Funkcije cinka R.Borgaccia

Kaj

Kaj je cink?

Cink, ki velja za bistveno hranilo za zdravje ljudi, opravlja številne funkcije po vsem telesu.

Cink v človeškem telesu

Človeško telo vsebuje približno 2-4 g cinka. Večina je v organih, z večjimi koncentracijami v prostati in v očeh; Obstajajo tudi možgani, mišice, kosti, ledvice in jetra. Sperma je še posebej bogata s cinkom, ki je ključni dejavnik pri delovanju prostate in rasti reproduktivnih organov.

Funkcije in biološka vloga

Zdi se, da ima cink zelo pomembne biološke funkcije in vloge, zlasti pri tvorbi in delovanju encimov, nukleinskih kislin in proteinov različnih vrst. V peptidih so cinkovi ioni pogosto usklajeni s stranskimi verigami aminokislin asparaginske kisline, glutaminske kisline, cisteina in histidina. Teoretični in računski opis te vezi cinka v beljakovinah - kot tudi drugih prehodnih kovin - je težko razložiti.

Pri ljudeh so biološke funkcije in vloga cinka vseprisotne. Vzajemno deluje v širokem razponu organskih ligandov in ima bistvene funkcije v presnovi nukleinskih kislin RNA in DNA, v signalni transdukciji in ekspresiji genov. Cink uravnava tudi apoptozo - celično smrt. Študija iz leta 2006 je ocenila, da je približno 10% človeških beljakovin povezanih z biološko vlogo cinka, da ne omenjam več sto drugih faktorjev peptida, ki sodelujejo pri transportu mineralov; podobna študija "in silico" - računalniška simulacija - v rastlini Arabidopsis thaliana je našla 2367 beljakovin, vezanih na cink.

V možganih je cink shranjen v specifičnih sinaptičnih veziklih glutamatergičnih nevronov in lahko modulira nevronsko razdražljivost. Ima ključno vlogo pri sinaptični plastičnosti in s tem v kompleksni učni funkciji. Tudi homeostaza cinka ima ključno vlogo pri funkcionalni regulaciji centralnega živčnega sistema. Menijo, da lahko neravnovesja v homeostazi cinka v centralnem živčnem sistemu povzročijo prekomerno koncentracijo sinaptičnega cinka s potencialom:

• Nevrotoksičnost zaradi mitohondrijskega oksidativnega stresa - npr. Prekinitev določenih encimov, ki sodelujejo v transportni verigi elektronov, kot je kompleks I, kompleks III in α-ketoglutarat dehidrogenaza
• Neenakomerna homeostaza kalcija
• Glutamatergična nevronska ekscitotoksičnost
• Interferenca z intraneuronalno signalno transdukcijo.

L- in D-histidin - izomeri iste aminokisline - olajšata absorpcijo cinka v možganih. SLC30A3 - družina nosilcev raztopine 30 članov 3 ali cinkovega transporterja 3 - je glavni cinkov nosilec, ki sodeluje v mineralni homeostazi možganov.

encimi

Med mnogimi funkcijami in bio-kemijskimi vlogami cinka smo povedali, da obstaja struktura encimov.

Cink (natančneje Zn2 + ion) je zelo učinkovita Lewisova kislina, lastnost, zaradi katere je katalitično sredstvo koristno za hidroksilacijo in druge encimske reakcije. Prav tako ima fleksibilno koordinacijsko geometrijo, ki omogoča, da beljakovine, ki jo uporabljajo, hitro spremenijo konformacijo in opravijo različne biološke reakcije. Dva primera encimov, ki vsebujeta cink, sta: karbonska anhidraza in karboksipeptidaza, ki sta potrebna za procese regulacije ogljikovega dioksida (CO2) in prebave proteinov.

Cink in karboanhidraza

V krvi vretenčarjev encim karbonska anhidraza pretvori CO2 v bikarbonat, isti encim pa pretvori bikarbonat v CO2, ki ga nato izdihne skozi pljuča. Brez tega encima, pri normalnem pH krvi, bi se pretvorba zgodila približno milijonkrat počasneje, ali pa bi bil potreben pH 10 ali več. Nevezana β-karbonska anhidraza je nepogrešljiva za rastline zaradi nastajanja listov, sinteze ocetne indolne kisline (auksina) in alkoholnega vrenja.

Cink in karboksipeptidaza

Encim karboksipeptidaze razgrajuje peptidne vezi med razgradnjo beljakovin; natančneje, olajša nukleofilni napad na skupino CO peptida, generira visoko reaktivni nukleofil ali aktivira karbonil za napad

s polarizacijo. Stabilizira tudi tetraedrsko vmesno - ali prehodno stanje - ki

nastaja z nukleofilnim napadom na karbonilni ogljik. Končno mora stabilizirati atom

amidnega dušika, tako da postane ustrezna odhodna skupina, ko je vez CN

lomljeni.

signalizacija

Cink ima funkcijo messengerja, ki lahko aktivira signalne poti. Veliko teh poti krepi nenormalno rast raka. Ena od terapij proti raku vključuje ciljanje ZIP transporterjev (beljakovine, ki so podobne proteinu - cinkovemu transporterju). To so membranske transportne beljakovine iz družine transporterjev raztopine, ki nadzorujejo dostavo cinka znotraj membrane in uravnavajo njene znotrajcelične in citoplazmatske koncentracije.

Drugi proteini

Cink ima strukturno vlogo pri tako imenovanih "cinkovih prstih" - ali cinkovih prstih, specifičnih beljakovinskih regijah, ki so sposobne vezati DNA. Cinkov prst je del nekaterih transkripcijskih faktorjev, proteinov, ki prepoznajo zaporedje DNA med procesom replikacije in transkripcije.

Cinkov cink ioni pomagajo ohranjati strukturo prstov tako, da se na koordiniran način vežejo na štiri aminokisline v transkripcijskem faktorju. Transkripcijski faktor ovije vijačnico DNK in uporablja različne dele prstov, da se natančno veže na ciljno zaporedje.

V krvni plazmi se cink veže in prenaša z albuminom (60% - nizka afiniteta) in s transferinom (10%). Slednji nosi tudi železo, ki zmanjšuje absorpcijo cinka in obratno. Podoben antagonizem se pojavlja tudi med cinkom in bakrom. Koncentracija cinka v krvni plazmi ostaja razmeroma stalna, ne glede na peroralni vnos - s hrano ali dodatki cinka. Celice v žlezah slinavke, prostate, imunski sistem in črevesje uporabljajo signalizacijo cinka za medsebojno komunikacijo.

Pri nekaterih mikroorganizmih, v črevesju in v jetrih, se cink lahko shrani v rezervah metalotioneina. Črevesne celice MT lahko uravnavajo absorpcijo živilskega cinka za 15-40%. Vendar pa je lahko neustrezen ali pretiran vnos škodljiv; pravzaprav, zaradi načela antagonizma, presežek cinka ogroža absorpcijo bakra.

Transporter za humani dopamin vsebuje visoko afinitetno vezavno mesto za zunajcelični cink, ki, ko je nasičen, inhibira prevzem dopamina in poveča izločanje dopamina, ki ga povzroči amfetamin - in vitro. Transporterji serotonina in noradrenalina ne vsebujejo vezavnih mest za cink.

Bibliografija

• Maret, Wolfgang (2013). "Poglavje 12. Cink in človeška bolezen". V Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Medsebojni odnosi med pomembnimi kovinskimi ioni in človeškimi boleznimi. Kovinski ioni v znanosti o življenju. 13. Springer. str. 389-414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (april 2015). "Cink: indikacije za možganske motnje". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131-149.
• Cherasse Y, Urade Y (november 2017). "Dietna Zinc deluje kot modulator spanja". International Journal of Molecular Sciences. 18 (11): 2334. Cink je druga najbolj razširjena kovinska sled v človeškem telesu in je bistvena za mnoge biološke procese. ... Kovina v sledovih je bistveni kofaktor za več kot 300 encimov in 1000 transkripcijskih faktorjev [16]. ... V osrednjem živčnem sistemu je cink druga najbolj razširjena kovina v sledovih in je vključena v številne procese. Prav tako igra pomembno vlogo pri celični signalizaciji in modulaciji nevronske aktivnosti.
• Prasad AS (2008). "Cink v zdravju ljudi: učinek cinka na imunske celice". Mol. Med. 14 (5–6): 353–7
• Vloga cinka v mikroorganizmih je posebej obravnavana v: Sugarman B (1983). "Cink in okužba". Pregled nalezljivih bolezni. 5 (1): 137–47.
• Bombaž 1999, str. 625-629
• Plum, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Bistveni toksin: vpliv cinka na zdravje ljudi". Int J Public Health. 7 (4): 1342-1365.
• Brandt, Erik G.; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Študija molekulske dinamike vezave cinka na cisteine ​​v peptidnem imidžu strukturnega cinkovega mesta z alkoholno dehidrogenazo". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975-83
• Rink, L; Gabriel P. (2000). "Cink in imunski sistem". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541-52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Prehranjevanje z beljakovinami in absorpcija mineralov. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D.; Dwyer, Johanna T.; Feldman, Elaine B. (2007). Priročnik o prehrani in hrani. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (november 2009). "Cink: temni konj možganov". Synapse. 63 (11): 1029-1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Cink in plastičnost skorje". Brain Res Rev. 59 (2): 347-73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (maj 2014). "Vloga cinka v patogenezi in zdravljenju bolezni centralnega živčnega sistema (CNS). Posledice homeostaze cinka za pravilno delovanje CNS" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369-377. Arhivirano (PDF) iz originala dne 29. avgusta 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, str. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Biokemični, fiziološki in molekularni vidiki prehrane ljudi. WB Saunders Company. str. 1043-1067.
• Greenwood 1997, str. 1224-1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Izotopski učinki v kemiji in biologiji. Boca Raton, Florida: CRC Press. str. 850.
• Greenwood 1997, str. 1.225
• Cotton 1999, str. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Vplivi indol-3-ocetne kisline in cinka na rast, osmotski potencial in topne ogljikove in dušikove komponente sojine rastline, ki rastejo pod vodnim primanjkljajem". Journal of Arid Environments. 44 (4): 451-467.
• Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Poglavje 17. Ciljanje na cink (II) signalizacijo za preprečevanje raka". V Sigelu, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Droge: razvoj in ukrepanje proti raku. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. str. 507-529.
• Cotton 1999, str. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Razumevanje prehrane (10. izd.). Thomson Learning. str. 447-450
• NRC 2000, str. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F.; Sekler, Izrael (2007). "Zinc Sensing Receptor, povezava med signalizacijo cinka in celice". Molekularna medicina. 13 (7–8): 331-6.
• Cotton 1999, str. 629
• Blake, Steve (2007). Vitamini in minerali demistificirani. McGraw-Hill Professional. str. 242.
• Fosmire, GJ (1990). "Toksičnost cinka". American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225-7.
• Krause J (april 2008). "SPECT in PET dopaminskega transporterja pri motnji pomanjkanja pozornosti / hiperaktivnosti". Strokovnjak Rev. Neurother. 8 (4): 611-625.
• Sulzer D (februar 2011). "Kako odvisne droge motijo ​​presinaptično dopaminsko nevrotransmisijo". Nevron. 69 (4): 628-649.
• Scholze P, Nørregaard L, EA Singer, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (junij 2002). "Vloga cinkovega iona v obratnem transportu, ki ga posredujejo transporterji monoamina". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Transporter humanega dopamina (hDAT) vsebuje endogeno visoko afinitetno Zn2 + vezavno mesto s tremi koordinacijskimi ostanki na svojem zunajceličnem obrazu (His193, His375 in Glu396). ... Torej, ko je Zn2 + so-sproščen z glutamatom, lahko močno poveča iztok dopamina.