Funções de zinco de R. Borgacci

o que

O que é zinco?

O zinco, que é considerado um nutriente essencial para a saúde humana, desempenha inúmeras funções em todo o corpo.

Zinco no corpo humano

O corpo humano contém cerca de 2-4 gramas de zinco. A maior parte está nos órgãos, com maiores concentrações na próstata e nos olhos; Também é abundante no cérebro, músculos, ossos, rins e fígado. O esperma é particularmente rico em zinco, um fator chave para o funcionamento da próstata e para o crescimento dos órgãos reprodutivos.

Funções e Papel Biológico

O zinco parece ter funções e papéis biológicos muito importantes, especialmente na constituição e funcionamento de enzimas, ácidos nucléicos e proteínas de vários tipos. Dentro dos péptidos, os iões de zinco são frequentemente coordenados com as cadeias laterais dos aminoácidos do ácido aspártico, ácido glutâmico, cisteína e histidina. No entanto, a descrição teórica e computacional desta ligação de zinco em proteínas - assim como a de outros metais de transição - é difícil de explicar.

Nos seres humanos, as funções biológicas e os papéis do zinco são onipresentes. Ele interage com uma ampla gama de ligantes orgânicos e tem funções essenciais no metabolismo dos ácidos nucléicos RNA e DNA, na transdução de sinal e na expressão gênica. O zinco também regula a apoptose - morte celular. Um estudo de 2006 estimou que cerca de 10% das proteínas humanas estão relacionadas ao papel biológico do zinco, sem mencionar as centenas de outros fatores peptídicos envolvidos no transporte mineral; um estudo "in silico" similar - simulação computacional - na planta Arabidopsis thaliana encontrou 2367 proteínas ligadas ao zinco.

No cérebro, o zinco é armazenado em vesículas sinápticas específicas de neurônios glutamatérgicos e pode modular a excitabilidade neuronal. Ela desempenha um papel fundamental na plasticidade sináptica e, portanto, na complexa função de aprendizado. A homeostase do zinco também desempenha um papel crítico na regulação funcional do sistema nervoso central. Acredita-se que os desequilíbrios da homeostase do zinco no sistema nervoso central podem resultar em concentrações excessivas de zinco sináptico com potencial:

• Neurotoxicidade, devido ao estresse oxidativo mitocondrial - por exemplo, interrompendo certas enzimas envolvidas na cadeia de transporte de elétrons, como complexo I, complexo III e α-cetoglutarato desidrogenase
• Homeostase prolongada do cálcio
• Excitotoxicidade glutamatérgica neuronal
• Interferência com transdução de sinal intraneuronal.

L- e D- histidina - isômeros do mesmo aminoácido - facilitam a absorção de zinco no cérebro. SLC30A3 - família transportadora de soluto 30 membro 3 ou transportador de zinco 3 - é o principal transportador de zinco envolvido na homeostase mineral cerebral.

enzimas

Entre as muitas funções bioquímicas e funções do zinco, como dissemos, há a constituição da enzima.

O zinco (mais precisamente o íon Zn2 ​​+) é um ácido de Lewis muito eficiente, o que o torna um agente catalítico útil para a hidroxilação e outras reações enzimáticas. Ele também possui uma geometria de coordenação flexível, que permite que as proteínas que o utilizam alterem rapidamente a conformação para realizar várias reações biológicas. Dois exemplos de enzimas contendo zinco são: anidrase carbônica e carboxipeptidase, necessárias para os processos de regulação de dióxido de carbono (CO2) e digestão de proteínas.

Zinco e anidrase carbônica

No sangue dos vertebrados, a enzima anidrase carbônica converte o CO2 em bicarbonato e a mesma enzima transforma o bicarbonato em CO2, exalado posteriormente pelos pulmões. Sem esta enzima, a pH normal do sangue, a conversão ocorreria cerca de um milhão de vezes mais lentamente, ou exigiria um pH de 10 ou mais. A anidrase β-carbono não relacionada é essencial para as plantas para a formação de folhas, a síntese de ácido acético indólico (auxina) e a fermentação alcoólica.

Zinco e carboxipeptidase

A enzima carboxipeptidase cliva as ligações peptídicas durante a digestão de proteínas; mais precisamente, facilita o ataque nucleofílico ao grupo CO do peptídeo, gerando um nucleófilo altamente reativo ou ativando o carbonil para o ataque

da polarização. Também estabiliza o intermediário tetraédrico - ou estado de transição - que

é gerado com o ataque nucleofílico ao carbono carbonílico. Finalmente, deve estabilizar o átomo de

nitrogênio aminado, a fim de torná-lo um grupo apropriado de saída, uma vez que a ligação

foi quebrado.

sinalização

O zinco tem a função de um mensageiro capaz de ativar os caminhos de sinalização. Muitas dessas vias reforçam o crescimento aberrante do câncer. Uma das terapias antineoplásicas prevê o direcionamento de transportadores ZIP (proteína transportadora de zinco-proteína tipo-irt). São proteínas transportadoras de membrana da família de agentes solutos que controlam a transmissão intra-membrana do zinco e regulam suas concentrações intracelular e citoplasmática.

Outras proteínas

O zinco tem uma função estrutural no chamado "dedo de zinco" - ou dedos de zinco, regiões de proteínas específicas que podem se ligar ao DNA. O dedo de zinco faz parte de alguns fatores de transcrição, proteínas que reconhecem sequências de DNA durante os processos de replicação e transcrição.

Os iões de zinco e zinco ajudam a manter a estrutura dos dedos ligando-se de forma coordenada a quatro aminoácidos do factor de transcrição. O fator de transcrição envolve a hélice de DNA e usa as várias porções de "dedo" para se ligar com precisão à sequência alvo.

No plasma sanguíneo, o zinco é ligado e transportado pela albumina (60% - baixa afinidade) e pela transferrina (10%). Este último também transporta ferro, o que reduz a absorção de zinco e vice-versa. Um antagonismo semelhante também ocorre entre o zinco e o cobre. A concentração de zinco no plasma sanguíneo permanece relativamente constante, independentemente da ingestão oral - com alimentos ou suplementos - de zinco. Células glandulares salivares, próstata, sistema imunológico e células do intestino usam sinalização de zinco para se comunicarem entre si.

Em alguns microrganismos, no intestino e no fígado, o zinco pode ser armazenado dentro das reservas de metalotioneína. O MT da célula intestinal é capaz de regular a absorção do zinco alimentar em 15-40%. No entanto, a ingestão inadequada ou excessiva pode ser prejudicial; De fato, devido ao princípio do antagonismo, o excesso de zinco compromete a absorção do cobre.

O transportador de dopamina humano contém um sítio de ligação de alta afinidade para o zinco extracelular que, uma vez saturado, inibe a recaptação de dopamina e amplifica o efluxo de dopamina induzido por anfetamina - in vitro. Os transportadores humanos de serotonina e norepinefrina não contêm locais de ligação ao zinco.

bibliografia

• Maret, Wolfgang (2013). "Capítulo 12. Zinco e Doença Humana". Em Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel. Interrelações entre Íons Metálicos Essenciais e Doenças Humanas. Íons de metal em ciências da vida. 13. Springer. pp. 389-414.
• Prakash A, Bharti K e Majeed AB (abril de 2015). "Zinco: indicações em desordens cerebrais". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131-149.
• Cherasse Y, Urade Y (novembro de 2017). "Dietary Zinc Atua como um Modulador do Sono". Revista Internacional de Ciências Moleculares. 18 (11): 2334. O zinco é o segundo metal traço mais abundante no corpo humano e é essencial para muitos processos biológicos. ... O metal traço é um cofator essencial para mais de 300 enzimas e 1000 fatores de transcrição [16]. ... No sistema nervoso central, o zinco é o segundo metal traço mais abundante e está envolvido em muitos processos. Além de seu papel na atividade enzimática, também desempenha um papel na sinalização celular e na modulação da atividade neuronal.
• Prasad AS (2008). "Zinco na saúde humana: efeito do zinco nas células imunes". Mol. Med. 14 (5-6): 353-7
• O papel do zinco em microorganismos é particularmente revisado em: Sugarman B (1983). "Zinco e infecção". Revisão de Doenças Infecciosas. 5 (1): 137-47.
• Cotton 1999, pp. 625-629
• Ameixa, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "A Toxina Essencial: Impacto do Zinco na Saúde Humana". Int J Environ Res Saúde Pública. 7 (4): 1342-1365.
• Brandt, Erik G.; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Estudo da dinâmica molecular da ligação do zinco às cisteínas em um peptídeo mimetizador do sítio de zinco estrutural da álcool desidrogenase". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975-83
• Rink, L; Gabriel P. (2000). "Zinco e o sistema imunológico". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541-52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Nutrição Protéica e Absorção Mineral. Boca Raton, Flórida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D .; Dwyer, Johanna T.; Feldman, Elaine B. (2007). Manual de Nutrição e Alimentação. Boca Raton, Flórida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (novembro de 2009). "Zinco: o cavalo negro do cérebro". Synapse. 63 (11): 1029-1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Zinco e plasticidade cortical". Brain Res Rev. 59 (2): 347-73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (Maio de 2014). "O papel do zinco na patogenia e no tratamento de doenças do sistema nervoso central (SNC)" Implicações da homeostase do zinco para a adequada função do SNC "(PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369-377. Arquivado (PDF) do original em 29 de agosto de 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, p. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Aspectos bioquímicos, fisiológicos e moleculares da nutrição humana. WB Saunders Company. pp. 1043-1067.
• Greenwood 1997, pp. 1224-1225
• Cohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Efeitos Isotópicos em Química e Biologia. Boca Raton, Flórida: CRC Press. p. 850.
• Greenwood 1997, p. 1225
• Cotton 1999, p. 627
• Gadallah, MAA (2000). "Efeitos do ácido indol-3-acético e zinco sobre o crescimento, potencial osmótico e componentes solúveis de carbono e nitrogênio de plantas de soja crescendo sob déficit hídrico". Jornal de ambientes áridos. 44 (4): 451-467.
• Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Capítulo 17. Alvejando Sinalização de Zinco (II) para Prevenir o Câncer". Em Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO Metal-Drugs: Desenvolvimento e Ação de Agentes Anticancerantes. 18. Berlim: de Gruyter GmbH. pp. 507-529.
• Cotton 1999, p. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Entendendo Nutrição (10ª ed.). Thomson Learning. pp. 447-450
• NRC 2000, p. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F.; Sekler, Israel (2007). "O receptor de detecção de zinco, uma ligação entre zinco e sinalização celular". Medicina Molecular. 13 (7-8): 331-6.
• Cotton 1999, p. 629
• Blake, Steve (2007). Vitaminas e Minerais Desmistificados. McGraw-Hill Professional. p. 242.
• Fosmire, GJ (1990). "Toxicidade de zinco". Revista Americana de Nutrição Clínica. 51 (2): 225-7.
• Krause J (abril de 2008). "SPECT e PET do transportador de dopamina no transtorno de déficit de atenção / hiperatividade". Especialista Rev. Neurother. 8 (4): 611-625.
• Sulzer D (fevereiro de 2011). "Como drogas viciantes interrompem a neurotransmissão pré-sináptica da dopamina". Neuron. 69 (4): 628-649.
• Scholze P, Nørregaard L, Cantor EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (Junho de 2002). "O papel dos íons de zinco no transporte reverso mediado por transportadores de monoamina". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505-21513. O transportador de dopamina humano (hDAT) cont um sio de ligao de Zn2 + endeno de alta afinidade com tr resuos de coordenao na sua face extracelular (His193, His375 e Glu396). ... Assim, quando Zn2 + é co-liberado com glutamato, pode muito bem aumentar o efluxo de dopamina.