Цинковые функции Р. Боргаччи

какие

Что такое цинк?

Цинк, который считается важным питательным веществом для здоровья человека, выполняет множество функций по всему организму.

Цинк в организме человека

Организм человека содержит около 2-4 граммов цинка. Большая часть этого находится в органах, с большими концентрациями в простате и в глазах; он также содержится в мозге, мышцах, костях, почках и печени. Сперма особенно богата цинком, ключевым фактором функционирования предстательной железы и роста репродуктивных органов.

Функции и биологическая роль

Цинк, по-видимому, имеет очень важные биологические функции и роли, особенно в строении и функционировании ферментов, нуклеиновых кислот и белков различных видов. Внутри пептидов ионы цинка часто координируются с боковыми цепями аминокислот аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, цистеина и гистидина. Однако теоретическое и вычислительное описание этой связи цинка в белках, а также других переходных металлов объяснить сложно.

У людей биологические функции и роли цинка повсеместны. Он взаимодействует с широким спектром органических лигандов и выполняет важные функции в метаболизме нуклеиновых кислот РНК и ДНК, в передаче сигнала и в экспрессии генов. Цинк также регулирует апоптоз - гибель клеток. Исследование 2006 года показало, что около 10% человеческих белков связаны с биологической ролью цинка, не говоря уже о сотнях других пептидных факторов, вовлеченных в транспорт минералов; аналогичное исследование in silico - компьютерное моделирование - на растении Arabidopsis thaliana обнаружило 2367 белков, связанных с цинком.

В мозге цинк накапливается в специфических синаптических пузырьках глутаматергических нейронов и может модулировать возбудимость нейронов. Он играет ключевую роль в синаптической пластичности и, следовательно, в сложной обучающей функции. Гомеостаз цинка также играет критическую роль в функциональной регуляции центральной нервной системы. Считается, что дисбаланс в гомеостазе цинка в центральной нервной системе может вызывать чрезмерные концентрации синаптического цинка с потенциалом:

Нейротоксичность из-за митохондриального окислительного стресса - например, прерывание определенных ферментов, участвующих в цепи переноса электронов, таких как комплекс I, комплекс III и α-кетоглутаратдегидрогеназа
Неравномерность гомеостаза кальция
Глутамматергическая нейрональная эксайтотоксичность
Помехи при внутринейрональной передаче сигнала.

L- и D-гистидин - изомеры одной аминокислоты - способствуют всасыванию цинка в мозге. SLC30A3 - член семейства 30 растворенных носителей 3 или транспортер цинка 3 - является основным цинковым носителем, участвующим в гомеостазе минералов мозга.

Ферменты

Мы уже говорили, что среди многих функций и биохимических ролей цинка есть и состав ферментов.

Цинк (точнее ион Zn2 +) является очень эффективной кислотой Льюиса, свойство, которое делает его каталитическим агентом, пригодным для гидроксилирования и других ферментативных реакций. Он также имеет гибкую координационную геометрию, которая позволяет белкам, которые его используют, быстро изменять конформацию для выполнения различных биологических реакций. Два примера цинксодержащих ферментов: карбоангидраза и карбоксипептидаза, необходимые для процессов регуляции диоксида углерода (CO2) и переваривания белков.

Цинк и карбоангидразы

В крови позвоночных фермент карбоангидраза превращает СО2 в бикарбонат, а тот же фермент превращает бикарбонат в СО2, который затем выдыхается через легкие. Без этого фермента при нормальном pH крови конверсия происходила бы примерно в миллион раз медленнее или потребовала бы pH 10 или более. Неродственная β-карбоновая ангидраза незаменима для растений из-за образования листьев, синтеза уксусной индоловой кислоты (ауксина) и алкогольной ферментации.

Цинк и карбоксипептидаза

Фермент карбоксипептидаза разрушает пептидные связи во время расщепления белка; более точно, это облегчает нуклеофильную атаку на группу CO пептида, генерируя высокореактивный нуклеофил или активируя карбонил для атаки

по поляризации. Он также стабилизирует тетраэдрическое промежуточное или переходное состояние, которое

это генерируется с нуклеофильной атакой на карбонильный углерод. Наконец он должен стабилизировать атом

амидный азот, чтобы сделать его соответствующей исходящей группой, как только связь CN

был сломан.

сигнализации

Цинк имеет функцию мессенджера, способного активировать сигнальные пути. Многие из этих путей усиливают аберрантный рост рака. Одна из противоопухолевых терапий включает нацеливание на транспортеры ZIP (irt-like белок - белок-транспортер цинка). Это мембранные транспортные белки семейства растворенных переносчиков, которые контролируют внутримембранную доставку цинка и регулируют его внутриклеточную и цитоплазматическую концентрацию.

Другие белки

Цинк играет структурную роль в так называемых «цинковых пальцах» - или цинковых пальцах, специфических белковых областях, способных связывать ДНК. Цинковый палец является частью некоторых факторов транскрипции, белков, которые распознают последовательности ДНК во время процессов репликации и транскрипции.

Ионы цинка на цинковом пальце помогают поддерживать структуру пальца путем скоординированного связывания четырех аминокислот в факторе транскрипции. Фактор транскрипции оборачивает спираль ДНК и использует различные части «пальца» для точного связывания с последовательностью-мишенью.

В плазме крови цинк связывается и транспортируется альбумином (60% - низкое сродство) и трансферрином (10%). Последний также несет железо, которое уменьшает поглощение цинка и наоборот. Подобный антагонизм также наблюдается между цинком и медью. Концентрация цинка в плазме крови остается относительно постоянной независимо от перорального приема - с пищей или добавками - цинка. Клетки в слюнных железах, предстательной железе, иммунной системе и кишечнике используют передачу сигналов цинка для связи друг с другом.

У некоторых микроорганизмов в кишечнике и в печени цинк может храниться в запасах металлотионеина. Кишечная клетка МТ способна регулировать усвоение пищевого цинка на 15-40%. Тем не менее, недостаточное или чрезмерное потребление может быть вредным; фактически, из-за принципа антагонизма, избыток цинка ухудшает усвоение меди.

Транспортер допамина человека содержит высокоаффинный сайт связывания с внеклеточным цинком, который после насыщения ингибирует обратный захват дофамина и усиливает индуцированный амфетамином отток допамина - in vitro. Транспортеры серотонина и норэпинефрина человека не содержат сайтов связывания с цинком.

библиография

Марет, Вольфганг (2013). «Глава 12. Цинк и болезни человека». В Астрид Сигел; Хельмут Сигел; Роланд К.О. Сигел. Взаимосвязь между ионами основных металлов и болезнями человека. Металлические ионы в науках о жизни. 13. Спрингер. стр. 389-414.
Пракаш А., Бхарти К., Маджид А.Б. (апрель 2015 г.). «Цинк: показания при мозговых расстройствах». Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131–149.
Cherasse Y, Urade Y (ноябрь 2017). «Пищевой цинк действует как модулятор сна». Международный журнал молекулярных наук. 18 (11): 2334. Цинк является вторым по распространенности микроэлементом в организме человека и необходим для многих биологических процессов. ... Микроэлемент является важным кофактором для более чем 300 ферментов и 1000 факторов транскрипции [16]. ... В центральной нервной системе цинк является вторым по распространенности микроэлементом и участвует во многих процессах. Он также играет важную роль в передаче сигналов и модуляции активности нейронов.
Прасад А.С. (2008). «Цинк в здоровье человека: влияние цинка на иммунные клетки». Mol. Med. 14 (5–6): 353–7
Роль цинка в микроорганизмах подробно рассматривается в: Sugarman B (1983). «Цинк и инфекция». Обзор инфекционных заболеваний. 5 (1): 137–47.
Хлопок 1999, с. 625-629
Слива, Лора; Каток, Лотар; Haase, Hajo (2010). «Основной токсин: влияние цинка на здоровье человека». Int J Environ Res Public Health. 7 (4): 1342–1365.
Брандт, Эрик Г.; Хеллгрен, Микко; Бринк, Торе; Бергман, Томас; Edholm, Olle (2009). «Молекулярно-динамическое исследование связывания цинка с цистеинами в пептидной миметике структурного сайта цинка алкогольдегидрогеназы». Phys. Химреагент Химреагент Phys. 11 (6): 975–83
Ринк, Л .; Габриэль П. (2000). «Цинк и иммунная система». Proc Nutr Soc. 59 (4): 541–52.
Вапнир, Рауль А. (1990). Белковая пища и минеральная абсорбция. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.
Берданье, Кэролин Д.; Дуайер, Джоанна Т.; Фельдман, Элейн Б. (2007). Справочник по питанию и питанию. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.
Битанихирве Б.К., Каннингем М.Г. (ноябрь 2009 г.). «Цинк: темная лошадка мозга». Synapse. 63 (11): 1029–1049.
Накашима А.С.; Дик Р.Х. (2009). «Цинк и корковая пластика». Brain Res Rev. 59 (2): 347–73
Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (май 2014). «Роль цинка в патогенезе и лечении заболеваний центральной нервной системы (ЦНС). Значение гомеостаза цинка для правильной функции ЦНС» (PDF). Acta. Пол. Фарм. 71 (3): 369–377. Архивировано (PDF) с оригинала 29 августа 2017 года.
PMID 17119290
NRC 2000, p. 443
Stipanuk, Martha H. (2006). Биохимические, физиологические и молекулярные аспекты питания человека. Компания WB Saunders. стр. 1043-1067.
Гринвуд 1997, с. 1224-1225
Коэн, Амнон; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Изотопные эффекты в химии и биологии. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. р. 850.
Гринвуд 1997, с. 1225
Cotton 1999, p. 627
Гадалла, MAA (2000). «Влияние индол-3-уксусной кислоты и цинка на рост, осмотический потенциал и растворимые углеродные и азотные компоненты растений сои, растущих в условиях дефицита воды». Журнал засушливых сред. 44 (4): 451–467.
Силиотто, Сильвия; Огл, Оливия; Yaylor, Kathryn M. (2018). «Глава 17. Ориентация сигналов цинка (II) для предотвращения рака». В Сигеле, Астрид; Sigel, Helmut; Фрайзингер, Ева; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: разработка и действие противораковых агентов. 18. Берлин: де Грюйтер ГмбХ. стр. 507-529.
Cotton 1999, p. 628
Уитни, Элеонора Носс; Рольфс, Шарон Ради (2005). Понимание питания (10-е изд.). Томсон Лирнинг. стр. 447-450
NRC 2000, p. 447
Хершфинкель, Михал; Сильверман, Уильям Ф.; Секлер, Израиль (2007). «Цинк-чувствительный рецептор, связь между цинком и сигналом ячейки». Молекулярная медицина. 13 (7–8): 331–6.
Cotton 1999, p. 629
Блейк, Стив (2007). Витамины и минералы демистифицированы. McGraw-Hill Professional. р. 242.
Fosmire, GJ (1990). «Токсичность цинка». Американский журнал клинического питания. 51 (2): 225–7.
Краузе J (апрель 2008). «СПЕКТ и ПЭТ переносчика допамина при синдроме дефицита внимания и гиперактивности». Эксперт Преподобный Нейротер. 8 (4): 611–625.
Sulzer D (февраль 2011 г.). «Как наркотические средства нарушают пресинаптическую нейротрансмиссию дофамина». Neuron. 69 (4): 628–649.
Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (июнь 2002 г.). «Роль иона цинка в обратном транспорте, опосредованном переносчиками моноаминов». J. Biol. Химреагент 277 (24): 21505–21513. Транспортер допамина человека (hDAT) содержит эндогенный сайт связывания Zn2 + с высокой аффинностью с тремя координирующими остатками на его внеклеточной поверхности (His193, His375 и Glu396). ... Таким образом, когда Zn2 + совместно выделяется с глутаматом, это может значительно увеличить отток дофамина.