R.Borgaccin sinkkitoiminnot

Mikä

Mikä on sinkki?

Sinkki, jota pidetään olennaisena ravintoaineena ihmisten terveydelle, suorittaa lukuisia tehtäviä koko kehossa.

Sinkki ihmiskehossa

Ihmiskehossa on noin 2–4 grammaa sinkkiä. Suurin osa siitä on elimistössä, suurempia pitoisuuksia eturauhasessa ja silmissä; se on myös runsaasti aivoissa, lihaksissa, luissa, munuaisissa ja maksassa. Siittiöt ovat erityisen runsaasti sinkkiä, mikä on keskeinen tekijä eturauhasen toiminnassa ja lisääntymiselinten kasvussa.

Toiminnot ja biologinen rooli

Sinkillä näyttää olevan hyvin tärkeitä biologisia toimintoja ja rooleja, erityisesti entsyymien, nukleiinihappojen ja erilaisten proteiinien muodostamisessa ja toiminnassa. Peptideissä sinkki-ionit koordinoidaan usein asparagiinihapon, glutamiinihapon, kysteiinin ja histidiinin aminohappojen sivuketjuihin. Kuitenkin teoreettista ja laskennallista kuvausta tämän sinkin sidoksesta proteiineissa - samoin kuin muiden siirtymämetallien - on vaikea selittää.

Ihmisissä sinkin biologiset toiminnot ja roolit ovat kaikkialla. Se on vuorovaikutuksessa monenlaisten orgaanisten ligandien kanssa ja sillä on olennaiset toiminnot RNA: n ja DNA-nukleiinihappojen metaboliassa, signaalin transduktiossa ja geeniekspressiossa. Sinkki säätelee myös apoptoosia - solukuolemaa. Vuoden 2006 tutkimuksessa on arvioitu, että noin 10% ihmisen proteiineista liittyy sinkin biologiseen rooliin, puhumattakaan sadoista muista mineraaliliikenteeseen liittyvistä peptiditekijöistä; samankaltainen "in silico" -tutkimus - tietokoneen simulointi - Arabidopsis thalianan tehtaalla löysi 2367 sinkkiin sitoutunutta proteiinia.

Aivoissa sinkkiä tallennetaan glutamatergisten hermosolujen spesifisiin synaptisiin vesikkeleihin ja ne voivat moduloida hermosärkyvyyttä. Sillä on keskeinen rooli synaptisessa plastisuudessa ja siksi monimutkaisessa oppimisfunktiossa. Sinkin homeostaasilla on myös keskeinen rooli keskushermoston toiminnallisessa säätelyssä. Uskotaan, että keskushermostoon kohdistuva sinkin homeostaasin epätasapaino voi aiheuttaa liiallisia synaptisen sinkin pitoisuuksia, joilla on potentiaalia:

• Neurotoksisuus, joka johtuu mitokondrioiden hapettavasta stressistä - esimerkiksi keskeyttämällä tietyt entsyymit, jotka osallistuvat elektronin kuljetusketjuun, kuten kompleksi I, kompleksi III ja a-ketoglutaraattidehydrogenaasi
• Kalsiumin homeostaasin epätasaisuus
• Glutammaterginen neuronaalinen eksitotoksisuus
• Häiriöt intranuronaalisessa signaalitransduktiossa.

L- ja D-histidiini - saman aminohapon isomeerit - helpottavat sinkin imeytymistä aivoissa. SLC30A3 - liukoisen kantajan perheen 30 jäsen 3 tai sinkkikuljetin 3 - on tärkein sinkkikantaja, joka osallistuu aivojen mineraalien homeostaasiin.

entsyymit

Sinkin monista toiminnoista ja bio-kemiallisista rooleista olemme sanoneet, että on olemassa entsyymien muodostuminen.

Sinkki (tarkemmin sanottuna Zn2 + -ioni) on erittäin tehokas Lewisin happo, ominaisuus, joka tekee siitä katalyyttisen aineen, joka on käyttökelpoinen hydroksyloinnissa ja muissa entsymaattisissa reaktioissa. Siinä on myös joustava koordinaatiometria, joka mahdollistaa sen käyttävät proteiinit muuttamaan nopeasti konformaatiota eri biologisten reaktioiden suorittamiseksi. Kaksi esimerkkiä sinkkiä sisältävistä entsyymeistä ovat: hiilihappoanhydraasi ja karboksipeptidaasi, jotka ovat välttämättömiä hiilidioksidin (CO2) säätelyn ja proteiinien pilkkomisen prosesseille.

Sinkki ja hiilihappoanhydraasi

Selkärankaisten veressä entsyymi hiilihappoanhydraasi muuttaa hiilidioksidia bikarbonaatiksi ja sama entsyymi muuttaa bikarbonaatin hiilidioksidiksi, jonka jälkeen se uloshengitetään keuhkojen läpi. Ilman tätä entsyymiä normaalissa veren pH: ssa konversio tapahtuisi noin miljoona kertaa hitaammin tai vaatisi pH: n 10 tai enemmän. Epäpuhdas β-hiilihappoanhydraasi on välttämätön kasveille lehtien muodostumisen, etikkahapon (auksiinin) synteesin ja alkoholikäymisen vuoksi.

Sinkki ja karboksipeptidaasi

Karboksipeptidaasientsyymi hajottaa peptidisidokset proteiinien pilkkomisen aikana; tarkemmin sanottuna se helpottaa nukleofiilistä hyökkäystä peptidin CO-ryhmään, jolloin muodostuu erittäin reaktiivinen nukleofiili tai aktivoituu karbonyyli hyökkäykseen

polarisoimalla. Se myös vakauttaa tetraedrisen välitilan - tai siirtymävaiheen - joka

se tuotetaan nukleofiilisellä hyökkäyksellä karbonyylihiiltä. Lopuksi sen täytyy stabiloida atomin

amidityppi siten, että se on sopiva lähtevä ryhmä, kun CN-sidos on

rikki.

signalointi

Sinkillä on viestinväline, joka pystyy aktivoimaan signalointireittejä. Monet näistä reiteistä vahvistavat syövän kasvua. Yksi syövän vastaisista terapioista koskee ZIP-kuljettajien kohdistamista (irtimainen proteiini - sinkkisiirtoproteiini). Nämä ovat liuenneen kuljettimen perheen kalvonsiirtoproteiineja, jotka kontrolloivat kalvon sisäistä sinkkitoimitusta ja säätelevät sen solunsisäistä ja sytoplasmista pitoisuutta.

Muut proteiinit

Sinkillä on rakenteellinen rooli ns. "Sinkkisormella" - tai sinkkisormilla, spesifisillä proteiinialueilla, jotka kykenevät sitomaan DNA: ta. Sinkkisormi on osa joitakin transkriptiotekijöitä, proteiineja, jotka tunnistavat DNA-sekvenssit replikaation ja transkriptioprosessien aikana.

Sinkkisormisten sinkki-ionit auttavat ylläpitämään sormirakennetta sitomalla koordinoidusti neljä aminohappoa transkriptiotekijässä. Transkriptiotekijä käärii DNA-heliksin ja käyttää erilaisia ​​"sormenosia" sitoutumaan tarkasti kohdesekvenssiin.

Veriplasmassa sinkki sidotaan ja kuljetetaan albumiinilla (60% alhainen affiniteetti) ja transferriinillä (10%). Jälkimmäisessä on myös rautaa, joka vähentää sinkin imeytymistä ja päinvastoin. Samanlainen antagonismi esiintyy myös sinkin ja kuparin välillä. Sinkin pitoisuus veriplasmassa säilyy suhteellisen vakiona riippumatta siitä, onko sinkki suun kautta otettu - ruoan tai ravintolisien kanssa. Sylkirauhasissa, eturauhasessa, immuunijärjestelmässä ja suolistossa olevat solut käyttävät sinkkisignalointia kommunikoimaan keskenään.

Joissakin mikro-organismeissa, suolistossa ja maksassa, sinkkiä voidaan säilyttää metallotioneiinireserveissä. Suolen solu MT pystyy säätelemään ruoan sinkin imeytymistä 15-40%. Riittämätön tai liiallinen saanti voi kuitenkin olla haitallista; Itse asiassa antagonismin periaatteen vuoksi sinkki ylittää kuparin imeytymisen.

Ihmisen dopamiinin kuljettaja sisältää korkean affiniteettisen sitoutumiskohdan solunulkoiselle sinkille, joka kerran tyydyttyneenä inhiboi dopamiinin takaisinottoa ja vahvistaa amfetamiinin aiheuttamaa dopamiinin effluxia in vitro. Ihmisen serotoniinin ja norepinefriinin kuljettajat eivät sisällä sinkkiä sitovia kohtia.

bibliografia

• Maret, Wolfgang (2013). "Luku 12. Sinkki ja ihmisen tauti". Astrid Sigelissä; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Eteeristen metalli-ionien ja ihmisen sairauksien väliset suhteet. Metalli-ionit biotieteissä. 13. Springer. ss. 389-414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (huhtikuu 2015). "Sinkki: aivosairauksien indikaatiot". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131–149.
• Cherasse Y, Urade Y (marraskuu 2017). "Ravitsemukselliset sinkkitoiminnot unenmodulaattorina". International Journal of Molecular Sciences. 18 (11): 2334. Sinkki on toiseksi runsain jäljitelmämetalli ihmiskehossa, ja se on välttämätön monille biologisille prosesseille. ... Hivenmetalli on välttämätön kofaktori yli 300 entsyymille ja 1000 transkriptiotekijälle [16]. ... Keskushermostoon sinkki on toiseksi suurin runsaasti jäljitettävää metallia ja se on mukana monissa prosesseissa. Sillä on myös merkittävä rooli solun signaloinnissa ja neuronaalisen aktiivisuuden moduloinnissa.
• Prasad AS (2008). "Sinkki ihmisen terveydessä: sinkin vaikutus immuunisoluihin". Mol. Med. 14 (5–6): 353–7
• Sinkin roolia mikro-organismeissa tarkastellaan erityisesti seuraavissa asioissa: Sugarman B (1983). "Sinkki ja infektio". Tartuntatautien katsaus. 5 (1): 137–47.
• Cotton 1999, ss. 625-629
• Luumu, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "Tärkein toksiini: sinkin vaikutus ihmisen terveyteen". Int J Environ Res Public Health. 7 (4): 1342 - 1365.
• Brandt, Erik G .; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Sinkin sitoutumisen kysteiinien molekyylidynamiikkatutkimus alkoholidehydrogenaasirakenteen sinkkipaikan peptidimimeoksessa". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975 - 83
• Rink, L .; Gabriel P. (2000). "Sinkki ja immuunijärjestelmä". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541 - 52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Proteiinien ravinto ja kivennäisaineiden imeytyminen. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D .; Dwyer, Johanna T .; Feldman, Elaine B. (2007). Ravitsemus- ja elintarvikekäsikirja. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (marraskuu 2009). "Sinkki: aivojen tumma hevonen". Synapsi. 63 (11): 1029–1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Sinkki ja kortikaalinen plastisuus". Brain Res Rev. 59 (2): 347 - 73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (toukokuu 2014). "Sinkin rooli keskushermoston (CNS) sairauksien patogeneesissä ja hoidossa. Sinkin homeostaasin vaikutukset oikeaan CNS-toimintoon" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369 - 377. Arkistoitu (PDF) alkuperäisestä 29.8.2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, s. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Ihmisen ravitsemuksen biokemialliset, fysiologiset ja molekyyliset näkökohdat. WB Saunders Company. ss. 1043-1067.
• Greenwood 1997, sivut. 1224-1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Isotooppivaikutukset kemiassa ja biologiassa. Boca Raton, Florida: CRC Press. s. 850.
• Greenwood 1997, s. 1225
• Cotton 1999, p. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Indoli-3-etikkahapon ja sinkin vaikutukset veden vajavaisuudessa kasvavien soijapapujen kasvun, osmoottisen potentiaalin ja liukoisten hiili- ja typpikomponenttien suhteen". Päiväkirja Arid Environments. 44 (4): 451 - 467.
• Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Luku 17. Sinkin kohdistaminen (II) Signalointi syöpään estämiseksi". Julkaisussa Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: syöpälääkkeiden kehittäminen ja toiminta. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. ss. 507-529.
• Cotton 1999, p. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Ymmärtäminen Nutrition (10. painos). Thomson Learning. ss. 447-450
• NRC 2000, s. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F .; Sekler, Israel (2007). "Sinkkiherkkyysreseptori, linkki sinkin ja solun signaloinnin välillä". Molekyylilääketiede. 13 (7–8): 331–6.
• Cotton 1999, p. 629
• Blake, Steve (2007). Vitamiinit ja mineraalit demystifioitiin. McGraw-Hill Professional. s. 242.
• Fosmire, GJ (1990). "Sinkin myrkyllisyys". American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225 - 7.
• Krause J (huhtikuu 2008). "Dopamiini-transporterin SPECT- ja PET-taudin havaitsemis- ja hyperaktiivisuushäiriö". Neurother. 8 (4): 611 - 625.
• Sulzer D (helmikuu 2011). "Miten riippuvuutta aiheuttavat lääkkeet häiritsevät presynaptista dopamiinin neurotransmissiota". Neuron. 69 (4): 628–649.
• Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (kesäkuu 2002). "Sinkki-ionin rooli monoamiinin kuljettajien välittämässä käänteisessä kuljetuksessa". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. Ihmisen dopamiini-transporteri (hDAT) sisältää endogeenisen suuren affiniteetin Zn2 ​​+ -sidoskohdan, jossa on kolme koordinoivaa tähteitä sen solunulkoisessa kasvossa (His193, His375 ja Glu396). ... Kun Zn2 ​​+ vapautuu yhdessä glutamaatin kanssa, se voi suuresti lisätä dopamiinin ulosvirtausta.