Zinkfunktioner af R.Borgacci

hvad

Hvad er zink?

Zink, som anses for et vigtigt næringsstof for menneskers sundhed, udfører en lang række funktioner i hele kroppen.

Zink i menneskekroppen

Den menneskelige krop indeholder omkring 2-4 gram zink. Det meste er i organerne, med større koncentrationer i prostata og i øjnene; det er også rigeligt i hjernen, muskler, knogler, nyrer og lever. Sperm er særlig rig på zink, en nøglefaktor i prostata-kirtlenes funktion og vækst af reproduktive organer.

Funktioner og biologisk rolle

Zink synes at have meget vigtige biologiske funktioner og roller, især i sammenfatning og funktion af enzymer, nukleinsyrer og proteiner af forskellig art. Inden for peptider koordineres zinkioner ofte til sidekæderne af aminosyrer af asparaginsyre, glutaminsyre, cystein og histidin. Imidlertid er den teoretiske og beregningsmæssige beskrivelse af denne binding af zink i proteiner - såvel som for andre overgangsmetaller - vanskelig at forklare.

Hos mennesker er de biologiske funktioner og roller af zink allestedsnærværende. Det interagerer med en bred vifte af organiske ligander og har væsentlige funktioner i metabolisme af RNA- og DNA-nukleinsyrer i signaltransduktion og i genekspression. Zink regulerer også apoptose - celledød. En undersøgelse fra 2006 har anslået, at ca. 10% af humane proteiner er forbundet med zinkens biologiske rolle, for ikke at nævne de hundredvis af andre peptidfaktorer, der er involveret i mineraltransport; En lignende "i silico" -studie - computersimulering - i Arabidopsis thaliana- planten fandt 2367 zinkbundne proteiner.

I hjernen opbevares zink i specifikke synaptiske vesikler af glutamatergiske neuroner og kan modulere neuronal excitabilitet. Det spiller en nøglerolle i synaptisk plasticitet og derfor i den komplekse læringsfunktion. Zinkhomeostase spiller også en kritisk rolle i den funktionelle regulering af centralnervesystemet. Det antages, at ubalancer i zinkhomeostase i centralnervesystemet kan forårsage for store koncentrationer af synaptisk zink med potentiale:

• Neurotoksicitet på grund af mitokondriell oxidativ stress - for eksempel at afbryde visse enzymer involveret i elektrontransportkæden, såsom kompleks I, kompleks III og a-ketoglutarat dehydrogenase
• Ujævnheder af calciumhomeostase
• Glutamatergisk neuronal excitotoxicitet
• Interferens med intraneuronal signaltransduktion.

L- og D-histidin-isomerer af samme aminosyre - lette zinkabsorption i hjernen. SLC30A3 - opløst bærerfamilie 30-medlem 3 eller zink-transportør 3 - er den vigtigste zinkbærer involveret i hjernemineral homeostase.

Enzymer

Blandt de mange funktioner og biokemiske roller af zink har vi sagt, at der er en forfatning af enzymer.

Zink (mere præcist Zn2 + ion) er en meget effektiv Lewis-syre, en egenskab, der gør det til et katalytisk middel, der er nyttigt til hydroxylering og andre enzymatiske reaktioner. Det har også en fleksibel koordinationsgeometri, som giver de proteiner, der bruger det, hurtigt at ændre konformation til at udføre forskellige biologiske reaktioner. To eksempler på zinkholdige enzymer er: carbonanhydrase og carboxypeptidase, der er nødvendige for processerne for kuldioxid (CO2) regulering og fordøjelse af proteiner.

Zink og carbonanhydrase

I blodet af hvirveldyr omdanner enzymet carbonanhydrase CO2 til bicarbonat, og det samme enzym omdanner bicarbonat til CO2 og udåndes derefter gennem lungerne. Uden dette enzym ved normal blod-pH ville omdannelsen ske omkring en million gange langsommere eller ville kræve en pH på 10 eller mere. Ikke-relateret β-carbonanhydrase er uundværlig for planter på grund af dannelsen af ​​blade, syntesen af ​​eddikesyreindhold (auxin) og alkoholisk fermentering.

Zink og carboxypeptidase

Carboxypeptidase enzymet bryder ned peptidbindinger under proteinfordøjelse; mere præcist letter det nukleofilt angreb på CO-gruppen af ​​peptidet, hvilket frembringer en stærkt reaktiv nukleofil eller aktiverer carbonyl til angreb

ved polarisering. Det stabiliserer også den tetrahedrale mellemliggende - eller overgangsstatus - som

det genereres med det nukleofile angreb på carbonylcarbonet. Endelig skal det stabilisere atom af

amidkvælstof for at gøre det til en passende udgående gruppe, når CN-bindingen er

blevet brudt.

signalering

Zink har funktionen af ​​messenger i stand til at aktivere signalveje. Mange af disse veje forstærker den afvigende vækst af kræft. En af anticancerbehandlingerne indebærer målretning af ZIP-transportører (irt-lignende protein-zink-transportørprotein). Disse er membrantransportproteiner fra solutransportørfamilien, som kontrollerer intra-membran-zinkafgivelse og regulerer dets intracellulære og cytoplasmiske koncentrationer.

Andre proteiner

Zink spiller en strukturel rolle i den såkaldte "zink finger" - eller zinkfingre, specifikke proteinområder, der er i stand til at binde DNA. Zinkfingeren er en del af nogle transkriptionsfaktorer, proteiner der genkender DNA-sekvenser under replikations- og transkriptionsprocesser.

Zinkfingerzinkionerne hjælper med at opretholde fingerstrukturen ved at binde på en koordineret måde til fire aminosyrer i transkriptionsfaktoren. Transkriptionsfaktoren ombryder DNA-helixen og bruger de forskellige "finger" -dele til at binde præcist til målsekvensen.

I blodplasma er zink bundet og transporteret af albumin (60% - lav affinitet) og ved transferrin (10%). Sidstnævnte bærer også jern, hvilket reducerer absorptionen af ​​zink og omvendt. En lignende antagonisme forekommer også mellem zink og kobber. Koncentrationen af ​​zink i blodplasmaet forbliver forholdsvis konstant uanset oral indtagelse - med mad eller kosttilskud - af zink. Celler i spytkirtlerne, prostatakirtlen, immunsystemet og tarmene bruger zinksignaler til at kommunikere med hinanden.

I nogle mikroorganismer, i tarmen og i leveren kan zink opbevares i metallothioneinreserver. Tarmcelle MT er i stand til at regulere absorptionen af ​​madzink med 15-40%. Imidlertid kan utilstrækkelig eller overdreven indtagelse være skadelig; Faktisk på grund af antagonisme-princippet kompromitterer overskydende zink absorptionen af ​​kobber.

Den humane dopamintransportør indeholder et bindingssted med høj affinitet til ekstracellulært zink, som en gang mættet hæmmer dopaminreoptagelse og forstærker amfetamininduceret dopamin-udstrømning - in vitro. Humane serotonin- og norepinephrintransportører indeholder ikke bindingssteder for zink.

Bibliografi

• Maret, Wolfgang (2013). "Kapitel 12. Zink og menneskelig sygdom". I Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Sammenhænge mellem vigtige metaloner og menneskelige sygdomme. Metal ioner i biovidenskab. 13. Springer. pp. 389-414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (april 2015). "Zink: indikationer i hjernesygdomme". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131-149.
• Cherasse Y, Urade Y (november 2017). "Dietary Zinc Acts som sovmodulator". International Journal of Molecular Sciences. 18 (11): 2334. Zink er det næststørste spormetal i menneskekroppen og er afgørende for mange biologiske processer. ... Spormetallet er en væsentlig cofaktor for mere end 300 enzymer og 1000 transkriptionsfaktorer [16]. ... i centralnervesystemet er zink det næststørste spormetal og er involveret i mange processer. Det spiller også en stor rolle i cellesignalering og modulering af neuronaktivitet.
• Prasad AS (2008). "Zink i menneskers sundhed: Effekt af zink på immunceller". Mol. Med. 14 (5-6): 353-7
• Zinks rolle i mikroorganismer er særligt gennemgået i: Sugarman B (1983). "Zink og infektion". Gennemgang af infektionssygdomme. 5 (1): 137-47.
• Bomuld 1999, s. 625-629
• Plomme, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Det essentielle toksin: Zinkpåvirkning på menneskers sundhed". Int J Environmental Res Public Health. 7 (4): 1342-1365.
• Brandt, Erik G .; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Molekylær dynamik undersøgelse af zink binding til cysteiner i et peptid efterligner alkohol dehydrogenase strukturelle zink site". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975-83
• Rink, L .; Gabriel P. (2000). "Zink og immunsystemet". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541-52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Protein Ernæring og Mineral Absorption. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D .; Dwyer, Johanna T .; Feldman, Elaine B. (2007). Håndbog om ernæring og mad. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (november 2009). "Zink: Hjernens mørke hest". Synapse. 63 (11): 1029-1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Zink og kortikal plasticitet". Brain Res Rev. 59 (2): 347-73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (maj 2014). "Zinks rolle i patogenese og behandling af sygdomme i centralnervesystemet (CNS). Implikationer af zinkhomeostase til korrekt CNS-funktion" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369-377. Arkiveret (PDF) fra originalen den 29. august 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, s. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Biokemiske, fysiologiske og molekylære aspekter af menneskelig ernæring. WB Saunders Company. pp. 1043-1067.
• Greenwood 1997, s. 1224-1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Isotopvirkninger i kemi og biologi. Boca Raton, Florida: CRC Press. s. 850.
• Greenwood 1997, s. 1225
• Bomuld 1999, s. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Virkninger af indol-3-eddikesyre og zink på vækst, osmotisk potentiale og opløselige kulstof- og nitrogenkomponenter af sojabønneplanter, der vokser under vandunderskud". Journal of Arid Environments. 44 (4): 451-467.
• Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Kapitel 17. Målretning Zink (II) Signalering til forebyggelse af kræft". I Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: Development and Action of Anticancer Agents. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. pp. 507-529.
• Bomuld 1999, s. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Forståelse Ernæring (10. udgave). Thomson Learning. pp. 447-450
• NRC 2000, s. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F .; Sekler, Israel (2007). "Zink Sensing Receptor, en forbindelse mellem zink og cellesignal". Molekylær medicin. 13 (7-8): 331-6.
• Bomuld 1999, s. 629
• Blake, Steve (2007). Vitaminer og Mineraler Demystified. McGraw-Hill Professional. s. 242.
• Fosmire, GJ (1990). "Zink toksicitet". American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225-7.
• Krause J (april 2008). "SPECT og PET af dopamintransportøren i opmærksomhedsunderskud / hyperaktivitetsforstyrrelse". Ekspert Rev. Neuroter. 8 (4): 611-625.
• Sulzer D (februar 2011). "Hvordan vanedannende stoffer forstyrrer presynaptisk dopamin neurotransmission". Neuron. 69 (4): 628-649.
• Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (juni 2002). "Zinkionens rolle i omvendt transport medieret af monoamintransportører". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Den humane dopamintransportør (hDAT) indeholder et endogent Zn2 + bindingssted med høj affinitet med tre koordinerende rester på dets ekstracellulære ansigt (His193, His375 og Glu396). ... Således, når Zn2 + co-frigives med glutamat, kan det i høj grad øge udstrømningen af ​​dopamin.