráza CO2 na bikarbonát a ten istý enzým premieňa bikarbonát na CO2, ktorý následne vydychuje pľúcami. Bez tohto enzýmu by pri normálnom pH krvi došlo k premene približne miliónkrát pomalšie alebo by vyžadovalo pH 10 alebo viac. Nesúvisiaca β-karboanhydráza je nevyhnutná pre rastliny v dôsledku tvorby listov, syntézy kyseliny octovej indolu (auxínu) a alkoholovej fermentácie.

Zinok a karboxypeptidáza

Enzým karboxypeptidáza štiepi peptidové väzby počas štiepenia proteínu; presnejšie, uľahčuje nukleofilný atak na CO skupinu peptidu, pričom vytvára vysoko reaktívny nukleofil alebo aktivuje karbonyl na atakovanie

polarizáciou. To tiež stabilizuje tetrahedral stredný - alebo prechodný stav - ktorý

je generovaný nukleofilným atakom na karbonylový uhlík. Nakoniec musí stabilizovať atóm

amidu dusíka tak, aby sa z neho stala vhodná odchádzajúca skupina, akonáhle je CN väzba

boli porušené.

signalizačné

Zinok má funkciu posla, schopnú aktivovať signalizačné cesty. Mnohé z týchto dráh posilňujú abnormálny rast rakoviny. Jedna z protirakovinových terapií zahŕňa zacielenie transportérov ZIP (proteín podobný proteínu irt-proteín zinku). Jedná sa o membránové transportné proteíny rodiny transportérov rozpustených látok, ktoré kontrolujú intra-membránové dodávanie zinku a regulujú jeho intracelulárne a cytoplazmatické koncentrácie.

Iné proteíny

Zinok hrá štrukturálnu úlohu v takzvaných "zinkových prstoch" - alebo zinkových prstoch, špecifických proteínových oblastiach schopných viazať DNA. Zinkový prst je časťou niektorých transkripčných faktorov, proteínov, ktoré rozpoznávajú sekvencie DNA počas procesov replikácie a transkripcie.

Zinkové prstové zinočnaté ióny napomáhajú udržiavať štruktúru prsta väzbou koordinovaným spôsobom na štyri aminokyseliny v transkripčnom faktore. Transkripčný faktor obaľuje špirálu DNA a používa rôzne "prstové" časti na presné naviazanie na cieľovú sekvenciu.

V krvnej plazme sa zinok viaže a transportuje albumínom (60% - nízka afinita) a transferínom (10%). Ten tiež nesie železo, čo znižuje absorpciu zinku a naopak. Podobný antagonizmus tiež nastáva medzi zinkom a meďou. Koncentrácia zinku v krvnej plazme zostáva relatívne konštantná bez ohľadu na perorálny príjem - s jedlom alebo doplnkami - zinku. Bunky v slinných žľazách, prostaty, imunitnom systéme a črevách používajú zinkovú signalizáciu na vzájomnú komunikáciu.

V niektorých mikroorganizmoch, v čreve av pečeni, sa zinok môže skladovať v metalotioneínových zásobách. Črevná bunka MT je schopná regulovať absorpciu potravinového zinku o 15-40%. Neadekvátny alebo nadmerný príjem však môže byť škodlivý; v skutočnosti, kvôli princípu antagonizmu, nadbytok zinku znižuje absorpciu medi.

Ľudský dopamínový transportér obsahuje väzbové miesto s vysokou afinitou pre extracelulárny zinok, ktorý po nasýtení inhibuje spätné vychytávanie dopamínu a zosilňuje amfetamínom indukovaný eflux dopamínu - in vitro. Nosiče ľudského serotonínu a norepinefrínu neobsahujú väzbové miesta pre zinok.

bibliografia

Maret, Wolfgang (2013). "Kapitola 12. Zinok a ľudská choroba". V Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Vzťahy medzi základnými kovovými iónmi a ľudskými chorobami. Kovové ióny v prírodných vedách. 13. Springer. pp. 389-414.
Prakash A, Bharti K, Majeed AB (apríl 2015). "Zinok: indikácie pri poruchách mozgu". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131–149.
Cherasse Y, Urade Y (november 2017). "Diétny zinok pôsobí ako modulátor spánku". International Journal of Molecular Sciences. 18 (11): 2334. Zinok je druhým najhojnejším stopovým kovom v ľudskom tele a je nevyhnutný pre mnohé biologické procesy. ... Stopový kov je základným kofaktorom pre viac ako 300 enzýmov a 1000 transkripčných faktorov [16]. ... V centrálnom nervovom systéme je zinok druhým najhojnejším stopovým kovom a je zapojený do mnohých procesov. Tiež hrá hlavnú úlohu v bunkovej signalizácii a modulácii neuronálnej aktivity.
Prasad AS (2008). "Zinok v ľudskom zdraví: účinok zinku na imunitné bunky". Mol. Med. 14 (5 - 6): 353 - 7
Úloha zinku v mikroorganizmoch je osobitne preskúmaná v: Sugarman B (1983). "Zinok a infekcia". Prehľad infekčných chorôb. 5 (1): 137–47.
Cotton 1999, str. 625-629
Plum, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Základný toxín: vplyv zinku na ľudské zdravie". Int J Environ Res Verejné zdravie. 7 (4): 1342 - 1365.
Brandt, Erik G.; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomáš; Edholm, Olle (2009). "Štúdium molekulárnej dynamiky väzby zinku na cysteíny v peptidovom napodobňovaní štruktúrneho zinkového miesta alkohol dehydrogenázy". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975–83
Rink, L; Gabriel P. (2000). "Zinok a imunitný systém". Proc Nutr Soc., 59 (4): 541-52.
Wapnir, Raul A. (1990). Proteínová výživa a minerálna absorpcia. Boca Raton, Florida: CRC Press.
Berdanier, Carolyn D .; Dwyer, Johanna T.; Feldman, Elaine B. (2007). Príručka výživy a výživy. Boca Raton, Florida: CRC Press.
Bitanihirwe BK, Cunningham MG (november 2009). "Zinok: temný kôň mozgu". Synapsie. 63 (11): 1029 - 1049.
Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Zinok a kortikálna plasticita". \ T Brain Res Rev. 59 (2): 347-73
Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (máj 2014). "Úloha zinku v patogenéze a liečbe ochorení centrálneho nervového systému (CNS). Dôsledky homeostázy zinku pre správnu funkciu CNS" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369 - 377. Archivované (PDF) z originálu 29. augusta 2017.
PMID 17119290
NRC 2000, s. 443
Stipanuk, Martha H. (2006). Biochemické, fyziologické a molekulárne aspekty výživy ľudí. WB Saunders Company. pp. 1043-1067.
Greenwood 1997, str. 1224-1225
Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Účinky izotopov v chémii a biológii. Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 850.
Greenwood 1997, str. 1225
Cotton 1999, str. 627
Gadallah, MAA (2000). "Účinky kyseliny indol-3-octovej a zinku na rast, osmotický potenciál a rozpustné zložky uhlíka a dusíka rastlín sóje rastúcich pod deficitom vody". Journal of Arid Environments. 44 (4): 451-467.
Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Kapitola 17. Zameranie signalizácie zinku (II) na prevenciu rakoviny". V Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: Vývoj a pôsobenie protirakovinových činidiel. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. pp. 507-529.
Cotton 1999, str. 628
Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Porozumenie výžive (10. vydanie). Thomson Learning. pp. 447-450
NRC 2000, s. 447
Hershfinkel, Michal; Silverman, William F.; Sekler, Izrael (2007). "Zinc Sensing Receptor, prepojenie medzi zinkom a bunkovým signálom". Molekulárna medicína. 13 (7–8): 331–6.
Cotton 1999, str. 629
Blake, Steve (2007). Vitamíny a minerály Demystifikované. McGraw-Hill Professional. p. 242.
Fosmire, GJ (1990). "Toxicita zinku". \ T American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225–7.
Krause J (apríl 2008). "SPECT a PET transportéra dopamínu v poruche nedostatku pozornosti / hyperaktivity". Expert Rev. Neurother. 4: 611–625.
Sulzer D (február 2011). "Ako návykové lieky narušujú presynaptickú dopamínovú neurotransmisiu". Neurón. 69 (4): 628 - 649.
Scholze P, Nrrregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (jún 2002). "Úloha iónu zinku v reverznom transporte sprostredkovanom transportérmi monoamínov". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Ľudský dopamínový transportér (hDAT) obsahuje endogénne vysoko afinitné Zn2 + väzbové miesto s tromi koordinačnými zvyškami na jeho extracelulárnej ploche (His193, His375 a Glu396). Keď sa teda Zn2 + uvoľňuje spolu s glutamátom, môže značne zvýšiť odtok dopamínu.