Цинкови функции на R. Borgacci

Какво

Какво е цинк?

Цинкът, който се счита за съществено хранително вещество за човешкото здраве, изпълнява множество функции в целия организъм.

Цинк в човешкото тяло

Човешкото тяло съдържа около 2-4 грама цинк. Повечето от тях са в органите, с по-големи концентрации в простатата и в очите; също така има изобилие в мозъка, мускулите, костите, бъбреците и черния дроб. Спермата е особено богата на цинк, ключов фактор за функционирането на простатната жлеза и за растежа на репродуктивните органи.

Функции и биологична роля

Изглежда, че цинкът има много важни биологични функции и роли, особено в конституирането и функционирането на ензими, нуклеинови киселини и различни видове протеини. В пептидите, цинковите йони често се координират със страничните вериги на аминокиселините на аспарагинова киселина, глутаминова киселина, цистеин и хистидин. Теоретичното и изчислително описание на това свързване на цинка в протеините, както и на другите преходни метали, е трудно да се обясни.

При хората биологичните функции и ролите на цинка са повсеместни. Той взаимодейства с широк спектър от органични лиганди и има съществени функции в метаболизма на RNA и DNA нуклеиновите киселини, в сигналната трансдукция и в генната експресия. Цинкът също регулира апоптоза - клетъчна смърт. Според проучване от 2006 г. около 10% от човешките протеини са свързани с биологичната роля на цинка, да не говорим за стотиците други пептидни фактори, включени в минералния транспорт; подобно изследване "in silico" - компютърна симулация - в растението Arabidopsis thaliana открили 2367 протеини, свързани с цинка.

В мозъка цинкът се съхранява в специфични синаптични везикули на глутаматергичните неврони и може да модулира невронната възбудимост. Той играе ключова роля в синаптичната пластичност и следователно в комплексната учебна функция. Цинкова хомеостаза също играе критична роля във функционалната регулация на централната нервна система. Счита се, че дисбалансите на цинковата хомеостаза в централната нервна система могат да доведат до прекомерни концентрации на синаптичен цинк с потенциал:

Невротоксичност, дължаща се на митохондриален окислителен стрес - например, чрез прекъсване на някои ензими, участващи в електронната транспортна верига, като комплекс I, комплекс III и α-кетоглутарат дехидрогеназа
Удължена калциева хомеостаза
Невронална глутаматергична екзитотоксичност
Интерференция с интраневроналната сигнална трансдукция.

L- и D-хистидинът - изомери на същата аминокиселина - улесняват абсорбцията на цинка в мозъка. SLC30A3 - семейство носители на разтворено вещество 30 член 3 или цинков транспортер 3 - е основният носител на цинк, участващ в минералната хомеостаза на мозъка.

Ензимите

Сред многото биохимични функции и роли на цинка, както вече казахме, съществува ензимната конституция.

Цинкът (по-точно Zn2 + йонът) е много ефективна киселина на Люис, което я прави каталитично средство, полезно за хидроксилиране и други ензимни реакции. Той също така има гъвкава координационна геометрия, която позволява на протеините, които го използват, да променят бързо конформацията, за да извършват различни биологични реакции. Два примера на цинкосъдържащи ензими са: карбоанхидраза и карбоксипептидаза, необходими за процесите на регулиране на въглероден диоксид (CO2) и усвояване на протеини.

Цинк и карбоанхидраза

При кръвта от гръбначни ензимът карбоанхидраза превръща CO2 в бикарбонат и същият ензим превръща бикарбоната в CO2, след което издишва през белите дробове. Без този ензим, при нормално рН на кръвта, превръщането би се случило около един милион пъти по-бавно, или би изисквало рН от 10 или повече. Несвързаната β-въглеродна анхидраза е от съществено значение за растенията за образуване на листа, синтеза на оцетна индолова киселина (ауксин) и алкохолна ферментация.

Цинк и карбоксипептидаза

Ензимът карбоксипептидаза разцепва пептидните връзки по време на разграждането на протеина; по-точно, това улеснява нуклеофилната атака на CO групата на пептида, генерирайки силно реактивен нуклеофил или активирайки карбонила за атаката

от поляризация. Той също така стабилизира тетраедричното междинно - или преходно състояние - това

той се генерира с нуклеофилна атака към карбонилен въглерод. Накрая той трябва да стабилизира атома на

амиден азот, за да се превърне в подходяща изходяща група, след като CN връзката е

са счупени.

сигнализация

Цинкът има функция на пратеник, който може да активира сигнални пътеки. Много от тези пътища засилват анормалния растеж на рака. Една от противораковите терапии осигурява насочване на ZIP конвейери (протеини с протеин - цинков транспортер). Те са мембранни транспортни протеини от семейството на разтварящите вещества, които контролират вътремембранната трансмисия на цинка и регулират неговите вътреклетъчни и цитоплазмени концентрации.

Други протеини

Цинкът има структурна функция в така наречените "цинкови пръсти" - или цинкови пръсти, специфични белтъчни области, които могат да свързват ДНК. Цинковият пръст образува част от някои транскрипционни фактори, протеини, които разпознават ДНК последователности по време на процесите на репликация и транскрипция.

Цинкови цинкови пръсти йони помагат да се поддържа структурата на пръста чрез свързване по координиран начин с четири аминокиселини в транскрипционния фактор. Транскрипционният фактор обгръща ДНК спиралата и използва различните "пръстови" части, за да се свърже точно към целевата последователност.

В кръвната плазма цинкът се свързва и транспортира с албумин (60% - нисък афинитет) и чрез трансферин (10%). Последният също носи желязо, което намалява абсорбцията на цинк и обратно. Подобен антагонизъм се среща и между цинка и медта. Концентрацията на цинк в кръвната плазма остава относително постоянна, независимо от пероралния прием - с храна или с добавки - на цинк. Слюнчените жлези, простатните жлези, имунната система и чревните клетки използват цинково сигнализиране, за да общуват помежду си.

При някои микроорганизми, в червата и в черния дроб, цинкът може да се съхранява в металотионеиновите резерви. Чревната клетка МТ е в състояние да регулира абсорбцията на хранителния цинк с 15-40%. Въпреки това, неадекватният или прекомерният прием може да бъде вреден; всъщност, поради принципа на антагонизма, излишният цинк компрометира усвояването на медта.

Човешкият допаминов транспортер съдържа високо афинитетно свързващо място за извънклетъчен цинк, което, след като е наситено, инхибира повторното захващане на допамина и усилва изтичането на допамин, индуцирано от амфетамин - in vitro. Човешки серотонинови и норепинефринови транспортери не съдържат сайтове за свързване на цинк.

библиография

Марет, Волфганг (2013). "Глава 12. Цинк и човешки заболявания". В Астрид Сигел; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Взаимоотношения между важни метални йони и човешки болести. Метални йони в науките за живота. 13. Springer. стр. 389-414.
Prakash A, Bharti K, Majeed AB (април 2015 г.). "Цинк: индикации за мозъчни нарушения". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131-149.
Cherasse Y, Urade Y (ноември 2017 г.). "Хранителен цинк действа като модулатор на съня". Международно списание за молекулярни науки. 18 (11): 2334. Цинкът е вторият най-разпространен метал в човешкото тяло и е от съществено значение за много биологични процеси. ... Металът на следи е основен кофактор за повече от 300 ензима и 1000 транскрипционни фактора [16]. ... В централната нервна система, цинкът е вторият най-разпространен метал в следата и участва в много процеси. Освен ролята си в ензимната активност, той играе роля и в клетъчното сигнализиране и модулиране на невронната активност.
Prasad AS (2008). "Цинк в човешкото здраве: ефект на цинка върху имунните клетки". Mol. Med. 14 (5-6): 353-7
Ролята на цинка в микроорганизмите е особено разгледана в: Sugarman B (1983). "Цинк и инфекция". Преглед на инфекциозните болести. 5 (1): 137-47.
Cotton 1999, pp. 625-629
Слива, Лора; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Същественият токсин: въздействието на цинка върху човешкото здраве". Международно обществено здравеопазване. 7 (4): 1342-1365.
Brandt, Erik G.; Хелгрен, Микко; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Изследване на молекулярната динамика на свързването на цинка с цистеините в пептиден имитатор на структурен цинков сайт с алкохолдехидрогеназа". Физ. Chem. Chem. Физ. 11 (6): 975-83
Rink, L.; Габриел П. (2000). "Цинк и имунната система". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541-52.
Wapnir, Raul A. (1990). Протеиново хранене и абсорбция на минерали. Бока Ратон, Флорида: CRC Press.
Berdanier, Carolyn D.; Dwyer, Johanna Т.; Feldman, Elaine B. (2007). Наръчник за храненето и храните. Бока Ратон, Флорида: CRC Press.
Bitanihirwe BK, Cunningham MG (ноември 2009 г.). "Цинк: тъмният кон на мозъка". Synapse. 63 (11): 1029-1049.
Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Цинкова и кортикална пластичност". Brain Res Rev. 59 (2): 347-73
Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (май 2014). "Ролята на цинка в патогенезата и лечението на заболявания на централната нервна система (ЦНС)" Последици от цинковата хомеостаза за правилната функция на ЦНС "(PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369-377. Архивиран (PDF) от оригинала на 29 август 2017 г.
PMID 17119290
NRC 2000, p. 443
Stipanuk, Martha H. (2006). Биохимични, физиологични и молекулярни аспекти на човешкото хранене. WB Saunders Company. стр. 1043-1067.
Greenwood 1997, pp. 1224-1225
Коен, Амнон; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Изотопни ефекти в химията и биологията. Бока Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 850.
Greenwood 1997, p. 1225
Cotton 1999, p. 627
Gadallah, MAA (2000). "Ефекти на индол-3-оцетна киселина и цинк върху растежа, осмотичния потенциал и разтворимите въглеродни и азотни компоненти на растителните соеви растения". Вестник на засушените среди. 44 (4): 451-467.
Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Глава 17. Насочване на сигнала към цинк (II) за предотвратяване на рака". В Сигел, Астрид; Sigel, Helmut; Фрайзингер, Ева; Сигел, Роланд КО Метални лекарства: Развитие и действие на противоракови агенти. 18. Берлин: de Gruyter GmbH. стр. 507-529.
Cotton 1999, p. 628
Уитни, Елинор Нос; Rolfes, Sharon Rady (2005). Разбиране на храненето (10-то издание). Thomson Learning. стр. 447-450
NRC 2000, p. 447
Хершфинкел, Михал; Силвърман, Уилям Ф.; Секлер, Израел (2007). "Рецепторът за отчитане на цинк, връзка между цинково и клетъчно сигнализиране". Молекулярна медицина. 13 (7-8): 331-6.
Cotton 1999, p. 629
Блейк, Стив (2007). Демистифицирани витамини и минерали. McGraw-Hill Professional. стр. 242.
Fosmire, GJ (1990). "Цинкова токсичност". American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225-7.
Krause J (април 2008 г.). "SPECT и PET на допаминовия транспортер в нарушение на вниманието-дефицит / хиперактивност". Експерт Rev. Neurother. 8 (4): 611-625.
Sulzer D (февруари 2011 г.). "Как наркоманиите разрушават пресинаптичната допаминова невротрансмисия". Neuron. 69 (4): 628-649.
Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (юни 2002 г.). "Ролята на цинковите йони в обратния транспорт, медиирана от моноаминови транспортери". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Човешкият допаминов транспортер (hDAT) съдържа ендогенен свързващ сайт с висок афинитет Zn2 + с три координиращи остатъка на неговото извънклетъчно лице (His193, His375 и Glu396). Така, когато Zn2 + се освобождава съвместно с глутамат, той може да увеличи усилването на допамина.