Zinkové funkce R.Borgacciho

co

Co je to zinek?

Zinek, který je považován za základní živinu pro lidské zdraví, vykonává v celém těle mnoho funkcí.

Zinek v lidském těle

Lidské tělo obsahuje asi 2 až 4 gramy zinku. Většina z nich je v orgánech, s vyššími koncentracemi v prostatě a v očích; je také hojný v mozku, svalech, kostech, ledvinách a játrech. Spermie je zvláště bohatá na zinek, klíčový faktor ve fungování prostaty a růstu reprodukčních orgánů.

Funkce a biologická role

Zdá se, že zinek má velmi důležité biologické funkce a role, zejména v konstituci a fungování enzymů, nukleových kyselin a proteinů různých druhů. V rámci peptidů jsou ionty zinku často koordinovány s postranními řetězci aminokyselin kyseliny asparagové, kyseliny glutamové, cysteinu a histidinu. Teoretický a výpočetní popis této vazby zinku v proteinech - stejně jako jiných přechodných kovů - je však obtížné vysvětlit.

U lidí jsou biologické funkce a role zinku všudypřítomné. Interaguje s celou řadou organických ligandů a má základní funkce v metabolismu RNA a DNA nukleových kyselin, v signální transdukci a v genové expresi. Zinek také reguluje apoptózu - smrt buněk. Studie z roku 2006 odhadla, že asi 10% lidských proteinů je spojeno s biologickou úlohou zinku, nemluvě o stovkách dalších peptidových faktorů, které se účastní transportu minerálů; podobná studie "in silico" - počítačová simulace - v závodě Arabidopsis thaliana bylo nalezeno 2367 proteinů vázaných na zinek.

V mozku je zinek uložen ve specifických synaptických vezikulech glutamátergních neuronů a může modulovat neuronální excitabilitu. To hraje klíčovou roli v synaptické plasticitě, a proto v komplexní vzdělávací funkci. Zinečná homeostáza také hraje klíčovou roli ve funkční regulaci centrálního nervového systému. Předpokládá se, že nerovnováha v homeostáze zinku v centrálním nervovém systému může způsobit nadměrnou koncentraci synaptického zinku s potenciálem:

• Neurotoxicita způsobená mitochondriálním oxidačním stresem - například přerušení určitých enzymů zapojených do řetězce transportu elektronů, jako je komplex I, komplex III a a-ketoglutarát dehydrogenáza
• Nerovnosti homeostázy vápníku
• Excitotoxicita glutammatergních neuronů
• Interference s intraneuronální signální transdukcí.

L- a D-histidin - izomery stejné aminokyseliny - usnadňují absorpci zinku v mozku. SLC30A3 - solutová nosná rodina 30 člen 3 nebo zinkový transportér 3 - je hlavním nosičem zinku zapojeným do mozkové minerální homeostázy.

enzymy

Mezi mnoha funkcemi a biochemickými úlohami zinku jsme říkali, že se jedná o složení enzymů.

Zinek (přesněji Zn2 + ion) je velmi účinná Lewisova kyselina, což je vlastnost, která z ní činí katalytické činidlo vhodné pro hydroxylaci a další enzymatické reakce. Má také flexibilní koordinační geometrii, která umožňuje proteinům, které ji používají, rychle měnit konformaci pro provádění různých biologických reakcí. Dva příklady enzymů obsahujících zinek jsou: karboanhydráza a karboxypeptidáza nezbytná pro procesy regulace oxidu uhličitého (CO2) a trávení proteinů.

Zinek a karboanhydráza

V krvi obratlovců přeměňuje enzym karboanhydráza CO2 na bikarbonát a stejný enzym přeměňuje hydrogenuhličitan na CO2, který následně vydechuje plicemi. Bez tohoto enzymu by při normální hodnotě pH krve probíhala konverze přibližně milionkrát pomaleji nebo by vyžadovala pH 10 nebo více. Nepříbuzná β-karboanhydráza je nepostradatelná pro rostliny v důsledku tvorby listů, syntézy kyseliny octové indolu (auxinu) a alkoholové fermentace.

Zinek a karboxypeptidáza

Enzym karboxypeptidázy štěpí peptidové vazby během štěpení proteinu; přesněji řečeno, usnadňuje nukleofilní atak na CO skupinu peptidu, vytváří vysoce reaktivní nukleofil nebo aktivuje karbonyl pro napadení

polarizací. To také stabilizuje tetrahedral přechodný - nebo přechodový stav - který

je generován nukleofilním útokem na karbonylový uhlík. Nakonec musí stabilizovat atom

amidu dusíku tak, aby se z něj stala vhodná odchozí skupina, jakmile je CN vazba

bylo přerušeno.

signalizační

Zinek má funkci messengeru schopného aktivovat signalizační cesty. Mnoho z těchto cest posiluje aberantní růst rakoviny. Jedna z protinádorových terapií zahrnuje cílení transportérů ZIP (irt-like protein - protein zinkového transportéru). Jedná se o membránové transportní proteiny rodiny transportérů rozpuštěných látek, které kontrolují dodávání intracelulárního zinku a regulují jeho intracelulární a cytoplazmatické koncentrace.

Jiné proteiny

Zinek hraje strukturní roli v takzvaných "zinkových prstech" - nebo zinkových prstech, specifických proteinových oblastech schopných vázat DNA. Zinkový prst je součástí některých transkripčních faktorů, proteinů, které rozpoznávají sekvence DNA během replikačních a transkripčních procesů.

Zinkové prstové zinkové ionty pomáhají udržet strukturu prstu vazbou koordinovaným způsobem na čtyři aminokyseliny v transkripčním faktoru. Transkripční faktor obalí šroubovice DNA a používá různé části prstu k přesnému navázání na cílovou sekvenci.

V krevní plazmě je zinek vázán a transportován albuminem (60% - nízká afinita) a transferinem (10%). Ten také nese železo, což snižuje absorpci zinku a naopak. Podobný antagonismus také nastává mezi zinkem a mědí. Koncentrace zinku v krevní plazmě zůstává relativně konstantní bez ohledu na perorální příjem - s jídlem nebo doplňky - zinku. Buňky ve slinných žlázách, prostatických žlázách, imunitním systému a střevech používají zinkovou signalizaci ke vzájemné komunikaci.

V některých mikroorganismech, ve střevě a v játrech, může být zinek skladován v zásobách metalothioneinu. Intestinální buňka MT je schopna regulovat absorpci potravinového zinku o 15-40%. Nedostatečný nebo nadměrný příjem však může být škodlivý; ve skutečnosti, vzhledem k principu antagonismu, přebytek zinku snižuje absorpci mědi.

Lidský dopaminový transportér obsahuje vazebné místo s vysokou afinitou pro extracelulární zinek, který, jakmile je nasycen, inhibuje zpětné vychytávání dopaminu a zesiluje eflux dopaminu indukovaný amfetaminem - in vitro. Transportéry lidského serotoninu a norepinefrin neobsahují vazebná místa pro zinek.

bibliografie

• Maret, Wolfgang (2013). "Kapitola 12. Zinek a lidská nemoc". V Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Vzájemné vztahy mezi základními kovovými ionty a lidskými nemocemi. Kovové ionty v biologických vědách. 13. Springer. pp. 389-414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (duben 2015). "Zinek: indikace u poruch mozku". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131–149.
• Cherasse Y, Urade Y (listopad 2017). "Dietní zinek působí jako modulátor spánku". Mezinárodní žurnál molekulárních věd. 18 (11): 2334. Zinek je druhým nejhojnějším stopovým kovem v lidském těle a je nezbytný pro mnoho biologických procesů. ... Stopový kov je základním kofaktorem pro více než 300 enzymů a 1000 transkripčních faktorů [16]. ... V centrálním nervovém systému je zinek druhým nejhojnějším stopovým kovem a podílí se na mnoha procesech. To také hraje hlavní roli v signalizaci buňky a modulaci neuronální aktivity.
• Prasad AS (2008). "Zinek v lidském zdraví: účinek zinku na imunitní buňky". Mol. Med. 14 (5–6): 353–7
• Úloha zinku v mikroorganismech je zvláště popsána v: Sugarman B (1983). "Zinek a infekce". Přehled infekčních nemocí. 5 (1): 137–47.
• Cotton 1999, str. 625-629
• Plum, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Základní toxin: vliv zinku na lidské zdraví". Int J Environ Res Veřejné zdraví. 7 (4): 1342–1365.
• Brandt, Erik G.; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomáš; Edholm, Olle (2009). "Studium molekulární dynamiky vazby zinku na cysteiny v peptidovém mimiku alkoholového dehydrogenázového strukturního zinku". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975–83
• Rink, L; Gabriel P. (2000). "Zinek a imunitní systém". Proc Nutr Soc., 59 (4): 541-52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Proteinová výživa a minerální absorpce. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D .; Dwyer, Johanna T.; Feldman, Elaine B. (2007). Příručka výživy a výživy. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (listopad 2009). "Zinek: temný kůň mozku". Synapse. 63 (11): 1029 - 1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Zinek a kortikální plasticita". \ T Brain Res Rev. 59 (2): 347–73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (květen 2014). "Úloha zinku v patogenezi a léčbě onemocnění centrálního nervového systému (CNS). Důsledky homeostázy zinku pro správnou funkci CNS" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369–377. Archivováno (PDF) z originálu 29. srpna 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, s. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Biochemické, fyziologické a molekulární aspekty výživy člověka. WB Saunders Company. pp. 1043-1067.
• Greenwood 1997, pp. 1224-1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Účinky izotopů v chemii a biologii. Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 850.
• Greenwood 1997, s. 1225
• Cotton 1999, str. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Účinky kyseliny indol-3-octové a zinku na růst, osmotický potenciál a rozpustné složky uhlíku a dusíku rostlin sóji rostoucích pod vodou". Journal of Arid Environments. 44 (4): 451–467.
• Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Kapitola 17. Zaměření na signalizaci zinku (II) pro prevenci rakoviny". V Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: Vývoj a působení protirakovinných látek. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. pp. 507-529.
• Cotton 1999, str. 628
• Whitney, Eleanor Nossová; Rolfes, Sharon Rady (2005). Porozumění výživě (10. vydání). Thomson Learning. pp. 447-450
• NRC 2000, s. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F; Sekler, Izrael (2007). "Zinc Sensing Receptor, propojení mezi zinkem a buněčným signálem". Molekulární 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 Americký žurnál klinické výživy. 51 (2): 225–7.
• Krause J (duben 2008). "SPECT a PET dopaminového transportéru v poruchách pozornosti / hyperaktivita". Expert Rev. Neurother. 8 (4): 611–625.
• Sulzer D (únor 2011). "Jak návykové léky narušují presynaptickou dopaminovou neurotransmisi". Neuron. 69 (4): 628–649.
• Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (červen 2002). "Úloha iontů zinku v reverzním transportu zprostředkovaném transportéry monoaminů". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Lidský dopaminový transportér (hDAT) obsahuje endogenní vysoce afinitní vazebné místo Zn2 + se třemi koordinačními zbytky na svém extracelulárním povrchu (His193, His375 a Glu396). Když se tedy Zn2 + uvolňuje společně s glutamátem, může značně zvýšit odtok dopaminu.