Chức năng kẽm của R. Borgacci

Cái gì

Kẽm là gì?

Kẽm, được coi là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sức khỏe con người, thực hiện nhiều chức năng trên khắp cơ thể.

Kẽm trong cơ thể con người

Cơ thể con người chứa khoảng 2-4 gram kẽm. Hầu hết trong số đó là trong các cơ quan, với nồng độ lớn hơn ở tuyến tiền liệt và trong mắt; Nó cũng có nhiều trong não, cơ, xương, thận và gan. Tinh trùng đặc biệt giàu kẽm, một yếu tố quan trọng cho hoạt động của tuyến tiền liệt và cho sự phát triển của các cơ quan sinh sản.

Chức năng và vai trò sinh học

Kẽm dường như có chức năng và vai trò sinh học rất quan trọng, đặc biệt là trong hiến pháp và hoạt động của các enzyme, axit nucleic và protein các loại. Trong các peptide, các ion kẽm thường được phối hợp với các chuỗi bên của các axit amin của axit aspartic, axit glutamic, cysteine ​​và histidine. Tuy nhiên, mô tả lý thuyết và tính toán của liên kết kẽm này trong protein - cũng như của các kim loại chuyển tiếp khác - rất khó để giải thích.

Ở người, chức năng sinh học và vai trò của kẽm rất phổ biến. Nó tương tác với một loạt các phối tử hữu cơ và có các chức năng thiết yếu trong quá trình chuyển hóa các axit nucleic RNA và DNA, trong sự tải nạp tín hiệu và biểu hiện gen. Kẽm cũng điều chỉnh apoptosis - chết tế bào. Một nghiên cứu năm 2006 ước tính rằng khoảng 10% protein của con người có liên quan đến vai trò sinh học của kẽm, chưa kể hàng trăm yếu tố peptide khác liên quan đến vận chuyển khoáng sản; một nghiên cứu "trong silico" tương tự - mô phỏng máy tính - trong cây Arabidopsis thaliana đã tìm thấy 2367 protein liên kết với kẽm.

Trong não, kẽm được lưu trữ trong các túi synap cụ thể của các tế bào thần kinh glutamatergic và có thể điều chỉnh sự kích thích tế bào thần kinh. Nó đóng một vai trò quan trọng trong tính dẻo synap và do đó trong chức năng học tập phức tạp. Cân bằng nội môi kẽm cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chức năng của hệ thống thần kinh trung ương. Người ta tin rằng sự mất cân bằng của cân bằng nội môi kẽm trong hệ thống thần kinh trung ương có thể dẫn đến nồng độ kẽm synap quá mức với tiềm năng:

• Độc tính thần kinh, do căng thẳng oxy hóa ty thể - ví dụ, bằng cách làm gián đoạn một số enzyme liên quan đến chuỗi vận chuyển điện tử, như phức I, phức hợp III và α-ketoglutarate dehydrogenase
• Cân bằng nội môi canxi kéo dài
• Độc tính kích thích thần kinh glutamatergic
• Sự can thiệp với sự truyền tín hiệu bên trong.

L- và D- histidine - các chất đồng phân của cùng một axit amin - tạo điều kiện cho việc hấp thụ kẽm vào não. SLC30A3 - chất mang gia đình hòa tan 30 thành viên 3 hoặc chất vận chuyển kẽm 3 - là chất mang kẽm chính liên quan đến cân bằng nội môi khoáng sản não.

enzyme

Trong số nhiều chức năng sinh hóa và vai trò của kẽm, như chúng ta đã nói, có hiến pháp enzyme.

Kẽm (chính xác hơn là ion Zn2 ​​+) là một axit Lewis rất hiệu quả, làm cho nó trở thành một chất xúc tác hữu ích cho quá trình hydroxyl hóa và các phản ứng enzyme khác. Nó cũng có hình dạng phối hợp linh hoạt, cho phép các protein sử dụng nó để nhanh chóng thay đổi cấu trúc để thực hiện các phản ứng sinh học khác nhau. Hai ví dụ về enzyme có chứa kẽm là: carbonic anhydrase và carboxypeptidase, cần thiết cho các quá trình điều hòa carbon dioxide (CO2) và tiêu hóa protein.

Kẽm và carbon anhydrase

Trong máu của động vật có xương sống, enzyme carbonic anhydrase chuyển đổi CO2 thành bicarbonate và cùng loại enzyme biến đổi bicarbonate thành CO2 sau đó được thở ra qua phổi. Không có enzyme này, ở pH máu bình thường, quá trình chuyển đổi sẽ diễn ra chậm hơn khoảng một triệu lần, hoặc nó sẽ yêu cầu độ pH từ 10 trở lên. Không liên quan β-carbon anhydrase rất cần thiết cho cây để hình thành lá, tổng hợp axit indolic acetic (auxin) và lên men rượu.

Kẽm và carboxypeptidase

Enzym carboxypeptidase cắt các liên kết peptide trong quá trình tiêu hóa protein; chính xác hơn, nó tạo điều kiện cho cuộc tấn công nucleophin vào nhóm CO của peptide, tạo ra một nucleophile có khả năng phản ứng cao hoặc kích hoạt carbonyl cho cuộc tấn công

từ sự phân cực. Nó cũng ổn định trạng thái trung gian tứ diện - hoặc trạng thái chuyển tiếp - đó

nó được tạo ra với cuộc tấn công nucleophilic thành carbonyl carbon. Cuối cùng, nó phải ổn định nguyên tử của

amide nitơ để làm cho nó trở thành một nhóm đi thích hợp, một khi liên kết CN là

đã bị phá vỡ.

tín hiệu

Kẽm có chức năng của một sứ giả có thể kích hoạt các đường dẫn tín hiệu. Nhiều trong số các con đường này củng cố sự phát triển bất thường của bệnh ung thư. Một trong những liệu pháp chống ung thư cung cấp cho việc nhắm mục tiêu của băng tải ZIP (protein giống như irt - protein vận chuyển kẽm). Chúng là các protein vận chuyển màng của gia đình của các tác nhân hòa tan kiểm soát việc truyền kẽm trong màng và điều chỉnh nồng độ nội bào và tế bào chất của nó.

Các protein khác

Kẽm có chức năng cấu trúc trong cái gọi là "ngón tay kẽm" - hay ngón tay kẽm, vùng protein cụ thể có thể liên kết DNA. Ngón tay kẽm tạo thành một phần của một số yếu tố phiên mã, protein nhận ra trình tự DNA trong quá trình sao chép và sao chép.

Các ion ngón tay kẽm kẽm giúp duy trì cấu trúc ngón tay bằng cách liên kết theo cách phối hợp với bốn axit amin trong yếu tố phiên mã. Yếu tố phiên mã bao bọc chuỗi xoắn DNA và sử dụng các phần "ngón tay" khác nhau để liên kết chính xác với chuỗi mục tiêu.

Trong huyết tương, kẽm bị ràng buộc và vận chuyển bởi albumin (60% - ái lực thấp) và bằng transferrin (10%). Loại thứ hai cũng mang sắt, làm giảm sự hấp thụ kẽm và ngược lại. Một sự đối kháng tương tự cũng xảy ra giữa kẽm và đồng. Nồng độ kẽm trong huyết tương vẫn tương đối ổn định bất kể lượng uống - với thực phẩm hoặc chất bổ sung - của kẽm. Các tế bào tuyến nước bọt, tuyến tiền liệt, hệ thống miễn dịch và tế bào ruột sử dụng tín hiệu kẽm để liên lạc với nhau.

Trong một số vi sinh vật, trong ruột và trong gan, kẽm có thể được lưu trữ bên trong dự trữ metallicothionein. Tế bào ruột MT có khả năng điều chỉnh sự hấp thụ kẽm thực phẩm từ 15 đến 40%. Tuy nhiên, uống không đủ hoặc quá mức có thể gây hại; trong thực tế, do nguyên tắc đối kháng, kẽm dư thừa làm ảnh hưởng đến sự hấp thụ của đồng.

Chất vận chuyển dopamine ở người chứa một vị trí gắn ái lực cao với kẽm ngoại bào, một khi đã bão hòa, ức chế tái hấp thu dopamine và khuếch đại dòng chảy dopamine gây ra bởi amphetamine - in vitro. Chất vận chuyển serotonin và norepinephrine của con người không chứa các vị trí gắn kẽm.

Tài liệu tham khảo

• Maret, Wolfgang (2013). "Chương 12. Kẽm và bệnh ở người". Trong Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Mối liên quan giữa các ion kim loại thiết yếu và bệnh ở người. Các ion kim loại trong khoa học sự sống. 13. Mùa xuân. pp. 389-414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (tháng 4 năm 2015). "Kẽm: chỉ định trong rối loạn não". Fundam Clinic Pharmacol. 29 (2): 131-149.
• Cherasse Y, Urade Y (tháng 11 năm 2017). "Kẽm ăn kiêng như một bộ điều biến giấc ngủ". Tạp chí khoa học phân tử quốc tế. 18 (11): 2334. Kẽm là kim loại vi lượng phổ biến thứ hai trong cơ thể con người, và rất cần thiết cho nhiều quá trình sinh học. ... Kim loại vi lượng là một đồng yếu tố thiết yếu cho hơn 300 enzyme và 1000 yếu tố phiên mã [16]. ... Trong hệ thống thần kinh trung ương, kẽm là kim loại vi lượng dồi dào thứ hai và tham gia vào nhiều quá trình. Ngoài vai trò của nó trong hoạt động enzyme, nó cũng đóng một vai trò trong việc truyền tín hiệu tế bào và điều chế hoạt động của tế bào thần kinh.
• Prasad NHƯ (2008). "Kẽm trong sức khỏe con người: Tác dụng của kẽm đối với tế bào miễn dịch". Mol. Med 14 (5-6): 353-7
• Vai trò của kẽm trong vi sinh vật được xem xét đặc biệt trong: Sugarman B (1983). "Kẽm và nhiễm trùng". Đánh giá các bệnh truyền nhiễm. 5 (1): 137-47.
• Bông 1999, trang. 625-629
• Mai, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Chất độc thiết yếu: Tác động của kẽm đối với sức khỏe con người". Int J Envir Res Sức khỏe cộng đồng. 7 (4): 1342-1365.
• Brandt, Erik G .; Hellgren, Mikko; Brinck, xé; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Nghiên cứu động lực học phân tử liên kết kẽm với cystein trong một peptide bắt chước của vị trí kẽm cấu trúc rượu dehydrogenase". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975-83
• Rink, L.; Gabriel P. (2000). "Kẽm và hệ thống miễn dịch". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541-52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Dinh dưỡng protein và hấp thụ khoáng chất. Boca Raton, Florida: Báo chí CRC.
• Berdanier, Carolyn D .; Dwyer, Johanna T .; Feldman, Elaine B. (2007). Cẩm nang dinh dưỡng và thực phẩm. Boca Raton, Florida: Báo chí CRC.
• Bitanihirwe BK, Cickyham MG (tháng 11 năm 2009). "Kẽm: con ngựa đen của não". Synapse. 63 (11): 1029-1049.
• Nakashima NHƯ; Dyck rh (2009). "Kẽm và vỏ dẻo". Brain Res Rev 59 (2): 347-73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (tháng 5 năm 2014). "Vai trò của kẽm trong mầm bệnh và điều trị các bệnh về hệ thần kinh trung ương (CNS)" Ý nghĩa của cân bằng nội môi kẽm đối với chức năng CNS thích hợp "(PDF). Acta. Dược sĩ 71 (3): 369-377. Lưu trữ (PDF) từ bản gốc vào ngày 29 tháng 8 năm 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, tr. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Các khía cạnh sinh hóa, sinh lý & phân tử của dinh dưỡng con người. Công ty WB Saunders. pp. 1043-1067.
• Greenwood 1997, trang. 1224-1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Hiệu ứng đồng vị trong hóa học và sinh học. Boca Raton, Florida: Báo chí CRC. p. 850.
• Gỗ xanh 1997, tr. 1225
• Bông 1999, tr. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Ảnh hưởng của axit indole-3-acetic và kẽm đến sự tăng trưởng, tiềm năng thẩm thấu và các thành phần carbon và nitơ hòa tan của cây đậu tương đang phát triển trong điều kiện thiếu nước". Tạp chí môi trường khô cằn. 44 (4): 451-467.
• Ziliotto, Silvia; Ôi, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Chương 17. Nhắm mục tiêu báo hiệu kẽm (II) để ngăn ngừa ung thư". Trong Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Người tự do, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: Sự phát triển và hành động của các tác nhân chống ung thư. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. pp. 507-529.
• Bông 1999, tr. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Hiểu về dinh dưỡng (lần thứ 10). Học Thomson. pp. 447-450
• NRC 2000, tr. 447
• Hershfinkel, Michal; Người bạc, William F.; Sekler, Israel (2007). "Receptor cảm biến kẽm, một liên kết giữa kẽm và tín hiệu tế bào". Y học phân tử. 13 (7-8): 331-6.
• Bông 1999, tr. 629
• Blake, Steve (2007). Vitamin và khoáng chất làm sáng tỏ. McGraw-Hill chuyên nghiệp. p. 242.
• Fosmire, GJ (1990). "Độc tính kẽm". Tạp chí Dinh dưỡng lâm sàng Hoa Kỳ. 51 (2): 225-7.
• Krause J (tháng 4 năm 2008). "SPECT và PET của người vận chuyển dopamine trong rối loạn thiếu tập trung / hiếu động thái quá". Chuyên gia Rev. Thần kinh. 8 (4): 611-625.
• Sulzer D (tháng 2 năm 2011). "Làm thế nào các loại thuốc gây nghiện phá vỡ sự dẫn truyền thần kinh dopamine trước tuổi". Neuron. 69 (4): 628-649.
• Scholze P, Nørregaard L, Ca sĩ EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (tháng 6/2002). "Vai trò của các ion kẽm trong vận chuyển ngược qua trung gian bởi các chất vận chuyển monoamin". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Chất vận chuyển dopamine ở người (hDAT) chứa vị trí gắn kết Zn2 + có ái lực cao nội sinh với ba dư lượng phối hợp trên mặt ngoại bào của nó (His193, His375 và Glam394). ... Do đó, khi Zn2 + được đồng phát hành với glutamate, nó cũng có thể làm tăng dòng chảy của dopamine.