Цинк биологическая роль: Цинк – незаменимый микроэлемент для организма человека

Содержание

Цинк – незаменимый микроэлемент для организма человека

Уже в 1963 г. важность цинка для здоровья и жизнедеятельности человека не вызывала сомнений, хотя на тот момент науке было известно лишь три кишечных фермента, кофактором которых выступает цинк. Сегодня мы знаем более чем о 300 ферментах и более 100 вариантах транскрипционных факторов, в которых цинк выполняет роль кофактора.

Цинк может депонироваться в организме человека в ограниченных количествах, в связи с чем для поддержания его жизненно необходимого уровня надо систематически употреблять продукты или биологически активные добавки к пище, содержащие цинк.

От хронической недостаточности цинка страдают около 2 млрд человек. Обычно это связано с несбалансированным питанием и чрезмерным употреблением злаковых, содержащих соли фитиновой кислоты. К недостаточности цинка может привести наличие у человека, помимо прочих заболеваний, синдрома мальабсорбции и серповидно-клеточной анемии, а также хроническое поражение печени и почек. К другим причинам относят период беременности, кормления грудью, веганство (полный отказ от пищи животного происхождения) и алкогольную зависимость.

Хроническая недостаточность цинка приводит к задержке роста у детей, иммунодефициту и когнитивным расстройствам. Снижение иммунитета сопровождается частыми повторными инфекционными заболеваниями, что значительно сокращает продолжительность жизни человека. Кроме того, повышается чувствительность к инфекционным агентам, возрастает частота возникновения дерматитов, а скорость заживления ран замедляется. В частности, стоит отметить, что у людей пожилого возраста недостаток цинка вызывает ингибирование биосинтеза белка, приводя к уменьшению количества мышечной и увеличению – жировой ткани.

Польза для здоровья. Системное воздействие

Цинк является эффективным иммуностимулятором. Он выступает в качестве «вторичного посредника» иммунных клеток и значительно уменьшает длительность простудных заболеваний. К тому же достаточное снабжение цинком зрительных структур обеспечивает правильное восприятие световых стимулов на сетчатке и снижает риск развития возрастной макулодистрофии.

Антиоксидантный эффект цинка играет решающую роль в уменьшении выраженности окислительного стресса, который может стать причиной повреждения ДНК, и, таким образом, данный микроэлемент снижает риск развития рака.

Хронический недостаток цинка приводит к появлению или усугублению неврологических и психических расстройств, таких как депрессия и шизофрения, а также нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Альцгеймера, Паркинсона или бокового амиотрофического склероза.

Давно известна ключевая роль цинка в синтезе тестостерона и в сперматогенезе, из чего можно сделать вывод, что данный микроэлемент необходим мужчинам в период половой активности.

Антибактериальный эффект

Противовоспалительное, ранозаживляющее, антиоксидантное и антибактериальное действие цинка обеспечивает его универсальность в качестве добавки к средствам личной гигиены, продуктам для ухода за кожей и полостью рта.

Так, например, для лечения различных форм угревой сыпи применяют препараты, содержащие соли цинка и, в частности, цинка оксид. Отметим, что эффективность напрямую зависит от размера частиц соли: чем он меньше, тем сильнее подавляет рост бактерий.

Содержащие цинк солнцезащитные продукты способствуют уменьшению выраженности оксидантного стресса, неизбежного при сильном воздействии на кожу солнечного излучения. В то же время микронизированный цинка оксид достаточно эффективно поглощает и отражает длинноволновое УФА-излучение, дополнительно создавая физическую защиту для кожи.

Добавление солей цинка в зубную пасту или жидкости для полоскания рта обеспечивает защиту жевательной поверхности зубов до 2 – 3 ч после нанесения за счет связывания со слизистыми оболочками элементами слюны и мембранами бактерий. В течение этого времени цинк блокирует специфические рецепторы на мембране бактерий, значительно подавляя их распространение и размножение, таким образом уменьшая выраженность неприятного запаха изо рта.

Необходимая доза цинка в разных возрастных группах

Детям и подросткам цинк необходим для нормального роста. Он способствует непрерывному биосинтезу белка, обеспечивая лучшее развитие мышечной массы и нервной системы. Мужчинам в период половой активности цинк нужен для поддержания нормальной сексуальной функции и уровня тестостерона. В некоторых случаях мужчины с идиопатическим бесплодием при увеличении количества потребляемого цинка могут восстановить репродуктивную функцию.

Людям старшего возраста потребление цинка помогает предотвратить развитие возрастной макулодистрофии и нейродегенеративных заболеваний.

Цинк и его биологическая роль

Обратно в Витамины и минералы

Обмен веществ

Здоровье половой системы

Антиоксидант

Эндокринная система

Красота и здоровье кожи

Рост и развитие

Иммунитет

Дневная норма потребления

 

Мужчины

12

мг

 

Мужчины старше 60 лет

12

мг

 

Женщины

12

мг

 

Женщины старше 60 лет

12

мг

 

Беременные (2-я половина)

15

мг

 

Кормящие (1-6 мес.)

15

мг

 

Кормящие (7-12 мес.)

15

мг

 

Младенцы (0-3 мес.)

3

мг

 

Младенцы (4-6 мес.)

3

мг

 

Младенцы (7-12 мес.)

4

мг

 

Дети (1-3 года)

5

мг

 

Дети (3-7 лет)

8

мг

 

Дети (7-11 лет)

10

мг

 

Мальчики (11-14 лет)

12

мг

 

Девочки (11-14 лет)

12

мг

 

Юноши (14-18 лет)

12

мг

 

Девушки (14-18 лет)

12

мг

Цинк относится к эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет 1,5-2 г.
Преимущественно цинк находится в скелетных мышцах (63% всего цинка).
Значительные концентрации цинка обнаружены в коже, волосах, костной ткани, печени, сетчатке глаза, предстательной железе.

Биологическая роль цинка

  • является компонентом многих ферментов в организме (известно более 300)
  • влияет на рост клеток, особенно во время их репродукции и дифференциации
  • участвует в обмене нуклеиновых кислот, транскрипции
  • участвует в обмене белков
  • участвует в обмене витамина А
  • поддерживает концентрацию витамина Е в крови, в т.ч. облегчая его всасывание
  • участвует в связывании некоторых гормонов с соответствующими рецепторами
  • поддерживает репродуктивную функцию
  • участвует в кроветворении
  • участвует в процессах регенерации кожи, секреции сальных желез
  • участвует в росте ногтей, волос
  • повышает иммунитет
  • снижает эффект токсических веществ
  • участвует в работе вкусовых и обонятельных рецепторов

Пищевые источники цинка

Наиболее богатыми источниками цинка являются устрицы, омары, мясо (особенно говядина), баранина, печень. Также важными источниками цинка являются рыба, молоко, пшеница (зародыши и отруби), кунжут, семена мака, сельдерей, горчица, бобы, орехи, миндаль, семена тыквы и подсолнечника, черная смородина, кукуруза, яблоки, груши, слива, вишня, картофель, капуста, свекла, морковь.

Дефицит цинка

Причины дефицита цинка

  • недостаточное поступление с пищевыми продуктами
  • нарушение всасывания (в т.ч. при вегетарианстве)
  • повышенная потребность во время беременности, грудного вскармливания и пр.
  • хронические заболевания печени, почек и желудочно-кишечного тракта
  • серповидно-клеточная анемия
  • сахарный диабет
  • злокачественные опухоли
  • послеоперационный период, ожоги
  • алкоголизм
  • прием лекарственных средств (эстрогенов, кортикостероидов, диуретиков и др.)
  • избыточное поступление меди, свинца, кадмия, ртути
  • глистные инвазии

Последствия дефицита цинка

  • повышенная утомляемость, раздражительность, нарушение памяти и сна, гиперактивность, депрессия
  • задержка роста
  • диспепсические нарушения (диарея), нарушение аппетита
  • импотенция и задержка полового созревания
  • замедление роста волос, перхоть, алопеция
  • поражения глаз (снижение остроты зрения) и кожи (высыпания)
  • снижение иммунитета
  • нарушение обмена углеводов
  • нарушение репродуктивных функций, тератогеннный эффект
  • анемия
  • потеря вкусовых ощущений, обоняния
  • снижение массы тела
  • медленное заживление ран
  • расслаивание ногтей, появление на них белых пятен
  •  повышается риск развития сахарного диабета
  • аденома простаты
  • преждевременные роды, рождение ослабленных детей, стерильность у женщин
  • аллергические реакции
  • увеличение риска развития опухолевых заболеваний
  • раннее старение
  • накопление железа, меди, кадмия, свинца

Избыток цинка

Причины избытка цинка

  • избыточное поступление с пищевыми продуктами и водой
  • работа во вредных условиях труда (связанных с цинком) и проживание в экологически неблагополучном месте
  • использование лекарственных средств, содержащих цинк (в т.ч. цинковых мазей)
  • нарушение обмена

Последствия избытка цинка

  • снижение иммунитета, аутоиммунные реакции
  • поражения кожи, волос, ногтей
  • диспепсические нарушения, боли в желудке
  • снижение содержания в организме железа, меди
  • снижение функций предстательной и поджелудочной железы, функции печени

Суточная потребность в цинке: 12 мг


Обратно в Витамины и минералы

Биологическая роль микроэлементов — Fe, Zn, Cu (лекция 4) – тема научной статьи по клинической медицине читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

ЛЕКПИИ

© КОЛЕСНИЧЕНКО Л.С. —

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ — Ее, Ъъ, Си (лекция 4)

Л.С. Колесниченко

(Иркутский государственный медицинский университет, ректор — проф. Л.Л. Майборода, кафедра бионеорганинеской и биоорганинеской химии, зав. — проф. Л.С. Колесниченко)

Резюме. Описаны содержание в организме человека Ре, /.п, Си, их поступление, распределение, выведение, суточная потребность, источники, функции и наиболее важные нарушения.

Ключевые слова. Железо, цинк, медь.

ЖЕЛЕЗО

Поступление, распределение, депонирование, выведение

Общее содержание железа в организме взрослого человека составляет примерно 4 г (3,5—4,5 г, или 70 ммоль). Суточный прием железа для мужчин равен 10 мг, для женщин — 18 мг (в период беременности — 38 мг, лактации — 33 мг). Эритроциты содержат 65—70% всего железа, запасы железа (главным образом в селезенке, печени и костном мозге) составляют около 25%, миоглобин и другие гемпротеины -4-5%, надолго всех содержащих железо ферментов приходится около 0,6%. Общее содержание железа в плазме около 20 мг, из них 4 мг — железо, связанное с трансферри-ном, 7 мг — свободно циркулирующее железо и 9 мг — другие соединения железа. В пище железо в основном находится в окисленном состоянии (Ре3+) и входит в состав белков или солей органических кислот. Освобождению железа из солей способствует кислая среда желудочного сока. Аскорбиновая кислота и другие восстанавливающие вещества, содержащиеся в пище, восстанавливают Ре’* в Ре24, что значительно улучшает его всасывание, тогда как фитат, фосфаты и оксалаты образуют с железом нерастворимые комплексы и уменьшают его поступление в организм. Поэтому всасывание железа из животной пиши больше, чем из растительной. В суточном рационе обычно содержится 15—20 мг железа, а всасывается около 10 % от этого количества. Основные источники: печень, красное мясо, яйца, грибы, пивные дрожжи, семена тыквы, какао, фанат, яблоки и др. Всасывание определяется состоянием запасов железа в организме, оно увеличивается когда резервы истощаются и при усиленном эритропоэзе. Основным местом всасывания является проксимальный отдел тонкого кишечника. После попадания в клетки слизистой оболочки кишечника железо транспортируется либо непосредственно в кровоток, либо связывается с апоферритином, сложным железосвязываюшим белком, с образованием ферри-тина, при этом ферритин окисляет Ко2‘ в КС1 ‘, последний ион остается в энтероцитах. Таким образом, снижается поступление железа в капилляры крови из клеток кишечника. Когда потребность в железе невелика,

скорость синтеза апоферритина повышается, ппи не-дл I а I кс железа в организме апоферритин в энтероцитах почти не синтезируется. Постоянное слушивание

клеток слизистой оболочки в просвет кишечника освобождает организм от излишков железа. Железо, поступающее в кровь, окисляется ферментом феррокси-дазой (церулоплазмин) и транспортируется в основном в комплексе с трансферрином, каждая молекула которого связывает 2 иона Ре одновременно с анионом СОз2 с образованием комплекса транеферрин-2 (Ре3+-С032). В норме трансферрин крови насыщен железом приблизительно на треть. Другой белок, обладающий высоким сродством к железу, —лактоферрин — присутствует в биологических секретах (бронхиальном, женском молоке и цитоплазме нейтрофилов). В кислой среде сродство лактоферрина к железу выше, чем трансферрина; поэтому в очагах воспаления и тканевого ацидоза железо может находиться в малорастворимых комплексах и поэтому не транспортироваться в кровь. Это объясняет снижение содержания железа в сыворотке крови в условиях воспаления. К транспортным белкам железа также относят гаптог-лобин, гемопексин и альбумин.

В тканях железо используется для синтеза железосодержащих белков или депонируется в ферритине или гемосидерине. Свободное железо очень токсично, и связывание его с белками обеспечивает транспорт и хранение его с белками в нетоксичной форме. Ферритин — олигомерный белок, состоящий из 24 протомеров. Разный набор протомеров в олигомере феррити-на определяет образование несколько изоформ этого белка в разных тканях. Ферритин представляет собой полую сферу, внутри которой может содержаться до 4500 ионов Ре3+. Ферритин содержится почти во всех тканях, но в наибольшем количестве в печени, селезенке и костном мозге. Незначительная часть ферри-тина экскретируется из тканей в плазму крови. Поскольку поступление ферритина в кровь пропорционально его содержанию в тканях, то концентрация ферритина в крови — важный диагностический показатель запасов железа в организме при железодефицитной анемии. Гемосидерин присутствует в клетках РЭС в виде нерастворимого комплекса.

Железо выводится из организма через желудочнокишечный тракт (неабсорбированное и попавшее в просвет кишечника вместе со слушенными клетками слизистой оболочки) и путем десквамации кожи, а у женщин — во время менструаций. Очень небольшое количество железа выводится с мочой и потом. Общая

потеря железа в сутки — 1 мг. Атомы железа, освобождающиеся при распаде гемоглобина и возникновении некротических изменений в клетках, частично экс-кретируются, частйчно поступают в клетки РЭС и вновь используются для синтеза.

Содержание железа в клетках определяется соотношением скоростей его поступления, использования и депонирования и контролируется двумя молекулярными механизмами. Скорость поступления железа в неэритроидные клетки зависит от количества белков-рецепторов трансферрина в их мембране. Избыток железа в клетках депонируется ферритином. Синтез апоферритина и рецепторов трансферрина регулируется на уровне трансляции этих белков и зависит от содержания железа в клетке.

Функции железа

1. Транспорт электронов (цитохромы, железо-сер-ные белки)

2. Транспорт и депонирование кислорода (гемоглобин, миоглобин)

3. Участие в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов (окси-дазы, гидроксилазы, супероксиддисмутаза и др.), в структуре гемов растворимой гуанилилциклазы и цитохрома Р-450,

4. Участие в образовании активных форм кислоро-

Нарушения обмена железа

Причины снижения концентрации железа:

1. Снижение поступления железа в организм

1.1. Общее голодание либо уменьшение продуктов питания, содержащих железо

1.2. Нарушения всасывания железа в Ж КТ

2. Увеличение потерь железа при кровопотерях

3. Возрастание расходования железа организмом при беременности и последующем вскармливании ребенка

4. Острофазный ответ на инфекции, травму или злокачественное новообразование

5. Железодефицитная анемия:

1 стадия: Снижение запасов железа без функциональных нарушений. Концентрация сывороточного ферритина < 12 мкг/л.

2 стадия. Дефицитный эритропоэз. Гемоглобин в норме, протопорфирин эритроцитов повышен, синтез трансферрина увеличен, насыщение трансферина железом снижено (при степени насыщения < 15% функциональная способность белка нарушается).

3 стадия. Железодефицитная анемия. Снижен гемоглобин, в костном мозге меньше железа, на поздних стадиях снижено железо в сыворотке.

Лечение: соли железа.

Причины повышения концентрации железа:

1. Гемохроматоз (бронзовый диабет) — часто врожденное заболевание, характеризуется увеличением абсорбции железа и отложением его в разных органах, что приводит к их фиброзу и функциональной недостаточности. Характерен для мужчин. Содержание железа может в десятки раз превышать норму. В норме сывороточное железо у мужчин — 14—32 мкмоль/л, у женщин — 18—45 мкмоль/л. Сывороточный трансфер-

рин до уровня >500 мкг/л. Лечение — повторные кровопускания.

2. Отравления железом. Трансферрин насыщен железом более чем на 70%.

Лечение — применение дефероксамина.

3. Лечение солями железа железодефицитной анемии, т.к. механизм эффективной экскреции железа за исключением десквамации клеток и кровопотерь отсутствует.

ЦИНК

Содержание, поступление, распределение, выведение

Общее содержание цинка в организме составляет 1,4-2,3 г (30 ммоль), из них 60% находится в мышцах, 30% — в костной ткани, 10% — в других тканях. В больших концентрациях цинк содержится в предстательной железе, сперматозоидах и тканях глаза. Из общего количества циркулирующего цинка ~80 % находится в эритроцитах, 3% — в лейкоцитах, остальное в плазме. Концентрация цинка в плазме 10—19 мкмоль/л. У цинка до 90%, находящегося в плазме, связано с альбумином и 10% с аг — макроглобулином. Уровень цинка в крови зависит от характера питания и регуляции гормонами. Для цинка характерен циркадный ритм с максимумом в 9 и 18 ч. Суточная потребность 10-15 мг. Всасывается его 30% в желудочно-кишечном тракте. Белки способствуют всасыванию, а растительные волокна, Са, фосфат,Си, Сс1 тормозят. Основные источники цинка: устрицы, пивные дрожжи, внутренности животных, зародыши пшеницы, семена тыквы и др. Цинком богаты арахис, бобовые, кунжут, но в этих продуктах он связан с фитатом и малоусвояем.. Цинк экскретируется в мочу, желчь, панкреатический сок, кишечник и в молоко лактирую-ших матерей.

Функции цинка

1. Активирует более 200 ферментов, участвующих в обмене белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов. Кофактор более 80 ферментов: лактатдегидро-геназы, щелочной фосфатазы, карбоангидразы, Д Н Ки РНК-полимеразы и др.

2. Необходим для образования «цинкового пальца» — важного домена в ряде белков, регулирующих действие стероидных и других липофильных гормонов и транскрипцию в целом.

3. Входит в состав инсулина. Участвует в проницаемости и транспорте через мембраны.

4. Участвует в созревании репродуктивных органов.

5. Играет важную роль в поддержании и развитии иммунного статуса, абсолютно необходим для развития и функционирования Т-лимфоцитов.

6. Матриксные металлопротеиназы — /.п-энзимы, разрушающие белки соединительной ткани (коллаге-назы, желатиназы, эластазы, протеогликаназы и др.). Необходимы при овуляции, эмбрио-, морфо- и ангиогенезе, ремоделировании матрикса для миграции клеток и роста аксонов, инволюции матки, заживлении раны, а также при метастазировании.

7. В ЦНС выполняет роль нейротрансмиттера и

нейромодулятора. Освобождается при нейростимуляции, при возбуждении нервов и может менять функцию различных рецепторов и управляемых напряжением ионных каналов. Подобно глутамату и Са2+, избыточное выделение /п может быть ответственно за смерть нейронов. В зависимости от концентрации, он может вызывать апоптоз или некроз (например, при ишемии мозга)

Нарушения обмена цинка

Причины снижения концентрации цинка:

1. Энтеропатический акродерматит

2. Парентеральное питание. Низкое содержание в рационе животных белков и высокое растительных белков, последние связывают цинк.

3. Метастазы карциномы в печень

4. Желудочно-кишечные заболевания

5. Острые инфекции

6. Легочной туберкулез

7. Беременность

8. Пернициозная анемия

9. Болезни почек

10. Гипоальбуминемия

11. Острый стресс

12. Ятрогенные причины: лечение анаболиками, кортикостероидами или металл-хелатными препаратами (пенициламин), синтетическая диетотерапия.

Дефицит цинка задерживает рост и сексуальное развитие и вызывает дерматит, снижение остроты вкуса, анемию, атрофию тимуса и лимфоидной системы, снижение гуморального и клеточного иммунитета.

В некоторых сельских районах Ирана обнаружена эндемическая недостаточность цинка. Она проявляется в миниатюрном телосложении, анемии, низком уровне сывороточного альбумина и замедленном развитии репродуктивной системы. Недостаточность обусловлена потреблением традиционного местного блюда — бездрожжевого хлеба из частично очищенной муки, с высоким содержанием фитата, последний очень прочно связывает цинк, затрудняя его всасывание в кишечнике. Необычное и довольно редкое проявление недостаточности цинка у отдельных людей состоит в нарушении восприятия ими вкуса и запахов. Некоторые запахи искажаются до такой степени, что обыкновенная пиша или кулинарные запахи кажутся отвратительными, в результате чего у человека возникает отвращение к пише и как следствие наблюдается сильное похудание.

Причины повышения концентрации цинка:

1. Острые и хронические отравления

2. Первичная остеосаркома костей

3. Коронарные заболевания сердца

4. Артериосклероз

5. Анемия

МЕДЬ

Общее содержание меди в организме 200 мг (1200 ммоль), из них в печени 10%, в мышцах, почках, сердце — 70% Суточная потребность 2—5 мг.

Усваивается 30 %. Три транспортных белка есть для меди: транскупреин, альбумин и церулоплазмин. Основные источники: огурцы, печень, мясо, рыба, какао, фундук, пивные дрожжи, шоколад и др. Мало в

молочных продуктах. Поглощение и выделение строго регулируется. Концентрация меди в плазме 8,8—17,5 мкмоль/л у мужчин и 10,7—26,6 мкмоль/л у женщин. Связано 90% с церулоплазмином, 10% с альбумином. Последний легче отдает медь и поэтому важнее для ее транспорта в организме. Характерны суточные колебания с максимумом утром.

Функции меди

1. Входит в активный центр большого количества ферментов (цитохромоксидаза, супероксиддисмутаза и др.)

2. Способствует образованию активных форм кислорода.

3. Участвует в процессах стимуляции эритропоэза и образовании гема

4. Участвует в синтезе коллагена.

5. Профилактика атеросклероза.

Нарушения обмена меди

Причины снижения концентрации меди:

1. Болезнь Уилсона (или Коновалова-Вильсона) — аутосомно-рецессивное заболевание, взгляды на патогенез которого резко изменились. Первичной является инактивирующая мутация транспортной АТФа-зы, выводящей медь из печени в желчь. В результате медь накапливается в печени, мозге (особенно в базальных ганглиях), почках и эритроцитах. Избыточное накопление меди в печени ингибирует присоединение меди к церулоплазмину и ведет к низкому содержанию церулоплазмина в плазме (2,9). Возникает гепато-церебральная дистрофия с развитием цирроза. Лечение заключается в применении пенициламина — комплексона, связывающего и выводящего медь.

2. Болезнь Менкеса, проявляющаяся только у мальчиков, тоже результат патологии Си-транспортирую-шей АТФазы, но не в печени, а особенно в кишечнике. Это приводит к аккумуляции в нем меди; поражаются также нервная система, соединительная ткань и сосуды.

3. Анемия гипохромная,.микроцитарная.

4. Заболевания Ж КТ.

5. Диспротеинемия, недостаточность белкового питания, ожоги.

6. Хроническая ИБС.

7. Нефротический синдром.

Недоношенные новорожденные наиболее предрасположены к дефицитным состояниям, т.к. запасы меди в печени формируется в третьем триместре беременности. Проявления дефицита меди включают ней-тропению, анемию (резистентую к препаратам железа), остеопороз, различные костно-суставные нарушения, снижение пигментации кожи.

Причины повышения концентрации меди:

1. Инфекции и воспаление,

2. Усиленная пролиферация (беременность, лейкоз, лимфогранулематоз, злокачественные опухоли),

3. Билиарный цирроз,

4. Брюшной тиф,

5. Острый инфаркт миокарда, инсульт,

6. Ятрогенные: лечение эстрогенами, прием перо-ральных контрацептивов или противоэпилептических средств (карбамазепина, фенобарбитала и фенитоина) — увеличивает синтез церулоплазмина в печени.

BIOLOGICAL ROLE OF MICROELEMENTS — Fe, Zn, Cu (LECTURE 4)

L.S. Kolesnichenko (Irkutsk State Medical University)

Quantities of Fe, Zn and Cu in the human body, their influx, distribution, elimination, daily necessity, sources, functions and the most important disturbances are described.

ЛИТЕРАТУРА

1. Биохимия: Учебник. // Под ред. Северина Е.С. — М.: ГЗОТЛР-М ЕД, 2003. — 779 с.

2. Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Основы патохимии. — СПб.: «ЭЛ БИ-СПБ», 2001. — Второе издание. — 687 с.

3. Клиническая биохимия //Под ред. В.Л. Ткачука. — М.: ГЗОТЛР-М ЕД, 2002. — 358 с.

4. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия.- М.: Мир, 2000. — 469 с.

5. Кон P.M., Рот КС. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. — М.: Медицина, 1986. — 637 с.

6. Кулинский В.И. Лекционные таблицы по биохимии. — Иркутск ИГМУ, 2004. Изд. 6, Вып. 5.-110 с.

7. Литвицкий П.Ф. Патофизиология. — М.: ГЭОТЛР-МЕД, 2002. — Т.2. — С. 38-44.

8. Мартинчик А.Н., Маев И. В., Петухов.А.Б. Питание человека,- М.:ГОУ ВУНМЦ М3 РФ, 2002. — 572 с.

9. Маршалл В.Дж. Клиническая биохимия. М.-СПб.: «Изд-во БИНОМ»- «Невский диалект «,1999. — 367 с.

10. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии: В 3-х томах. — М.: Мир, 1981. — 1878 с.

11. Цыганенке А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В. В., Завгород-ний И.В. Клиническая биохимия. — М.: «Триада-Х», 2002.-С. 300-310.

12. Энциклопедия клинических лабораторных тестов. //Подред. Н.Тица. — М.: Изд-во«Лабинформ», 1997.— 942 с.

13. Murray R.K., Grainier D.K., Mayes Р.А., Rotlwell V.W. Harper’s Illustrated Biochemistry/ 26th Ed., Boston, N.Y. et al. — MeCraw-Hill Co, 2003. — 693 p.

Биологическая роль цинка

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего  
профессионального образования

Мурманский государственный технический университет

Апатитский филиал

Кафедра химии и строительного материаловедения

РЕФЕРАТ по бионеорганической химии

«БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЦИНКА»

Выполнил: студент группы Х-371,

 Майданюк В.В.

Проверил: к.х.н. Касикова Н.И.

г. Апатиты

2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3

  1. История открытия и нахождение в природе     4
  2. Химические и биохимические свойства цинка и его соединений 6
  3. Круговорот цинка в биосфере       8
  4. Биологическая роль цинка               10
    1. Металлоферменты, содержащие в своем составе цинк         12
    2. Роль цинка в организме человека            21
  5. Соединения цинка, применяющиеся в медицинской практике         25
  6. Интересные факты о цинке              26

Заключение                  27

Список использованных источников              29

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Цинк относится к числу наиболее значимых для человека микроэлементов. Значение цинка для человека определяется тем, что он входит в состав всех существующих ферментных систем организма и является компонентом более 40 металлоферментов, участвующих в гидролизе пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Цинк участвует в росте, делении и дифференцировке клеток, что обусловлено его влиянием на белковый, нуклеиновый обмен, работу генетического аппарата клетки. Цинк входит в состав костной щелочной фосфатазы и связан с кальцификацией скелета, формированием гидроксиапатита, что определяет его роль в созревании костной системы. Цинк важен для реализации линейного роста человека как внутриутробно, так и постнатально1.

После подтверждения в 1961 г. предположения о том, что местный гипогонадизм2 и карликовость сельского населения Ирана вызывает дефицит цинка, возрос интерес к значимости его дефицита для здравоохранения.

Дефицит цинка оказывает влияние на развитие и функционирование некоторых органов, на обменные процессы, психофизическое состояние.

В данной работе освещается биологическая роль цинка, его функции, свойства и круговорот в биосфере.

 

  1. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Символ элемента: Zn.

Атомный номер: 30.

Положение в таблице: 4-й период, группа — 2.

Относительная атомная масса: 65,39.

Валентность: II.

Электроотрицательность: 1.66.

Координационное число: 4.

Степень окисления: 0, +2.

Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов:64Zn (48,6% по массе),66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%),68Zn (18,8%) и70Zn (0,6%)

История элемента с атомным номером 30 достаточно путана. Но одно бесспорно: сплав меди и цинка — латунь — был получен намного раньше, чем металлический цинк. Самые древние латунные предметы, сделанные примерно в 1500 г. до н. э., найдены при раскопках в Палестине.

Приготовление латуни восстановлением особого камня — χαδμεια (кадмея) углем в присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля, Плиния Старшего. В частности, Аристотель писал о добываемой в Индии меди, которая «отличается от золота только вкусом».

Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее название латуней, есть один (Л-96, или томпак, по цвету почти неотличимый от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство латуней (цифра за индексом Л означает процентное содержание меди; значит, на долго цинка в этом сплаве приходится не больше 4%).

Когда впервые был выплавлен металлический цинк, точно не установлено. Известно, что в Индии его получали еще в V в. до и. э. Получение металлического цинка (под названием тутии или фальшивого серебра) описано у римского историка Страбона (60—20 годы до н. э.). Позже, однако, искусство выплавки цинка в Европе было утрачено. Правда, ципк ввозили из стран Востока, но в очень небольших количествах, и до середины XVIII в. он оставался редкостью.

Лишь в 1743 г. в Бристоле заработал первый в Европе цинковый завод. А ведь еще в конце XIII в. Марко Поло описывал, как получают этот металл в Персии. Крупнейшие ученые XVI в. Парацельс и Агрикола в своих трудах уделяли место выплавке цинка.

Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка (обычно 1—5% в пересчете на металл) входят в состав полиметаллических руд. Полученные при обогащении руды цинковые концентраты содержат 48—65% Zn, до 2% меди, до 2% свинца, до 12% железа. И плюс доли процента рассеянных и редких металлов…

Цинк является одним из первых металлов, для которых была установлена их биологическая роль. В историческом аспекте интересно, что еще в 1869 г. Раулин доказал необходимость цинка для питания гриба Aspergillus niger. Первая информация о значении этого элемента для высших животных появилась в 1919 г. (Биркнер). В 1939 г. Кайлин и Манн обнаружили цинк в составе карбонгидразы. Далее была установлена роль цинка во многих ферментах, его участие в ряде клеточных процессов, например в синтезе РНК, белков, метаболизме микроорганизмов (1953 г.), растений (1962 г.), животных (1964 г.).

 

 

 

  1. ХИМИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦИНКА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Атом цинка в основном состоянии имеет электронную конфигурацию [Ar]4s23d10, в возбужденном – [Аr]4s13d104p1, в связи с чем во всех соединениях его валентность равна двум, причем в ковалентных соединениях, например цинкорганических, его валентные орбитали находятся в состоянии sp-гибридизации. Степень окисления цинка в подавляющем большинстве соединений равна +2, поэтому в условиях организма соединения цинка могут участвовать лишь в реакциях кислотно-основного взаимодействия и комплексообразования.

Цинк при нормальных условиях покрывается оксидной пленкой, защищающей от дальнейшей коррозии. При нагревании реагируют с рядом неметаллов:

2Zn + О2 = 2ZnО,

Zn + С12 = ZnС12,

Zn + S = ZnS

Гидрооксид цинка характеризуется амфотерностью, т. е. реагирует как с кислотами, так и с щелочами:

Zn(OH)2 + 2НС1 = ZnCl2 + 2НОН,

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnО2 + 2h3О.

Цинк как металл амфотерный, растворяется не только в кислотах, но и в щелочах:

Zn + 2НС1 = ZnCl2 + Н2↑

Zn + 2КОН + 2Н2О = K2[Zn(OH)4] + Н2.

Следует также отметить амфотерные свойства окиси цинка:

ZnO + 2НСl = ZnCl2 + НОН,

ZnO + 2NaOH = Na2ZnО2 + НОН.

К характерным соединениям следует отнести сульфиды, хлориды, сульфаты.

С учетом того, что в водных растворах ионы Zn2+ образуют довольно устойчивые аквакомплексы и к тому же участвуют в процессах гидролиза, амфотерность гидроксида цинка лучше всего отражает такая схема равновесий:

Кислотные и основные свойства гидроксида цинка выражены примерно одинаково с небольшим преобладанием основных свойств (р = 7,8). Следовательно, в водных средах, близких к нейтральным (5,8 < рН < 9,8), будет иметь место первая стадия указанных равновесий в том числе и в растворах биокомплексов цинка, например:

Существование двух форм, в первой из которых внутренняя координационная сфера содержит молекулу воды (существует при рН < p — 2), а во второй — гидроксид-ион (при рН > р + 2), во многом объясняет механизм действия цинксодержащих ферментов.

В биологических средах для цинка помимо аквакомплексов характерно образование координационных соединений с аминокислотами, пептидами, белками, нуклеотидами, так как он имеет высокое сродство к группам – SH, – ОН и лигандам, содержащим электронодонорные атомы азота. Координационное число цинка в комплексах равно 4 (тетраэдрические комплексы), реже встречаются комплексы с координационным числом 6.

 

  1. КРУГОВОРОТ ЦИНКА В БИОСФЕРЕ

Цинк как жизненно необходимый элемент активно включается в биологические циклы глобального круговорота этого элемента. Распределение цинка по оболочкам биосферы представлено в табл. 1.

Таблица 1. Распределение цинка в биосфере

Оболочка

Масса, млн т

Земная кора:

всего

в том числе

гранитный слой

осадочная оболочка

547,1 . 106

418,0 . 106

129,1 . 106

Мировая суша:

всего

в том числе

в составе растительности

в составе органического вещества педосферы

175,0

 

75,0

100,0

Мировой океан:

всего

в том числе

в виде растворенных органических частиц

в составе фотосинтезирующих организмов

≈6800,0

 

6800,0

0,17

Атмосфера (тропосфера)

(33 — 78).10-3

 

В земной коре, а также в почвах цинк находится в основном в труднорастворимых формах, однако он довольно легко вовлекается в водную миграцию: средняя концентрация цинка составляет примерно 20 мкг . л-1.

Цинк содержится во всех тканях растительных и животных организмов, причем многие растения содержат цинк в значительных количествах, концентрируя его из почв; например, в листьях березы содержится до 10-3 % цинка в расчете на сырую массу. КБН растениями алоэ равен 2,8, каланхоэ — 2,0, листьями черной смородины — 1,9, плодами облепихи — 1,7 и т. д. Концентрация цинка в растениях сильно зависит от почвенно-геохимических условий. Известны растения, нормально существующие на участках суши с аномально высокой концентрацией цинка в почве (так называемая «галмейная флора»). Содержание цинка в золе таких растений может достигать 17 %. При недостатке цинка в почвах растения заболевают: нарушается обмен белков и углеводов, замедляются процессы синтеза хлорофилла, витаминов С, Р и В. Для нормализации роста растений используют микроудобрения, включающие соединения цинка.

В организме взрослого человека содержится от 1,5 до 3,0 г цинка, из этого количества 65 % содержится в мышцах, 20 % — в скелете, 6 % — в плазме крови, 3 % — в печени, 2,8 % — в эритроцитах. Необходимо отметить, что содержание цинка в крови меняется с возрастом: нарастая к 14—15 годам, остается постоянным в течение длительного времени, затем по мере старения организма опять увеличивается, достигая максимума в возрасте 61—75 лет. Колебания уровня цинка отмечены также при ряде патологий и часто могут служить характерным признаком того или иного заболевания. Повышение уровня цинка в сыворотке крови наблюдается при гипертонии, гипертиреозе3, понижение — при хронических заболеваниях печени, почек, опухолях. Концентрация цинка в эритроцитах существенно понижена при лейкозе. Перечень аналогичных примеров может быть продолжен. Все это свидетельствует о нарушениях обмена цинка в организме, однако причины и механизмы этих нарушений пока не установлены.

Схема обмена цинка в человеческом организме представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема обмена цинка в организме человека

 

  1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЦИНКА

Суточная потребность человека в цинке составляет примерно 0,2 мг на килограмм массы тела, потребность растущего организма, особенно в период полового созревания, существенно выше – до 0,6 мг.кг-1. В ЖКТ всасывается от 20 до 50 % поступающего с пищей цинка. Всасыванию способствуют белки пищи. В присутствии значительных количеств ионов элементов-антагонистов – Fe2+, Са2+, Cu2+, Pb2+, Cd2+, а также фитатов4 и пищевых волокон абсорбция в ЖКТ снижается. Для лучшего усвоения Zn организмом необходимы витамины А и B6. Цинк относительно равномерно распределяется во всех тканях, где его концентрация в норме составляет 0,3–0,5 ммоль . кг-1. Необычно высока концентрация его в гипофизе, поджелудочной железе и особенно в предстательной железе (≈15 ммоль . кг-1) и сперме. Следует отметить, что по концентрации внутри клетки цинк занимает четвертое место после К, Са и Mg, локализуясь в основном в цитозоле, ядре и органеллах.

В плазме крови примерно треть цинка находится в слабосвязанном состоянии с сывороточным альбумином, а остальное его количество прочно связано с α1 и α2-глобулинами. В эритроцитах, содержащих от 75 до 88 % цинка крови, почти весь цинк (≈85 %) входит в состав карбоангидразы. Хотя на лейкоциты приходится 3 % количества цинка в крови, в некоторых из них содержание цинка может быть в 20–25 раз выше, чем в эритроцитах.Цинк может аккумулироваться в легких при попадании в них пылевидных частиц солей цинка и его паров с последующей абсорбцией в кровь. В незначительных количествах в этих формах цинк может абсорбироваться через кожу.

Биологическая роль цинка двойственна: с одной стороны, без цинка невозможна жизнедеятельность, с другой – известны его вредные свойства, например канцерогенные.

Цинк входит в состав более 40 металлоферментов, катализирующих в основном процессы гидролиза пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов, что, по-видимому, обусловлено постоянством степени окисления и амфотерными свойствами его соединений.

 

Таблица 2. Некоторые гидролитические ферменты

Фермент

Катализируемая реакция

Ион металла

Карбоксипептидаза

 

Лейцинаминопептидаза

 

Дипептидаза

Нейтральная протеаза

Коллагеназа

Фосфолипаза С

β-Лактамаза II

Термолизин

Щелочная фосфатаза

Карбоангидраза

α-Амилаза

Фосфолипаза А2

Неорганическая пирофосфатаза

АТРаза

 

Na+–K+–АТРаза

Mg2+–Ca2+–АТРаза

Различные фосфатазы, такие, как фруктозоди-фосфатаза

Гидролиз С-концевых пептидных остатков

Гидролиз    лейциновых    N-концевых пептидных остатков

Гидролиз дипептидов

Гидролиз пептидов

Гидролиз коллагена

Гидролиз фосфолипидов

Гидролиз β-лактамного кольца

Гидролиз пептидов

Гидролиз фосфорных эфиров

Гидратация СО2

Гидролиз глюкозидов

Гидролиз фосфолипидов

Гидролиз пирофосфата до  ортофос-фата

Гидролиз АТР до ADP и неорганического фосфата

Гидролиз фосфата с транспортом катионов

Гидролиз фосфата

Zn2+

 

Zn2+

 

Zn2+

Zn2+,Ca2+ Zn2+

Zn2+

Zn2+

Zn2+,Ca2+ Zn2+

Zn2+

Ca2+,Zn2+ Ca2+

Mg2+

 

Mg2+

 

Na+,K+ Mg2+,Ca2+

Mg2+, (Zn2+)

Цинк и персонализированная терапия

Цинк и персонализированная терапия

Цинк и персонализированная медицина

Биологическую роль цинка установили только в конце 19-го столетия, хотя о целебных свойствах цинка
знали, например, еще древние египтяне, пользовавшиеся цинковой мазью для быстрого заживления ран.
Порошок цинка с этой же целью использовался в Китае еще 5000 лет назад. Впервые биологическая роль цинка была показана на обычной плесени, рост которой тормозился в отсутствии цинка в питательной среде.
Так зародилась мысль о значении цинка для процессов размножения и роста организмов.
Позднее было получено множество доказательств в пользу того, что цинк оказывает влияние на активность половых гормонов, определяя процессы размножения. Особенно важен цинк для сильной половины человечества , т.к. контролирует выработку мужского полового гормона тестостерона, созревание репродуктивных органов и функции предстательной железы.
Сперматозойды содержат максимальное количество цинка. Состояние волос и кожного покрова также определяется в определенной степени содержанием цинка в организме человека.
Этот микроэлемент необходим для синтеза белка, в том числе коллагена, укрепляет иммунную систему и ускоряет заживление ран. Вилочковой железе, основной железе иммунной системы, он необходим для выработки гормонов.
Без него не могут функционировать естественные клетки-убийцы (лимфоциты-киллеры) — защитники иммунной системы, уничтожающие опухолевые и инфицированные вирусами клетки.

Центральной нервной системе цинк необходим практически для каждой ферментативной реакции.
Если Вы вдруг почувствовали, что не можете различать запахи, или вся пища стала для Вас безвкусной,
то следует проверить содержание цинка, т.к. он повышает обонятельную и вкусовую чувствительность.

Очень много цинка накапливается в гипофизе — небольшой железе, расположенной в головном мозге, которая вырабатывает гормон роста. Поэтому замедление роста и развития у детей, карликовость, нередко возникают на фоне недостаточности цинка.
Обладает этот микроэлемент и гепатопротекторными свойствами, защищая печень от химического повреждения. Необходим он и для формирования костей.

Смотрите и подписывайтесь!

Цинк обнаружен в более чем в двухстах металлоферментах, участвующих в самых различных метаболических процессах, обеспечивающих нормальную функцию органов и систем, регулирующих метаболом, одну из основных опор персонализированной медицины.
Так, например, фермент карбоангидраза, которая выступает в организме как регулятор кислотно-щелочного равновесия в биологических жидкостях и тканях, участвует в процессах дыхания и определяет уровень секреции желудочного сока, активируется этим же микроэлементом — цинком.
Он присутствует в металлоферментах в активном центре , принимая непосредственное участие в каталитических процессах, но может одновременно выполнять и стабилизирующую функцию для фермента, как это происходит, например, у алкогольдегидрогеназы (фермента, расщепляющего алкоголь до уксусного альдегида после принятия спиртного.)
Четыре атома в молекуле этого фермента выполняют и каталитическую и структурную функцию одновременно.
Чрезвычайно важна роль цинка в деятельности поджелудочной железы, где он является своеобразным стимулятором пищеварительных ферментов и инсулина.
В так называемых бета-клетках, где синтезируется инсулин, отмечена высокая концентрация этого микроэлемента. Поэтому при его хронической нехватке возникает риск диабета.

Цинк требуется для поддержания нормальной концентрации витамина E в крови. Кроме того микроэлемент усиливает абсорбцию этого витамина.
Свое влияние на зрительный процесс и репродукцию и размножение клеток цинк оказывает в альянсе с витамином A. Человек с пониженным уровнем этого микроэлемента в организме с трудом приспосабливается к видению в темноте, у него развивается так называемая «куриная слепота».

На клеточном уровне цинк стимулирует образование клеточных структур полисом, влияет на проницаемость клеточных мембран, тормозит катализируемое железом свободнорадикальное окисление, то есть является микроэлементом с антиоксидантными свойствами. Антиоксидантный эффект цинка объясняется так же его вхождением в формулу фермента супероксиддисмутазы — ловушки для свободных кислородных радикалов, повреждающих клетки.
Рост клеток  определяется уровнем содержания цинка и некоторых других микроэлементов, особенно в фазе дробления оплодотворенной яйцеклетки до её фиксации в полости матки, когда развивающийся эмбрион начинает получать питательные вещества с кровью матери. Так как этот микроэлемент, как и некоторые другие, оказывает стимулирующее действие на рост клеток, нельзя оставить без внимания его роль при раковых заболеваниях. С одной стороны, укрепляя клеточный иммунитет, цинк снижает риск появления опухолей. Однако, если опухоль уже возникла, и достигла определенной стадии развития, когда ускоряются пролиферативные процессы, избыток цинка может даже способствовать её росту.
Вы спросите, где же выход?
Ответ прост. Во первых, надо знать свой элементный статус, как один из важнейших факторов персонализированной медицины.
Заказать определение своего элементного статуса, узнать, каких элементов Вам не хватает, а какие в избытке, можно не выходя за пределы этого сайта =>
Во вторых, надо проходить периодическую диспансеризацию и при малейших сомнениях проходить CTC-тестирование на наличие в крови фрагментов погибших клеток и РНК, которые характерны для онкологического процесса даже на такой стадии, когда из-за малого размера опухоли она не видна никаким томографом или УЗИ. При обнаружении такой опухоли её удаление может быть осуществлено без помещения пациента в больницу, амбулаторно. Для этого в арсенале персонализированной терапии существуют лазеры, нейтронные пучки и другие малоинвазивные технологии.

ЦИНК | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ЦИНК (Zincum) Zn – химический элемент 12-й (IIb) группы Периодической системы. Атомный номер 30, относительная атомная масса 65,39. Природный цинк состоит из трех стабильных изотопов 64Zn (48,6%), 66Zn (26,9%) и 67Zn (4,1%). Известно несколько радиоактивных изотопов, важнейший из них – 65Zn с периодом полураспада 244 сут. Степень окисления +2.

История открытия.

Цинк (как и золото, серебро, медь, ртуть, свинец, олово и железо) относится к металлам древности, дата открытия которых теряется в веках.

Восстановление оксида цинка древесным углем требует температуры не менее 1000° С. Так как металл при этой температуре находится в парообразном состоянии и легко окисляется, выделение цинка требует умения конденсировать металлический пар, причем делать это надо в отсутствие воздуха, иначе металл превратится в оксид.

Получение сплавов цинка из смешанных руд не требует выделения самого цинка и достигается проще. Небольшие количества цинка, присутствующие в образцах древнеегипетской меди отражают состав местных руд, однако для выплавки палестинской латуни, датируемой 1400–1000 до н.э. и содержащей около 23% цинка, уже должны были преднамеренно смешивать медную руду с цинковой. Латунь получали и на Кипре и, позднее, в районе Кельна (Германия). Китайские мастера овладели искусством выплавки цинка в средние века. Цинковые монеты использовались в годы правления династии Минь (1368–1644).

В средневековой Европе не было специального производства цинка, хотя его небольшие количества получались при производстве свинца, серебра и латуни. Начиная примерно с 1605, его импортировала из Китая Восточно-Индийская Компания. Английская цинковая промышленность появилась в районе Бристоля в начале 18 в., и ее продукция быстро проникла в Силезию и Бельгию.

Происхождение названия элемента неясно, однако кажется правдоподобным, что оно произведено от Zinke (по-немецки «острие», или «зуб»), благодаря внешнему виду металла.

Распространение цинка в природе и его промышленное извлечение. Содержание цинка в земной коре составляет 7,6·10–3%, он распространен примерно так же, как рубидий (7,8·10–3%), и чуть больше, чем медь (6,8·10–3%).

Основными минералами цинка являются сульфид цинка ZnS (известный как цинковая обманка или сфалерит) и карбонат цинка ZnCO3 (каламин в Европе, смитсонит в США). Свое название этот минерал получил в честь Джеймса Смитсона, основателя Смитсонианского Института в Вашингтоне. Менее важными минералами являются гемиморфит Zn4Si2O7(OH)2·H2O и франклинит (Zn,Fe)O·Fe2O3.

Первое место в мире по добыче (16,5% мировой добычи, 1113 тыс. т, 1995) и запасам цинка занимает Канада. Кроме того, богатые месторождения цинка сосредоточены в Китае (13,5%), Австралии (13%), Перу (10%), США (10%), Ирландии (около 3%).

Добыча цинка ведется в 50 странах. В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на долю которого приходится более 50% добычи цинка в странах СНГ. Цинк добывают также в Азербайджане, Узбекистане (месторождение Алмалык) и Таджикистане.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического цинка. Металлический цинк обладает характерным голубоватым блеском на свежей поверхности, который он быстро теряет во влажном воздухе. Температура плавления 419,58° С, температура кипения 906,2° С, плотность 7,133 г/см3. При комнатной температуре цинк хрупок, при 100–150° С становится пластичным и легко прокатывается в тонкие листы и проволоку, а при 200–250° С вновь становится очень хрупким и его можно быть истолочь в порошок.

При нагревании цинк взаимодействуют с неметаллами (кроме водорода, углерода и азота). Активно реагирует с кислотами:

Zn + H2SO4(разб.) = ZnSO4 + H2

Цинк – единственный элемент группы, который растворяется в водных растворах щелочей с образованием ионов [Zn(OH)4]2– (гидроксоцинкатов):

Zn + 2OH + 2H2O = [Zn(OH)4]2– + H2

При растворении металлического цинка в растворе аммиака образуется аммиачный комплекс:

Zn + 4NH3·H2O = [Zn(NH3)4](OH)2 + 2H2O + H2

Исходное сырье для получения металлического цинка – сульфидные цинковые и полиметаллические руды. Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + SO2

Образующийся диоксид серы используют в производстве серной кислоты, а оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или выплавляют с коксом.

В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты. При этом цинковой пылью осаждают кадмий:

Zn + Cd2+ = Zn2+ + Cd

Затем раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Восстановление оксида цинка коксом описывается уравнением:

2ZnO + C = 2Zn + CO2

Для выплавки цинка ранее использовались ряды сильно нагретых горизонтальных реторт периодического действия, затем они были заменены непрерывно действующими вертикальными ретортами (в некоторых случаях, с электрическим подогревом). Эти процессы не были так термически эффективны, как доменный процесс, в котором сжигание топлива для нагрева проводится в той же камере, что и восстановление оксида, однако неизбежная проблема в случае цинка в том, что восстановление оксида цинка углеродом не протекает ниже температуры кипения цинка (этой проблемы нет для железа, меди или свинца), поэтому для конденсации паров нужно последующее охлаждение. Кроме того, в присутствии продуктов сгорания металл повторно окисляется.

Эту проблему можно решить, опрыскивая выходящие из печи пары цинка расплавленным свинцом. Это приводит к быстрому охлаждению и растворению цинка, так что повторное окисление цинка сводится к минимуму. Затем цинк почти 99%-й чистоты выделяют в виде жидкости и дополнительно очищают вакуумной дистилляцией до чистоты 99,99%. Весь присутствующий кадмий в ходе дистилляции восстанавливается. Преимущество доменной печи в том, что состав шихты не имеет принципиального значения, поэтому можно использовать смешанные руды цинка и свинца (ZnS и PbS часто находят вместе) для непрерывного производства обоих металлов. Свинец при этом выпускают со дна печи.

По данным экспертов, в 2004 производство цинка составило 9,9 млн тонн, а его потребление – около 10,2 млн тонн. Таким образом, дефицит цинка на мировом рынке равен 250–300 тыс. тонн.

В 2004 в Китае выпуск рафинированного цинка достиг 2,46 млн т. Примерно по 1 млн. т производят Канада и Австралия. Цена на цинк в конце 2004 составила более 1100 долл. за тонну.

Спрос на металл остается высоким, благодаря бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Для получения таких покрытий используют различные способы: погружение в расплавленный цинк (цинкование горячим способом), электролитическое осаждение, опрыскивание жидким металлом, нагревание с порошком цинка и использование красок, содержащих цинковый порошок. Оцинкованная жесть широко применяется как кровельный материал. Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Большое практическое значение имеют сплавы цинка – латуни (медь плюс 20–50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка. Еще одна область применения – производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.

Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть – в горячем цинковании готовых изделий, остальное – для полосы и проволоки. За последние 20 лет мировой рынок этой продукции вырос более чем в 2 раза, в среднем прибавляя по 3,7 % в год, причем в странах Запада производство металла ежегодно увеличивается на 4,8 %. В настоящее время для цинкования 1 т стального листа нужно в среднем 35 кг цинка.

По предварительным оценкам, в 2005 потребление цинка в России может составить порядка 168,5 тыс. т в год, в том числе 90 тыс. т пойдет на цинкование, 24 тыс. т – на полуфабрикаты (латунный, цинковый прокат и др.), 29 тыс. т – в химическую промышленность (лакокрасочные материалы, резинотехнические изделия), 24,2 тыс. т – на литейные цинковые сплавы.

Соединения цинка.

Цинк образует многочисленные бинарные соединения с неметаллами, некоторые из них обладают полупроводниковыми свойствами.

Соли цинка бесцветны (если не содержат окрашенных анионов), их растворы имеют кислотную среду вследствие гидролиза. При действии растворов щелочей и аммиака (начиная с pH ~ 5) основные соли осаждаются и переходят в гидроксид, который растворяется в избытке осадителя.

Оксид цинка ZnO является самым важным промышленным цинксодержащим соединением. Будучи побочным продуктом производства латуни, он стал известен раньше, чем сам металл. Оксид цинка получают, сжигая на воздухе пары цинка, образующиеся при плавке руды. Более чистый и белый продукт производят сжиганием паров, полученных из предварительно очищенного цинка.

Обычно оксид цинка – это белый тонкий порошок. При нагревании его окраска меняется на желтую в результате удаления кислорода из кристаллической решетки и образованиея нестехиометрической фазы Zn1+xO(x Ј 7,10–5). Избыточное количество атомов цинка приводит к появлению дефектов решетки, захватывающих электроны, которые впоследствии возбуждаются при поглощении видимого света. Добавляя в оксид цинка 0,02–0,03%-ный избыток металлического цинка, можно получить целый спектр цветов – желтый, зеленый, коричневый, красный, однако красноватые оттенки природной формы оксида цинка – цинкита – появляются по другой причине: за счет присутствия марганца или железа. Оксид цинка ZnO амфотерен; он растворяется в кислотах с образованием солей цинка и в щелочах с образованием гидроксоцинкатов, таких как [Zn(OH)3] и [Zn(OH)4]2–:

ZnO + 2OH + H2O = [Zn(OH)4]2–

Основное промышленное применение оксида цинка – производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука.

В качестве пигмента при производстве красок оксид цинка имеет преимущества по сравнению с традиционными свинцовыми белилами (основной карбонат свинца), благодаря отсутствию токсичности и потемнения под действием соединений серы, однако уступает оксиду титана по показателю преломления и кроющей способности.

Оксид цинка увеличивает срок жизни стекла и поэтому используется в производстве специальных стекол, эмалей и глазурей. Еще одна важная область применения – в составе нейтрализующих косметических паст и фармацевтических препаратов.

В химической промышленности оксид цинка обычно является исходным веществом для получения других соединений цинка, в которых наиболее важными являются мыла (т.е. соединения жирных кислот, такие как стеарат, пальмитат и другие соли цинка). Их используют в качестве отвердителей красок, стабилизаторов пластмасс и фунгицидов.

Небольшая, но важная область применения оксида цинка – производство цинковых ферритов. Это шпинели типа ZnIIxMII1–xFeIII2O4, содержащие еще один двухзарядный катион (обычно MnII или NiII). При х = 0 они имеют структуру обращенной шпинели. Если х = 1, то структура соответствует нормальной шпинели. Понижение количества ионов FeIII в тетраэдрических позициях приводит к понижению температуры Кюри. Таким образом, изменяя содержание цинка, можно влиять на магнитные свойства ферритов.

Гидроксид цинка Zn(OH)2 образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Гидроксид цинка, так же как и оксид, амфотерен:

Zn(OH)2 + 2OH = [Zn(OH)4]2–

Применяется для синтеза различных соединений цинка.

Сульфид цинка ZnS выделяется в виде белого осадка при взаимодействии растворимых сульфидов и солей цинка в водном растворе. В кислотной среде осадок сульфида цинка не выпадает в кислотной среде. Сероводородная вода осаждает сульфид цинка лишь в присутствии анионов слабых кислот, например, ацетат-ионов, которые понижают кислотность среды, что приводит к повышению концентрации сульфид-ионов в растворе.

Сфалерит ZnS является наиболее распространенным минералом цинка и главным источником металла, однако известна и вторая природная, хотя и намного более редкая форма вюрцит, более устойчивая при высокой температуре. Названия этих минералов используются для обозначения кристаллических структур, которые являются важными структурными типами, найденными для многих других соединений АВ. В обеих структурах атом цинка тетраэдрически координирован четырьмя атомами серы, а каждый атом серы тетраэдрически координирован четырьмя атомами цинка. Структуры существенно различаются только типом плотнейшей упаковки: в вюрците она кубическая, а в сфалерите – гексагональная.

Чистый сульфид цинка – белый и, подобно оксиду цинка, применяется как пигмент, для этого его часто получают (как литопон) вместе с сульфатом бария при взаимодействии водных растворов сульфата цинка и сульфида бария.

Свежеосажденный сульфид цинка легко растворяется в минеральных кислотах с выделением сероводорода:

ZnS + 2H3O+ = Zn2+ + H2S + 2H2O

Однако прокаливание делает его менее реакционноспособным, и поэтому он является подходящим пигментом в красках для детских игрушек, так как безвреден при проглатывании. Кроме того, у сульфида цинка интересные оптические свойства. Он становится серым при действии ультрафиолетового излучения (возможно, за счет диссоциации). Однако этот процесс можно замедлить, например, добавлением следов солей кобальта. Катодное, рентгеновское и радиоактивное излучение вызывает появление флуоресценции или люминесценции различных цветов, которую можно усилить добавлением следов различных металлов или замещением цинка кадмием, а серы селеном. Это широко используется для производства электроннолучевых трубок и экранов радаров.

Селенид цинка ZnSe может быть осажден из раствора в виде лимонно-желтого, плохо фильтрующегося осадка. Влажный селенид цинка очень чувствителен к действию воздуха. Высушенный или полученный сухим путем устойчив на воздухе.

Монокристаллы селенида цинка выращивают направленной кристаллизацией расплава под давлением или осаждением из газовой фазы. Сульфид цинка используется в качестве лазерного материала и компонента люминофоров (вместе с сульфидом цинка).

Теллурид цинка ZnTe, в зависимости от способа получения, – серый порошок, краснеющий при растирании, или красные кристаллы, используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. Кроме того, он служит люминофором и полупроводниковым материалом, в том числе в лазерах.

Хлорид цинка ZnCl2 является одним из важных соединений цинка в промышленности. Его получают действием соляной кислоты на вторичное сырье или обожженную руду.

Концентрированные водные растворы хлорида цинка растворяют крахмал, целлюлозу (поэтому их нельзя фильтровать через бумагу) и шелк. Его применяют в производстве текстиля, кроме того, он используется как антисептик для древесины и при изготовлении пергамента.

Поскольку в расплаве хлорид цинка легко растворяет оксиды других металлов, его используют в ряде металлургических флюсов. С помощью раствора хлорида цинка очищают металлы перед пайкой.

Хлорид цинка применяется и в магнезиальном цементе для зубных пломб, как компонент электролитов для гальванических покрытий и в сухих элементах.

Ацетат цинка Zn(CH3COO)2 хорошо растворим в воде (28,5% по массе при 20° С) и многих органических растворителях. Его используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

При перегонке ацетата цинка при пониженном давлении образуется основный ацетат [Zn4O(OCOMe)6], его молекулярная структура включает атом кислорода, окруженный тетраэдром из атомов цинка, связанных по ребрам ацетатными мостиками. Он изоморфен основному ацетату бериллия, но в отличие от него, быстро гидролизуется в воде, это обусловлено способностью катиона цинка иметь координационное число выше четырех.

Цинкорганические соединения. Открытие в 1849 английским химиком-органиком Эдуардом Франклендом (Frankland Edward) (1825–1899) алкилов цинка, хотя и не первых из синтезированных металлоорганических соединений (соль Цейзе была получена в 1827), можно считать началом металлоорганической химии. Исследования Франкленда положили начало применению цинкорганических соединений в качестве промежуточных веществ при органическом синтезе, а измерения плотности паров привело его к предположению (важнейшему в развитии теории валентности), что каждый элемент имеет ограниченную, но определенную силу сродства. Реактивы Гриньяра, открытые в 1900, сильно потеснили алкилы цинка в органическом синтезе, однако многие реакции, в которых они теперь используются, были сначала разработаны для соединений цинка.

Алкилы типа RZnX и ZnR2 (где Х – галоген, R – алкил) можно получить, нагревая цинк в кипящем RX в инертной атмосфере (диоксид углерода или азот). Ковалентные ZnR2 представляют собой неполярные жидкости или низкоплавкие твердые вещества. Они всегда мономерны в растворе и характеризуются линейной координацией атома цинка

C–Zn–C. Цинкорганические соединения очень чувствительны к действию воздуха. Соединения с малой молекулярной массой самовоспламеняются, образуя дым из оксида цинка. Их реакции с водой, спиртами, аммиаком и другими веществами протекают подобно реакциям Гриньяра, однако менее энергично. Важным отличием является то, что они не взаимодействуют с диоксидом углерода.

Биологическая роль цинка.

Цинк – одно из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни.

Тело взрослого человека содержит около 2 г цинка. Хотя цинксодержащие ферменты присутствуют в большинстве клеток, его концентрация очень мала и поэтому довольно поздно стало понятно, насколько важен этот элемент. Необходимость и незаменимость цинка для человека была установлена 100 лет тому назад.

Роль цинка в жизнедеятельности организма обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Они катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Наибольшее внимание привлекают два цинксодержащих фермента: карбоксипептидаза А и карбоангидраза.

Карбоксипептидаза А катализирует гидролиз концевой пептидной связи в белках в процессе пищеварения. Она имеет относительную молекулярную массу около 34000 и содержит атом цинка, тетраэдрически координированный с двумя гистидиновыми атомами азота, карбоксильным атомом кислорода глутаматного остатка (см. БЕЛКИ) и молекулой воды. Точный механизм ее действия до конца не ясен, несмотря на интенсивное изучение модельных систем, однако принято считать, что первой стадией является координация концевого пептида к атому цинка.

Карбоангидраза была первым из открытых цинксодержащих ферментов (1940), она катализирует обратимую реакцию превращения диоксида углерода в угольную кислоту. В эритроцитах млекопитающих прямая реакция (гидратация) протекает при поглощении диоксида углерода кровью в тканях, а обратная реакция (дегидратация) идет, когда диоксид углерода затем высвобождается в легких. Фермент увеличивает скорости этих реакций примерно в миллион раз.

Относительная молекулярная масса фермента составляет около 30 000. Почти сферическая молекула содержит один атом цинка, расположенный в глубоком «кармане» белка, где есть и несколько молекул воды, расположенных в таком же порядке, как во льде. Атом цинка координирован тетраэдрически с тремя имидазольными атомами азота и молекулой воды. Точные детали действия фермента не установлены, однако кажется вероятным, что координированная молекула Н2О ионизируется с образованием Zn–OH, а нуклеофил ОН затем реагирует с атомом углерода в СО2 (который может удерживаться в правильном положении водородными связями двух его атомов кислорода) с образованием НСО3.

В отсутствие фермента данная реакция требует высокого рН. Роль фермента заключается в создании подходящего окружения внутри белкового «кармана», которое способствует диссоциации координированной молекулы воды при рН 7.

Позднее была установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Эти белки с так называемыми «цинковыми пальцами» содержат 9 или 10 ионов Zn2+, каждый из которых, координируясь с 4 аминокислотами, стабилизирует выступающую складку («палец») белка. Белок обертывается вокруг двойной спирали ДНК, при этом каждый из «пальцев» связывается с ДНК. Их расположение совпадает с последовательностью оснований в ДНК, что обеспечивает точное распознавание.

Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона – инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Этот элемент необходим для формирования костей. Кроме того, он проявляет антивирусное и антитоксическое действие.

Цинк влияет на вкус и обоняние. Из-за нехватки цинка, необходимого для полноценного развития плода, многие женщины в первые 3 месяца беременности жалуются на капризы вкуса и обоняния.

Считается, что существует определенная связь между умственными и физическими способностями человека и содержанием цинка в его организме. Так, у хорошо успевающих студентов в волосах содержится больше цинка, чем у студентов отстающих. У больных ревматизмом и артритом наблюдается понижение уровня цинка в крови.

Дефицит цинка может быть вызван нарушением деятельности щитовидной железы, болезнями печени, плохим усвоением, недостатком цинка в воде и пище, а также слишком большим количеством фитина в продуктах питания (фитин связывает цинк, затрудняя его усвоение). Алкоголь также понижает уровень цинка в организме, особенно в мышцах и плазме крови.

Цинк необходим организму в количестве 10–20 мг в день, однако лекарствами восполнить недостаток цинка очень трудно. В естественных сочетаниях цинк содержится только в пище, что и определяет его усвояемость. Наиболее богаты цинком мясо, печень, молоко, яйца.

В организме существует конкуренция между цинком и медью, а также железом. Поэтому, употребляя богатую цинком пищу, следует дополнить диету пищей, богатой медью и железом. Нельзя применять цинк вместе с селеном, так как два этих элемента взаимодействуют друг с другом и выводятся из организма.

Елена Савинкина

Медико-биологическая роль цинка (Zn) и его соединений в организме

Медико-биологическая
роль
Zn
и его соединений в
организме
• Выполнила:
Лукьянова В.В
• Группа: 1608а

2. Цель работы

• Определить медико-биологическую роль
цинка и его соединений в организме
• Узнать его содержание и распределение в
организме
• Изучить состояния дефицита и избытка
цинка в организме

3. Что нам известно о цинке?

Цинк:
элемент побочной
подгруппы второй
группы, четвёртого
периода, с
атомным номером
30.
Обозначается
символом Zn
(лат. Zincum).

4. Содержание Zn в организме

Цинк
Кв. 1
Кв. 2
25%
75%

5. Биологическая роль Zn в организме

• является компонентом многих ферментов в
организме (известно о более 300)
• влияет на рост клеток, особенно в время их
репродукции и дифференциации
• участвует в обмене нуклеиновых кислот,
транскрипции
• участвует в обмене белков
• участвует в обмене витамина А
• поддерживает концентрацию витамина Е в
крови, в т.ч. облегчая его всасывание

6. Физиологическая роль элемента: участвует в процессах регенерации кожи, секреции сальных желез участвует в росте ногтей, волос.

7. Поддержание репродуктивной функции

8. Кроме того:

• цинк способствует деятельности лейкоцитов,
антител, гормонов, работе вилочковой железы,
что увеличивает сопротивляемость организма и
ускоряет заживление ран.
• Осуществляет детоксицирующую функцию,
удаляя из организма двуокись углерода.

10. Содержание в рационе:

• Постный говяжий фарш — 10.2 мг. на 100 гр.
• Куриная печень (вареная) — 4 мг. на 100 гр.
• Индюшатина (жареная) — 3.1 мг. на 100 гр.
• Йогурт — 1.3 мг. на упаковку.
• Консервированные сардины в масле — 1.3 мг. на 100 гр.
• Бобы (приготовленные) — 4.1 мг. на 1 стакан.
• Ржаная мука — 6.4 мг. на 1 стакан.
• Пшеничная мука грубого помола — 3.6 мг. на 1 стакан.
• Овсянка (приготовленная) — 1.2 на 1 стакан.
• Рис (вареный) — 1.2 мг. на 1 стакан.
• Вареные макароны из муки грубого помола — 1.3 мг. на 1 стакан.
• Рыба — 0,43-2,44 мг
• Сыры твёрдые — 2,66-4,36 мг
• Базилик сушёный — 7,1 мг
• Сельдерея семена — 6,93 мг

11. Признаки дефицита цинка

Дети :
• Заболевания кожи,
умственная отсталость,
замедление роста и
полового созревания,
учащение
заболеваемости
• инфекциями, глазные
болезни

12. Мужчины

• Облысение, стрессы,
тремор, ухудшение
памяти, повышение
хрупкости костей,
истончение и
трещины
• эмали зубов,
импотенция, рост
уровня
холестеринов в
крови.

13. Женщины

• Сухость кожи, кожные
высыпания, выпадение
волос
• участками, неровности
ногтевых пластин,
анемия,
• снижение остроты
зрения, бесплодие.

14. Что вызывает дефицит ZN?

недостаточное
поступление с
пищевыми
продуктами
избыточное
поступление
меди, свинца,
кадмия, ртути
послеоперационны
й период, ожоги
хронические
заболевания печени,
почек и желудочнокишечного тракта
сахарный диабет

15. Лечение при дифитице цинка

• В качестве профилактики принимают Цинкит.

16. Цинкетрал

17. Вывод:

Показали процентное соотношение содержания
цинка в организме
Его роль в жизнедеятельности организма
Признаки дефицита и избытка
Меры профилактики и лечение

Биологические последствия дефицита цинка в патомеханизмах отдельных болезней

  • 1.

    Hambidge M (2000) J Nutr 130: 1344S – 1349S

    CAS PubMed Google ученый

  • 2.

    Шарма А., Патни Б., Шанхдхар Д. (2014) Physiol Mol Biol Plants 5 (1): 11–20

    Google ученый

  • 3.

    Marchan R, Cadenas C, Bolt H (2012) Arch Toxicol 86: 521–534

    Статья CAS Google ученый

  • 4.

    Стефаниду М., Маравелиас С., Дона С., Спилиопулу С. (2006) Arch Toxicol 80: 1–9

    Статья CAS Google ученый

  • 5.

    Chasapis C, Loutsidou A (2012) Arch Toxicol 86: 521–534

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 6.

    Васак М., Хаслер Д. (2000) Curr Opin Chem Biol 4: 177–183

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 7.

    Tubek S (2007) Biol Trace Elem Res 119: 1–9

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 8.

    Tapiero H, Tew K (2003) Biomed Pharmacother 57: 399–411

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 9.

    Калесник Б., Динан А. (1988) Am Fam Physician 37: 267–270

    CAS PubMed Google ученый

  • 10.

    Vallee B, Falchuk K (1993) Physiol Rev 73: 79–118

    CAS PubMed Google ученый

  • 11.

    Hartwig A (1998) Toxicol Lett 102–103: 235–239 ​​

    PubMed Статья Google ученый

  • 12.

    Vallee B, Auld D (1993) Acc Chem Res 23: 543–551

    Статья Google ученый

  • 13.

    О’Халлоран Т. (1993) Science 261: 715–725

    PubMed Статья Google ученый

  • 14.

    Чой В. (1998) Annu Rev Neurosci 21: 347–375

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 15.

    King J, Shames D, Woodhouse L (2000) J Nutr 130: 1360S – 1366S

    CAS PubMed Google ученый

  • 16.

    Barceloux D (1999) Clin Toxicol 37 (2): 279–292

    CAS Google ученый

  • 17.

    Semrad C (1999) Curr Gastroenterol Rep 1 (1999): 398–403

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 18.

    Hallmans G (1977) Plast Reconstr Surg 11: 155–161

    CAS Статья Google ученый

  • 19.

    Illing A, Shawki A, Cunningham CL, Mackenzie B (2012) J Biol Chem 287: 30485–30496

    PubMed Central CAS PubMed Статья Google ученый

  • 20.

    Гейзер Дж., Де Лиль Р., Эндрюс К. (2013) PLoS ONE 8 (11): 1–11

    Статья CAS Google ученый

  • 21.

    Krebs N, Hambidge M (2001) Biometals 14: 397–412

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 22.

    Koh J (2001) Mol Neurobiol 24: 99–106

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 23.

    Венцель Х., Коул Т., Борн Д., Шварцкроин П., Палмитер Р. (1997) Natl Acad Sci USA 94: 12676–12681

    CAS Статья Google ученый

  • 24.

    Takeda A (2011) Mol Neurobiol 44: 166–174

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 25.

    Голуб М., Кин С., Гершвин М., Хедрикс А. (1995) J Nutr 125: 2263S – 2271S

    CAS PubMed Google ученый

  • 26.

    Brown K, Wuehler S, Peerson J (2001) Food Nutr Bull Suppl 22: 113–125

    Статья Google ученый

  • 27.

    Prasad A (1991) Am J Clin Nutr 53: 403–412

    Google ученый

  • 28.

    Заключение Научного комитета по пищевым продуктам о допустимом верхнем уровне потребления цинка. Европейская комиссия, SCF / CS / NUT / UPPLEV / 62 Final 19 марта 2003 г.

  • 29.

    Кюри С., Дрено Б., Безье С., Жирауде С., Харфи М., Камун Р., Мойзан Дж. П. (2002) Нат Жене 31 (3 ): 239–240

    PubMed Статья CAS Google ученый

  • 30.

    Ван К., Чжоу Б., Го Ю. М., Земанский Дж., Гитшер Дж. (2002) AJHG. 71 (1): 66–73

    CAS Статья Google ученый

  • 31.

    Prasad A (2003) BMJ 326 (7386): 409–410

  • 32.

    Marovt M, Dragos V (2013) Acta Dermatovenerol. 22: 75–76

    Google ученый

  • 33.

    Eide D (2011) Металломика. 3 (11): 1124–1129

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 34.

    Prasad A (2009) J Am Coll Nutr 28 (1): 257–265

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 35.

    Prasad A (2012) J Trace Elem Med Biol 26: 66–69

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 36.

    Sandstead H (1995) Nutrition 11 (1): 87–92

    Google ученый

  • 37.

    Nowak G, Szewczyk B, Pilc A (2005) Pharmacol Rep.57: 713–718

    CAS PubMed Google ученый

  • 38.

    Murray C, Lopez A (1997) Lancet 349: 1436–1442

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 39.

    McLoughlin I, Hodge J (1990) Acta Psychiatr Scand 82: 451–453

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 40.

    Maes M, D’Haese P, Scharpé S, D’Hondt P, Cosyns P, De Broe M (1994) J Affect Disord 31: 135–140

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 41.

    Nowak G, Zięba A, Dudek D, Krooeniak M, Szymaczek M, Schlegel-Zawadzka M (1994) Hum Psychopharmacol Clin Exp. 14: 83–86

    Статья Google ученый

  • 42.

    Wójcik J, Dudek D, Schlegel-Zawadzka M, Grabowska M, Marcinek A, Florek E, Piekoszewski W., Nowak R, Opoka W, Nowak G (2006) Pharmacol Rep. 58 (4): 571– 576

    PubMed Google ученый

  • 43.

    Рузбех Дж., Шарифиан М., Ганизаде А., Сахрайан А., Сагеб М., Шабани С., Хамидиан Джахроми А., Кашфи М., Афшариани Р. (2011) Дж Рен Нутр 21 (2): 184–187

    Google ученый

  • 44.

    Siwek M, Dudek D, Schlegel-Zawadzka M, Morawska A, Piekoszewski W., Opoka W., Zięba Pilc A, Popik P, Nowak G (2010) J Affect Disord 126: 447–452

  • 45.

    Irmisch G,

    Irmisch G Schlaefke D, Richter J (2010) Neurochem Res 35 (9): 1376–1383

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 46.

    Наранг Р., Гупта К., Наранг А., Сингх Р. (1991) Indian J Physiol Pharmacol 35 (4): 272–274

    CAS PubMed Google ученый

  • 47.

    Амани Р., Саиди С., Назари З., Нематпур С. (2010) Biol Trace Elem Res 137: 150–158

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 48.

    Рой А., Эверс С., Ависон В., Кэмпбелл М. (2010) Nutr Res. 30 (10): 695–704

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 49.

    Тамано Х., Кан Ф., Кавамура М., Оку Н., Такеда А. (2009) Neurochem Int 55 (7): 536–541

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 50.

    Młyniec K, Nowak G (2012) Pharmacol Rep. 64 (2): 249–255

    PubMed Статья Google ученый

  • 51.

    Whittle N, Lubec G, Singewald N (2009) Аминокислоты 36 (1): 147–158

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 52.

    Tassabehji N, Corniola R, Alshingiti A, Levenson C (2008) Physiol Behav 95 (1): 365–369

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 53.

    Takeda A (2000) Brain Res Brain Res Rev 34 (1): 137–148

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 54.

    Келлер К., Грайдер А., Коффилд Дж. (2001) Physiol Behav 72 (1): 339–348

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 55.

    Такеда А., Тамано Х., Кан Ф., Ханадзима Т., Ямада К., Оку Н. (2008) Life Sci 82 (17–18): 909–914

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 56.

    Corniola R, Tassabehji N, Hare J, Sharma G, Levenson C (2008) Brain Res. 1237: 52–61

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 57.

    Suh SW, Won S, Hamby A, Yoo B, Fan Y, Sheline C, Tamano H, Takeda A, Liu J (2009) J Cereb Blood Flow Metab. 29 (9): 1579–1588

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 58.

    Gao H, Zheng W, Xin N, Chi Z, Wang Z, Chen J, Wang Z (2009) Neurotoxic Res.16 (4): 416–425

    CAS Статья Google ученый

  • 59.

    Гао Х.Л., Сюй Х., Синь Н, Чжэн В., Чи З, Ван З. (2011) Neurotox Res 19 (4): 584–591

  • 60.

    Smart T, Hosie A, Miller PS (2004) нейробиолог. 10 (5): 432–442

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 61.

    Шевчик Б., Кубера М., Новак Г. (2011) Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 35 (1): 693–701

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 62.

    Szewczyk B (2013) Front Aging Neurosci. 5 (33): 1–12

    Google ученый

  • 63.

    Młyniec K, Budziszewska B, Reczyński W, Sowa-Kućma M, Nowak G (2013) Behav Brain Res 238: 30–35

    PubMed Статья CAS Google ученый

  • 64.

    Maggini S, Wenzlaff S (2010) Hornig D 38 (2): 386–414

    CAS Google ученый

  • 65.

    Бао Б., Прасад А, Бек Ф., Фицджеральд Дж., Снелл Д., Бао Дж., Сингх Т., Кардозо Л. (2010) Am J Clin Nutr 91 (6): 1634–1641

    PubMed Central CAS PubMed Статья Google ученый

  • 66.

    Tomat A, Costa Mde L, Arranz C (2011) Nutrition 27 (4): 392–398

    Google ученый

  • 67.

    Tubek S (2007) Biol Trace Elem Res 117: 39–51

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 68.

    Tubek S (2005) Biol Trace Elem Res 107 (2): 89–99

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 69.

    Харлан В., Лэндис Дж., Шмудер Р., Гольдштейн Н., Харлан Л. (1985) J Am Med Assoc 253 (4): 530–534

    CAS Статья Google ученый

  • 70.

    Loyke H (1991) Biol Trace Elem Res 29: 45–53

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 71.

    Даффи Дж., Оверманн Дж., Кин С., Клегг М., Дастон Дж. (2004) Врожденные дефекты Res Part B. 71 (2): 102–109

    CAS Статья Google ученый

  • 72.

    Лопес В., Кин С., Ланоуэ Л. (2008) Biol Trace Elem Res 122: 238–255

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 73.

    Libby P (2006) Am J Clin Nutr 83: 456S – 460S

    CAS PubMed Google ученый

  • 74.

    Meerarani P, Reiterer G, Toborek M, Hennig B (2003) J Nutr 133 (10): 3058–3064

    CAS PubMed Google ученый

  • 75.

    Litwin M, Clark K, Noack L, Furze J, Berndt M, Albelda S, Vada M, Gamble J (1997) J Cell Biol 139: 219–228

    PubMed Central CAS PubMed Статья Google ученый

  • 76.

    Литтл П., Бхаттачарья Р., Морейра А., Коричнева И. (2010) Питание.26 (11–12): 1050–1057

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 77.

    Cohen N, Golik A (2006) Heart Fail Rev 11: 19–24

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 78.

    Атлихан Ф, Сойлемезоглу Т., Гекче А., Гувендик Дж., Сатичи О. (1990) Turk J Pediatr 32 (1): 33–38

    Google ученый

  • 79.

    Kurihara N, Yanagisawa H, Sato M, Tien CK, Wada O (2002) Clin Exp Pharmacol Physiol 29 (12): 1096–1104

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 80.

    Niewoehner C, Allen J, Boosalis M, Levine AS, Morley J (1986) Am J Med 81 (1): 63–68

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 81.

    Bardsley J, Want L (2004) Crit Care Nurs Q 27 (2): 106–112

    Google ученый

  • 82.

    Рай В., Айер У., Мани И., Мани У. (1997) Int J Diab Dev Ctries 17: 33–37

    Google ученый

  • 83.

    Чаусмер А. (1998) J Am College Nutr. 17 (2): 109–115

    CAS Статья Google ученый

  • 84.

    Jayawardena R, Ranasinghe P, Galappatthy P, Malkanthi R, Constantine G, Katulanda P (2012) Diabetol Metab Syndr 4 (1–11): 13

    Google ученый

  • 85.

    Faure P, Roussel A, Coudray C, Richard MJ, Halimi S, Favier A (1992) Biol Trace Elem Res 32: 305–310

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 86.

    Chimienti F, Devergnas S, Favier A, Seve M (2004) Диабет 53 (9): 2330–2337

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 87.

    О’Халлоран Т., Кебеде М., Филипс С.Дж., Атти А. (2013) Дж. Клин Инвест.123 (10): 4136–4139

    PubMed Central PubMed Статья CAS Google ученый

  • 88.

    Голдман Дж, Карпентер Ф (1974) Биохимия. 13 (22): 4566–4574

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 89.

    Mocchegianai E, Boemi M, Fumelli P, Fabris N (1989) Diabetes 38: 932–937

    Article Google ученый

  • 90.

    Бакайса Д.Л. Радзюк Дж, Гавел Х.А., Брейдер М.Л., Ли С., Додд С.В., Билс Дж.М., Пекар А.Х., Бремс Д.Н. (1996) Protein Sci 5 (12): 2521–2531

  • 91.

    Брандэо-Нето Дж, Стефан V, Мендон Б., Блуаз В., Кастро А. (1995) Nutr Res. 15: 335–358

    Статья Google ученый

  • 92.

    Praveeena S, Sujatha P, Sameera K (2013) J Clin Diagn Res. 7 (9): 1863–1865

    CAS Google ученый

  • 93.

    Салгейро М., Кребс Н., Субиллага М., Вейл Р., Постайр Э, Лисионек А., Каро Р., Де Паоли Т., Хагер А., Боччо А. (2001) Biol Trace Elem Res 81: 215–227

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 94.

    Манцорос С., Прасад А., Бек Ф., Грабовски С., Каплан Дж., Адаир С., Брюэр Г. (1998) Дж. Ам Колл Нутр 17 (1): 270–275

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 95.

    Chen M, Song Y, Lin P (2000) Life Sci 66 (22): 2143–2149

  • 96.

    Canesi L, Betti M, Ciacci C, Gallo G (2001) Gen Comp Endocrinol 122 (1): 60–66

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 97.

    Тан Икс, Шэй Н. (2001) Дж. Нутрь 131 (5): 1414–1420

    CAS PubMed Google ученый

  • 98.

    Haase H, Maret W (2003) Exp Cell Res 291 (2): 289–298

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 99.

    Lee S, Chanoit G, McIntosh R, Zvara D, Xu Z (2009) Am J Physiol 297 (2): H569 – H575

    CAS Google ученый

  • 100.

    Miao X, Sun W, Fu Y, Miao L, Cai L (2013) Front Med 7 (1): 31–52

    PubMed Статья Google ученый

  • 101.

    Прасад А.С., Бао Б., Бек Ф.В., Кучук О., Саркар Ф.Х. (2004) Free Radic Biol Med 37 (8): 1182–1190

    Google ученый

  • 102.

    Duzguner V, Kaya S (2007) Free Radicals Biol Med. 42 (10): 1481–1486

    CAS Статья Google ученый

  • 103.

    Oh M, Yoon J (2008) Nutr Res Pract. 2 (4): 283–288

    PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 104.

    Сахария Г., Госвами Р. (2013) Врачи лаборатории Дж. 5 (1): 30–33

    PubMed Central CAS PubMed Статья Google ученый

  • 105.

    de Sena K, Arrais R, das Graças Almeida M, de Araújo D, dos Santos M, de Lima V, de Fãtima Campos Pedrosa L (2005) Biol Trace Elem Res 105 (1–3): 1–9

  • 106.

    Alzheimer A (1907) Allg Z Psychiatr Ihre Grenzgeb. 64: 146–148

    Google ученый

  • 107.

    Харди Дж., Хиггинс Дж. (1992) Science 256: 184–185

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 108.

    Curtain C, Ali F, Volitakisi I, Chernyi R, Norton R, Beyreuther K, Barrow C, Mastersi C, Bushi A (2001) Barnham K 276: 20466–20473

    CAS Google ученый

  • 109.

    Sayre L, Perry G, Harris P, Liu Y, Schubert K, Smith M (2000) J Neurochem 74 (1): 270–279

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 110.

    Хуанг Х, Куаянгко М. Этвуд С., Мойр Р., Танзи Р., Буш А (2000) Дж. Нутрь 1488S – 1492S

  • 111.

    Miyata M, Smith J (1996) Nat Genet 1: 55–61

    Статья Google ученый

  • 112.

    Моалем С., Перси М., Эндрюс Д., Крук Т., Вонг С., Далтон А., Мехта П., Федор Б., Уоррен А. (2000) Am J Med Genet Часть A. 93 (1): 58–66

    CAS Статья Google ученый

  • 113.

    Zambenedetti P, De Bellis G, Biunno I, Musicco M, Zatta P (2003) J Alzheimers Dis 6: 423–427

    Google ученый

  • 114.

    Grant W (1997) Alzheimers Dis Rev 2: 42–55

    CAS Google ученый

  • 115.

    Брюер Г., Канцер С., Циммерман Е., Молхо Е., Целминс Д., Хекман С., Дик Р. (2010) Ам Дж. Болезнь Альцгеймера Другой Демен (7): 572–575

  • 116.

    Баум Л. , Chan I, Cheung S, Goggins W, Mok V, Lam L, Leung V, Hui E, Ng C, Woo J, Chiu HF, Zee BC, Cheng W, Chan M, Szeto S, Lui V, Tsoh J, Bush AI, Lam C, Kwok T (2010) Biometals 1: 173–179

    Статья CAS Google ученый

  • 117.

    Ли Дж., Коул Т., Палмитер Р., Сух С., Ко Дж. (2002) Дж. Proc Natl Acad Sci USA 99 (11): 7705–7710

    CAS Статья Google ученый

  • 118.

    Адлард П., Парнкатт Дж., Финкельштейн Д., Буш A (2010) J Neurosci 30 (5): 1631–1636

    Google ученый

  • 119.

    Коул Т., Венцель Х., Кафер К., Шварцкроин П., Палмитер Р. (1999) Proc Natl Acad Sci USA 96: 1716–1721

    PubMed Central CAS PubMed Статья Google ученый

  • 120.

    Palmiter R, Cole T, Quaife C, Findley S (1996) J Proc Natl Acad Sci USA. 25: 14934–14939

    Статья Google ученый

  • 121.

    Смарт Т., Хози А., Миллер П. (2004) нейробиолог. 5: 432–442

    Статья CAS Google ученый

  • 122.

    Loef M, von Stillfried N, Walach H (2012) Nutr Neurosci. 15 (5): 2–12

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 123.

    Крауч П., Савва М., Хунг Л., Доннелли П., Мот А., Паркер С., Гриноу М., Волитакис И., Адлард П., Черный Р., Мастерс С., Буш А., Барнхэм К., Уайт А. (2011) J Neurochem 119 (1 ): 220–230

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 124.

    Brewer G (2012) BioFactors 38 (2): 107–113

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 125.

    Constantinidis J (1992) Drug Dev Res 27: 1–14

    CAS Статья Google ученый

  • 126.

    Corona C, Masciopinto F, Silvestri E, Viscovo A, Lattanzio R, Sorda R, Ciavardelli D, Goglia F, Piantelli M, Canzoniero L, Sensi S (2010) Cell Death Dis 1: e91

    PubMed Central CAS PubMed Статья Google ученый

  • 127.

    Брюэр Г., Хилл Г. Х., Прасад А., Зафраллах С., Парвиз Р. (1983) Энн Интерн Мед. 99: 314–320

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 128.

    Huster D (2010) Best Practices Cl Ga. 24: 531–539

    CAS Статья Google ученый

  • 129.

    Абудуксикуэр К., Ван Дж. (2014) PLoS One 9 (1): e86168 1–10

    Google ученый

  • 130.

    Робертс Э., Шильский М. (2008) Гепатология 47: 2089–2111

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 131.

    Sturniolo GC, Mestriner C, Irato P, Albergoni V, Longo G, D’Incà R (1999) Am J Gastroenterol 94: 334–338

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 132.

    Linn F, Houwen R, van Hattum J, van der Kleij S, van Erpecum K (2009) Hepatology 50: 1442–1452

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 133.

    Frederickson C, Won Suh S, Silva D, Frederickson C, Thompson R (2000) J Nutr 130: 1471S – 1483S

    Google ученый

  • 134.

    Plum L, Rink L, Haase H (2010) Int J Environ Res 7: 342–1365

    Google ученый

  • 135.

    Crawford I, Connor J (1975) Orthomol Psychiatry 4: 39–52

    CAS Google ученый

  • 136.

    Szewczyk B, Sowa M, Czupryn A, Wierońska J, Brański P, Sadlik K, Opoka W, Piekoszewski W, miałkowska M, Skangiel-Kramska J, Pilc A, Nowak Res G (2006) 69–75

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 137.

    Берт Л., Фальчук В., Фальчук К. (1993) Physiol Rev 73 (1): 79–118

    Google ученый

  • Биохимия цинка: от простого фермента цинка до ключевого элемента жизни | Достижения в области питания

    1″> Введение

    Хронология событий в исследованиях биологии цинка показательна, поскольку они разворачиваются в различных дисциплинах и демонстрируют постоянно увеличивающееся разнообразие функций. Можно выделить три фазы открытия: 1 ) признание того, что цинк необходим для всех форм жизни, 2 ) обнаружение цинка в ферментах и ​​других белках как основы его каталитических и структурных функций, и 3 ) роль ионов цинка (II) в клеточной регуляции, что является основной темой данной статьи (рис.1). Знания о молекулярных функциях цинка появлялись медленно, поскольку цинк невосприимчив к исследованиям с помощью большинства спектроскопических методов, а анализ биологических тканей был сложной задачей до того, как стали широко доступны достаточно чувствительные методы, такие как беспламенная атомно-абсорбционная спектрофотометрия. Кроме того, многие белки цинка настолько малочисленны, что не могут быть обнаружены прямым анализом. Пока только подходы биоинформатики и системной биологии научили нас в полной мере вовлечению цинка в клеточную биологию.Тем не менее, роль цинка как кофактора в белках, похоже, не объясняет всех его биологических функций. Третья и самая последняя фаза открытий демонстрирует, что ионы цинка (II) являются регулирующими ионами, близкими к ионам кальция (II), и имеют фундаментальное значение для клеточного контроля. Опять же, новые идеи стали возможны только с разработкой новых инструментов, в данном случае с появлением хелатирующих агентов, которые флуоресцируют при связывании ионов цинка (II) и позволяют измерять содержание ионов цинка (II) в клетках с чувствительностью, превышающей чувствительность большинства из них. другие аналитические методы.Эта статья посвящена этим последним разработкам, касающимся роли ионов цинка (II) в клеточной регуляции, которые пока что являются уникальными среди основных ионов переходных металлов. Эти роли значительно увеличивают значение цинка для клеточной биологии и позволяют предположить, что микронутриент цинк имеет гораздо более широкие функции, чем любой из ионов других переходных металлов, включая железо.

    Рисунок 1

    Три фазы открытий в биологии цинка. Вверху: Открытия, которые привели к признанию цинка незаменимым питательным веществом, начались с плодотворных исследований Жюля Раулина зависимости Aspergillus niger от цинка для роста и завершились открытием Анандой Прасадом дефицита цинка у людей.Середина: Открытие цинка как кофактора белков также имеет определенное начало, а именно открытие Дэвидом Кейлином цинка в карбоангидразе, и достигло определенной конечной точки по оценкам Ивано Бертини количества белков цинка в протеомах цинка. Внизу: открытия, связанные с ролью ионов цинка (II) в регуляции, не имеют четко определенного начала и открыты с точки зрения будущих последствий.

    Рисунок 1

    Три фазы открытий в биологии цинка. Вверху: Открытия, которые привели к признанию цинка незаменимым питательным веществом, начались с плодотворных исследований Жюля Раулина зависимости Aspergillus niger от цинка для роста и завершились открытием Анандой Прасадом дефицита цинка у людей.Середина: Открытие цинка как кофактора белков также имеет определенное начало, а именно открытие Дэвидом Кейлином цинка в карбоангидразе, и достигло определенной конечной точки по оценкам Ивано Бертини количества белков цинка в протеомах цинка. Внизу: открытия, связанные с ролью ионов цинка (II) в регуляции, не имеют четко определенного начала и открыты с точки зрения будущих последствий.

    5″> Цинк как важный ион переходного металла

    Жюль Раулен, обучавшийся у Луи Пастера, сообщил в 1869 году, что цинк необходим для роста грибка Aspergillus niger (1).Его работа замечательна и решительна, потому что он использовал химически определенные среды, чтобы прийти к своему выводу. В 1920-х годах обсуждалось, является ли присутствие цинка в тканях человека результатом воздействия окружающей среды, которое может отрицательно повлиять на человека. Исследователи из Гарвардской школы общественного здравоохранения в Бостоне измерили концентрацию цинка в тканях человека и пришли к выводу, что цинк присутствует эндогенно и может выполнять биологические функции (2, 3). Поучительно прочитать заключение Дринкера и Коллиера: «поражает …… неспособность исследователей признать эту обычную универсальность цинка … приводит нас к мысли, что цинк необходим для нормального функционирования организма »(3). Прошло много времени после первоначального наблюдения Раулина, пока не было доказано, что цинк необходим для крыс (1934 г.) и человека (1961 г.) (4, 5). Этот ранний период открытий стал предметом симпозиума Федерации американских обществ экспериментальной биологии, организованного Бойдом О’Деллом (6).

    2″> Новые функции: ионы цинка как мессенджеры

    При таком большом количестве белков, требующих цинка, вопросы о том, как, когда и где цинк становится доступным, чтобы белки стали белками цинка, становились все более актуальными. Однако исчерпывающий ответ отсутствует. Также неизвестно, происходит ли выделение цинка, когда цинк становится ограничивающим, с каким-либо типом иерархии для сохранения основных цинк-зависимых функций при приостановке других. Другой важный вопрос — какие процессы и молекулы контролируют системный гомеостаз цинка.Гормон, такой как гепсидин, контролирующий метаболизм железа, не был идентифицирован для контроля цинка. С открытием белков, участвующих в клеточном гомеостазе цинка, стало ясно, насколько сложен контроль. Выявлены десятки транспортеров, в отличие от железа, где их всего несколько. Однако специфика большинства этих транспортеров точно не установлена. Их называют переносчиками цинка, но некоторые из них также переносят ионы других металлов. Транспортеры локализуются на плазматической мембране и на внутриклеточных мембранах.Эта обширная компартментализация характерна для клеточного метаболизма цинка.

    6″> Транспортировка и обнаружение цинка.

    Десять членов семейства транспортеров цинка (Zn) (ZnT) (SLC30A) экспортируют цинк из цитозоля, тогда как 14 членов семейства ZRT / IRT-подобных белков (Zip) (SLC39A) импортируют цинк в цитозоль.Вместе эти переносчики контролируют клеточный цинк и его движение через плазматическую мембрану и между цитозолем и различными клеточными компартментами (35, 36). Транскрипторы регулируются транскрипционно, трансляционно и на уровне белка посредством образования гетеродимеров, убиквитинирования, фосфорилирования и протеолиза (35–37). Трехмерные структуры Zip-белков недоступны. Некоторые из членов этого семейства могут иметь дополнительные сайты связывания цинка (38), как в случае с белками ZnT. Escherichia coli Yiip является гомологом белков ZnT человека и антипортером Zn 2+ / H + , находящимся во внутренней мембране. Его трехмерная структура показывает димерный белок с трансмембранным доменом и цитоплазматическим доменом и несколькими сайтами связывания цинка в мономере: сайт цинка между трансмембранными спиралями, участвующими в транспорте цинка, сайт связывания цинка между двумя доменами с неизвестными функция и биядерный сайт связывания цинка в цитоплазматическом домене, который, как полагают, определяет концентрации цитоплазматических ионов цинка (II) и запускает конформационные изменения, которые позволяют транспортировать цинк через мембрану (39).Фактор транскрипции-1, связывающий элемент, отвечающий за металл (MTF-1), является единственным известным эукариотическим сенсором иона цинка (II). Он контролирует цинк-зависимую экспрессию генов белков при повышенных концентрациях цинка. Считается, что зондирование происходит через пару его 6 цинковых пальцев с более низким сродством к цинку, чем другие цинковые пальцы (40). В человеческом MTF-1 домен активации кислоты также участвует в обнаружении металлов (41). MTF-1 является важным белком в развитии, так как его генетическое устранение у мышей приводит к гибели эмбрионов (42).

    0″> Буферный цинк.

    Цинк, как и любой другой важный ион металла, поддерживается в определенных клеточных концентрациях, чтобы позволить цинк-специфические реакции и избежать вмешательства в функции других основных ионов металлов, например, предотвращения координации неправильного иона металла с металлопротеином.Одним из компонентов клеточного гомеостатического контроля является буферизация цинка. Концепция металлической буферизации аналогична концепции буферизации ионов водорода (протонов). В то время как p K a лиганда определяет pH для буферизации протонов, p K d лиганда определяет pMe для буферизации металлов. По аналогии с понятием pH, концентрация свободных ионов цинка (II) выражается как потенциал цинка, pZn = −log [Zn 2+ ] i (54).Эти отношения объясняют, почему необходимо знать сродство белков к цинку при физиологическом pH (p K d ), чтобы понять буферное действие цинка и контроль клеточного цинка. Сродство лигандов к ионам двухвалентных металлов соответствует ряду Ирвинга-Вильямса, согласно которому ионы цинка (II) связываются сильнее, чем ионы других двухвалентных металлов первого переходного ряда, за исключением ионов меди (II). Сродство цитозольных белков цинка к цинку находится в диапазоне пикомолей на литр констант диссоциации (55).Как следствие, большая часть цинка связана, и концентрации свободных ионов цинка (II) соизмеримо низки. Прямые измерения в нескольких лабораториях с использованием различных методов дают оценки концентраций свободных ионов цинка (II) в диапазоне от десятков до сотен пикомолей на литр (pZn = 10–11) (таблица 1) (56–63) и подтверждают, что рассмотрение основанное на связывающих равновесиях является допустимым приближением. Следует отметить, что оценки уже были опубликованы 40 лет назад, когда было измерено ингибирование цинком фермента магния фосфоглюкомутазы.Авторы пришли к выводу, что для того, чтобы фермент не подавлял цинк в мышцах, концентрация свободных ионов цинка должна быть <32 пмоль / л (57). Типичные общие концентрации цинка в клетках составляют несколько сотен микромолей на литр, но, по крайней мере, на шесть-семь порядков выше, чем концентрации свободных ионов цинка (II). Свободные ионы цинка (II), в отличие от связанных с белками ионов цинка (II), не лишены каких-либо лигандов, но природа лигандов неизвестна. Другие термины, такие как легко или легко заменяемый, подвижный и кинетически лабильный цинк, используются в литературе для обозначения пулов цинка.Каждый термин имеет разное значение, и эти термины не должны использоваться взаимозаменяемо. Какими бы низкими ни были концентрации свободных ионов цинка (II), ими нельзя пренебречь. Фактически, они критически важны для клеточной регуляции.

    Таблица 1.

    Примеры измерений концентрации свободных ионов цинка (II)

    9 9 (63)
    [Zn 2+ ] i , пмоль / л . Тип клеток / ткань . Метод . ссылку .
    <100; 32 Мышца кролика Ингибирование фосфоглюкомутазы (56, 57)
    24 Эритроциты человека Определение клеточного цинка в системе с цинковым буфером (58) (58) (58) Крыса PC12, феохромоцитома Датчик карбоангидразы (59)
    614 HT29 человека, рак толстой кишки FluoZin-3 (60)
    ZnAF-2 (61)
    400 Крыса INS-1, инсулинома Датчик CALWY-FRET (62)
    80 Датчик HeLETa Человека HeLETa
    9 9 (63)
    [Zn 2+ ] i , пмоль / л . Тип клеток / ткань . Метод . ссылку .
    <100; 32 Мышцы кролика Ингибирование фосфоглюкомутазы (56, 57)
    24 Эритроциты человека Определение клеточного цинка в системе с цинковым буфером (58) (58) (58) Крыса PC12, феохромоцитома Датчик карбоангидразы (59)
    614 Человеческий HT29, рак толстой кишки FluoZin-3 (60)
    ZnAF-2 (61)
    400 Крыса INS-1, инсулинома Датчик CALWY-FRET (62)
    80 Датчик HeLETa Человека HeLETa
    Таблица 1.

    Примеры измерения концентрации свободных ионов цинка (II)

    9 9 (63)
    [Zn 2+ ] i , пмоль / л . Тип клеток / ткань . Метод . ссылку .
    <100; 32 Мышца кролика Ингибирование фосфоглюкомутазы (56, 57)
    24 Эритроциты человека Определение клеточного цинка в системе с цинковым буфером (58) (58) (58) Крыса PC12, феохромоцитома Датчик карбоангидразы (59)
    614 HT29 человека, рак толстой кишки FluoZin-3 (60)
    ZnAF-2 (61)
    400 Крыса INS-1, инсулинома Датчик CALWY-FRET (62)
    80 Датчик HeLETa Человека HeLETa
    9 9 (63)
    [Zn 2+ ] i , пмоль / л . Тип клеток / ткань . Метод . ссылку .
    <100; 32 Мышцы кролика Ингибирование фосфоглюкомутазы (56, 57)
    24 Эритроциты человека Определение клеточного цинка в системе с цинковым буфером (58) (58) (58) Крыса PC12, феохромоцитома Датчик карбоангидразы (59)
    614 Человеческий HT29, рак толстой кишки FluoZin-3 (60)
    ZnAF-2 (61)
    400 Крыса INS-1, инсулинома Датчик CALWY-FRET (62)
    80 Датчик HeLETa Человека HeLETa

    Буферизация вызывает определенную концентрацию ионов цинка (II) (значения pZn), и ее не следует путать с буферизацией ca pacity, который описывает силу буферизации и устойчивость к изменениям, а не pZn, при котором происходит буферизация.Физиологическая буферная способность цинка в линии эпителиальных клеток составляет ~ 15 мкмоль / л (60). Это не очень много. Фактически, если бы оно было высоким, ионы цинка (II) не могли бы легко участвовать в биологической регуляции. С молекулярной точки зрения около 30% буферной емкости основано на тиолсодержащих лигандах (64). Окисление тиолов в условиях окислительного стресса снижает буферную способность цинка, делая клетки более уязвимыми для неблагоприятного воздействия дополнительных ионов цинка (II). Буферизация цинка в клетках — это динамический процесс, в котором pZn, буферная емкость или и то, и другое могут изменяться.Увеличение буферной способности цинка за счет изменения концентрации лиганда позволяет клетке обрабатывать больше цинка, сохраняя при этом постоянное значение pZn. Снижение буферной емкости позволяет клетке изменять свой pZn в таких условиях, как приток / отток цинка. Согласно теории буферизации, тогда как увеличение, так и уменьшение значения pZn будут происходить более легко. Одна и та же клетка может иметь разные значения pZn при пролиферации, дифференцировке или апоптозе (60, 64). Значение этих динамических процессов состоит в том, что глобальные или локальные изменения концентрации ионов цинка (II) позволяют контролировать клеточные процессы.

    Если сродства (значения p K d ), которые контролируют буферизацию, были единственным фактором, контролирующим клеточные концентрации ионов цинка (II), цинк мог бы двигаться только в одном направлении термодинамических градиентов, то есть от более низкого к более высокому сайты по интересам. Это явно не так. Необходимы дополнительные механизмы для заселения участков с несколько более низким сродством к цинку. Одним из механизмов является высвобождение ионов цинка (II) из компартмента, в котором ионы цинка (II) не находятся в термодинамическом равновесии с цитозолем.

    Хранение и высвобождение цинка: везикулы.

    Характерной чертой эукариотических клеток является обширная компартментализация цинка. Клетки ограничивают доступность ионов цинка (II) посредством компартментализации и контролируют цинк через динамическую координационную среду, которая модулирует кинетику ассоциации и диссоциации металлов (65). Для переноса цинка между различными клеточными компартментами требуется большое количество переносчиков и способствует буферизации.Такие движения ионов металлов — кинетическое явление. Этот дополнительный компонент буферизации в биологических системах получил название приглушения (66). Удаляя цинк из определенного компартмента, такого как цитозоль, клетки могут справляться с гораздо более высокими нагрузками цинка, чем только за счет буферизации. Таким образом, клеточная буферизация цинка представляет собой комбинацию цитозольной буферной способности цинка и способности подавлять цинк, основанную на активности переносчиков, которые удаляют ионы цинка (II) из цитозоля в органеллы или за пределы клетки (67).Буферизация и приглушение — это не просто служебные функции. Они принципиально важны для возникновения флуктуаций ионов цинка (II) и, как таковые, имеют решающее значение для ионов цинка (II) в качестве регулирующих ионов. Секвестрация ионов цинка (II) в клеточном компартменте — это один из способов временно сохранить цинк в клетке, а затем высвободить его снова по мере необходимости. Компартментализация решает давнюю проблему — накапливают ли клетки цинк. Цинк в основном хранится в везикулах, а не в белке с высокой цинк-связывающей способностью, подобной ферритину при хранении железа.Химическое состояние цинка в везикулах неизвестно. Концентрации свободного цинка (II) в этих везикулах намного выше (более низкие значения pZn), чем в цитозоле, что указывает на различную буферность цинка. Оценки составляют 1–100 мкмоль / л в гранулах, хранящих инсулин (62). Определение субклеточных значений pZn представляет большой интерес в настоящее время. Измерения показывают, что в некоторых субклеточных компартментах концентрация свободных ионов цинка (II) намного ниже, чем в цитозоле. Оценки: 0,9 пмоль / л для эндоплазматического ретикулума (ЭР), 0.2 пмоль / л для Гольджи (63), 0,2 пмоль / л для митохондриального матрикса (68) и 0,14 пмоль / л для митохондрий (69).

    Цинк в регуляции: ионы цинка (II) в качестве сигнальных ионов

    Возможно, наиболее интересной областью современной биологии цинка является роль высвобождаемых ионов цинка (II) в передаче информации внутри клеток и между клетками (70). В проводящих путях стимул → увеличение [Zn 2+ ] → мишени ионы цинка (II) являются сигналами. Предпочтение ионов цинка (II) конкретным координационным средам в белках придает этим сигналам определенную степень специфичности.Амплитуды сигналов ионов цинка (II) определяют, какие белки являются мишенями, потому что любая мишень должна иметь соизмеримое сродство к цинку. В условиях стимуляции концентрации ионов цинка (II) в клетках увеличиваются и достигают концентраций> 2 нмоль / л только при окислительном стрессе и при апоптозе. Если буферная емкость не изменится или не будет исчерпана, они возвращаются к своим исходным концентрациям в течение нескольких минут (71). Что касается оценок стационарных концентраций свободных ионов цинка (II) (таблица 1), консенсус строится на амплитудах флуктуаций ионов цинка (II).Различные экспериментальные парадигмы, такие как окислительный стресс, воздействие глюкозы, электрическая стимуляция и химическое замещение цинка более прочно связывающимся ионом ртути (II), увеличивают концентрации свободных ионов цинка (II) в клетках в аналогичной степени (Таблица 2 ) (72–76). Хотя контроль флуктуаций ионов цинка (II) обсуждался выше, нижеследующее обсуждение фокусируется на том, как сигналы ионов цинка (II) генерируются, передаются и прекращаются на мишенях.

    Таблица 2.

    Примеры измерений колебаний концентрации свободных ионов цинка (II)

    90–5 TCl-клеток
    [Zn 2+ ] i Колебания, нмоль / л . Тип клеток / ткань . Состояние . ссылку .
    0,1–0,7 Кардиомиоциты Электростимуляция (72)
    0.52–0,87 Кардиомиоциты Диабет (73)
    0,45–0,85 β-клетки островков поджелудочной железы Воздействие глюкозы (74)
    Окислительный стресс (75)
    0,78–1,25 Эпителиальные клетки рака толстой кишки (HT29) Дифференциация (51, 64)
    0.60–0.78 Пролиферация
    0,78–2,51 Апоптоз
    0,15–1,3 Лечение Jurkat
    9 2
    [Zn 2+ ] i Колебание, нмоль / л . Тип клеток / ткань . Состояние . ссылку .
    0,1–0,7 Кардиомиоциты Электростимуляция (72)
    0,52–0,87 Кардиомиоциты Диабет β-клетки Воздействие глюкозы (74)
    3–5 Эпителиальный слой слизистой оболочки толстой кишки Окислительный стресс (75)
    0.78–1,25 Эпителиальные клетки рака толстой кишки (HT29) Дифференцировка (51, 64)
    0,60–0,78 Пролиферация
    0,15–1,3 Т-клетки Jurkat Обработка ртутью (HgCl 2 ) (76)
    Таблица 2.

    Примеры измерений колебаний концентрации свободных ионов цинка (II)

    9 2
    [Zn 2+ ] i Колебание, нмоль / л . Тип клеток / ткань . Состояние . ссылку .
    0,1–0,7 Кардиомиоциты Электростимуляция (72)
    0,52–0,87 Кардиомиоциты Диабет β-клетки Воздействие глюкозы (74)
    3–5 Эпителиальный слой слизистой оболочки толстой кишки Окислительный стресс (75)
    0.78–1,25 Эпителиальные клетки рака толстой кишки (HT29) Дифференцировка (51, 64)
    0,60–0,78 Пролиферация
    0,15–1,3 Т-клетки Jurkat Обработка ртутью (HgCl 2 ) (76)
    9 2 2
    Fluuation i , нмоль / л . Тип клеток / ткань . Состояние . ссылку .
    0,1–0,7 Кардиомиоциты Электростимуляция (72)
    0,52–0,87 Кардиомиоциты Диабет β-клетки Воздействие глюкозы (74)
    3–5 Эпителиальный слой слизистой оболочки толстой кишки Окислительный стресс (75)
    0.78–1,25 Эпителиальные клетки рака толстой кишки (HT29) Дифференцировка (51, 64)
    0,60–0,78 Пролиферация
    0,15–1,3 Т-клетки Jurkat Лечение ртутью (HgCl 2 ) (76)
    Повышение концентрации свободных ионов цинка (II).

    Помимо высвобождения цинка из белков, два пути везикулярного высвобождения ионов цинка (II) увеличивают концентрацию свободных ионов цинка (II). Первый — это выброс цинка из везикул во внеклеточное пространство. Ярким примером является высвобождение ионов цинка (II) из синаптических пузырьков в подмножестве глутаматергических нейронов (77). Одной из мишеней высвобождаемых ионов цинка (II) является постсинаптический рецептор N -метил-d-аспартата, который цинк ингибирует при низких концентрациях наномолей на литр (78).Ионы цинка (II) также модулируют активность других нейрорецепторов, и происходит обратный захват с функциональными эффектами в пресинаптической клетке (79, 80). Какие мишени для ионов цинка (II) являются физиологически важными, зависит от эффективных концентраций синаптического цинка. Ионы цинка (II) также присутствуют в других несинаптических везикулах и высвобождаются из клеток путем экзоцитоза из этих везикул, которые загружены ионами цинка (II) различными транспортерами цинка, ZnT3 в нейронах мозга, ZnT8 в β-клетках поджелудочной железы или ZnT2. в эпителиальных клетках молочной железы (81).Клеточное высвобождение ионов цинка (II) наблюдалось в ряде клеток экзокринных и эндокринных желез. Соматотрофные клетки гипофиза, ацинарные клетки поджелудочной железы, β-клетки островков Лангерганса, клетки Панета в криптах Либеркюна, клетки тубулоацинарных желез предстательной железы, эпителиальные клетки эпидидимальных протоков и остеобласты — все секретируют цинк (II ) ионы (82). В β-клетках поджелудочной железы ионы цинка (II) участвуют в образовании и структуре гексамерного инсулина, формы хранения инсулина в гранулах.Ионы цинка (II) секретируются вместе с инсулином из β-клеток. Цель совместной секреции не совсем ясна, но может относиться к паракринным функциям или предотвращению образования амилоидных отложений из амилоидогенных белков, таких как инсулин и амилин. В эпителиальных клетках молочных желез экзоцитотические пузырьки содержат ионы цинка (II) и снабжают молоко цинком. Колебания внутриклеточных свободных ионов цинка (II) происходят в митотическом клеточном цикле с двумя отдельными пиками, один в начале фазы G1, а другой — в начале фазы S (71).Ооциты мышей поглощают большое количество цинка на последней стадии созревания, а затем их рост прекращается после первого деления мейоза (83). После оплодотворения эмбрионы возобновляют продвижение по клеточному циклу и, вслед за колебаниями ионов кальция (II), высвобождают внутриклеточные ионы цинка (II) во внеклеточное пространство в процессе, который получил название «цинковые искры».

    Второй путь включает внутриклеточное высвобождение ионов цинка (II) из везикул. Стимулы, нацеленные на переносчик цинка Zip7, контролируют высвобождение ионов цинка (II) из хранилища в ЭПР в цитоплазму (84).Путь включает стимуляцию факторами роста и индуцированное казеинкиназой 2 фосфорилирование Zip7, что открывает запасы для высвобождения цинка (85). Высвобождение лизосом в Т-клетках, стимулированных ИЛ-2, является необходимым сигналом для пролиферации (86). В макрофагах стимуляция рецептора FcεRI иммуноглобулина E и внеклеточной передачи сигналов киназы / инозитолтрисфосфата, регулируемой внеклеточными сигналами, запускает высвобождение цинка, которому предшествует высвобождение Ca 2+ (87). Это явление получило название «цинковая волна».«Цинковые искры возникают в течение нескольких секунд, тогда как цинковые волны появляются в течение нескольких минут. Таким образом, сигналы ионов цинка (II) имеют разные частоты.

    Мишени свободных ионов цинка (II): цинк, связанный с белками.

    Для передачи цинкового сигнала к мишеням, близкое расстояние между источником ионов цинка (II) и их мишенью (ами), по-видимому, является важным. Концентрации от пикомолей на литр до наномолей на литр клеточных ионов цинка (II) подавляют активность определенных ферментов, таких как протеинтирозинфосфатазы (88).Белковые тирозинфосфатазы не распознаются как белки цинка, главным образом потому, что они выделяются хелатирующими агентами для сохранения их ферментативной активности. Кинетические исследования изолированных протеинтирозинфосфатаз и буферных растворов ионов цинка (II) показывают, что константа ингибирования цинка цитозольного домена рецепторной протеинтирозинфосфатазы β составляет 27 пмоль / л (89). Локально клеточная концентрация ионов цинка (II) может быть выше, чем показывают измеренные стационарные количества.Некоторые протеинтирозинфосфатазы локализуются в ER, где происходит высвобождение цинка. Фосфорилирование Zip7, ингибирование цинком протеинтирозинфосфатаз и колебания ионов цинка (II) указывают на роль цинка в контроле передачи сигналов фосфорилирования. Соответствие между концентрациями свободных ионов цинка (II) и ингибированием белков-мишеней также очевидно из измерения 24 пмоль / л свободных ионов цинка (II) в эритроцитах и ​​IC 50 80 пмоль / л для ингибирования цинком эритроцит Ca 2+ -АТФаза (58, 90).Сродство белков цинка к цинку и сродство белков, на которые нацелены сигналы ионов цинка (II), определяют нижний и верхний диапазоны, в которых свободные ионы цинка (II) регулируют биологические процессы. Тридцать лет назад, до того как были известны молекулы и механизмы, контролирующие клеточный цинк, ингибирующий контроль, везикулярная секвестрация цинка и комплементарность цинка и кальция в клеточной регуляции были даны в качестве ответа на вопрос: «Цинк, какова его роль в биология?» (91).Клеточные роли ионов цинка (II) в исключительно низких концентрациях, обычно предназначенных для гормонов, наиболее заметны и составляют новый принцип клеточной передачи сигналов (рис. 2).

    Рисунок 2

    Контроль и функции концентрации свободных ионов цинка (II). Два пути (слева) увеличивают концентрацию свободных ионов цинка (II) в цитозоле, [Zn 2+ ] i , которые служат сигналами цинка (справа), которые ингибируют ферменты и индуцируют фактор транскрипции, связывающий элемент, отвечающий за металл. 1 (MTF-1) -зависимая транскрипция гена, который включает синтез переносчиков цинка (ZnT1) и тионеина, активирующего ингибированные цинком ферменты.Буферизация и заглушка контролируют концентрацию свободных ионов цинка (II). Zip, ZRT / IRT-подобный белок.

    Рисунок 2

    Контроль и функции концентрации свободных ионов цинка (II). Два пути (слева) увеличивают концентрацию свободных ионов цинка (II) в цитозоле, [Zn 2+ ] i , которые служат сигналами цинка (справа), которые ингибируют ферменты и индуцируют фактор транскрипции, связывающий элемент, отвечающий за металл. 1 (MTF-1) -зависимая транскрипция гена, который включает синтез переносчиков цинка (ZnT1) и тионеина, активирующего ингибированные цинком ферменты.Буферизация и заглушка контролируют концентрацию свободных ионов цинка (II). Zip, ZRT / IRT-подобный белок.

    Прерывание сигналов ионов цинка (II).

    Микромолярные концентрации МТ на литр в большинстве ячеек обеспечивают временный резервуар для достаточно плотно изолированного цинка и, по сравнению с пикомолями на литр концентрации свободных ионов цинка (II), относительно больших количеств цинка, которые доступны в поставляемой форме по запросу. . Эта функция МТ напоминает функцию металло-шаперонов, в частности, потому, что МТ обладают способностью переносить цинк посредством белок-белковых взаимодействий по ассоциативному механизму (92).МТ имеет сродство к цинку точно в диапазоне концентраций ионов цинка (II), обсуждаемых здесь, и поэтому может участвовать в распределении цинка и прекращении сигналов цинка. Прекращение сигналов цинка, как следует из экспериментов in vitro, включает тионеин, апопротеин MT. Тионеин связывает цинк и активирует ферменты, ингибированные цинком. In vivo, тионеин, вероятно, представляет собой молекулу, которая не полностью лишена и не полностью загружена ионами металлов. Транслокация МТ в клетки и их индукция многими различными путями передачи клеточного сигнала позволяет изменять буферную и заглушающую способность клеток по цинку.Регулирование хелатирующей способности МТ посредством изменения либо их общего количества, либо их окислительно-восстановительного состояния позволяет контролировать регуляторные функции ионов цинка (II) (93). Повышенные концентрации ионов цинка (II) индуцируют контролируемую MTF-1 генную транскрипцию тионеинов, апопротеинов MT и транспортера цинка ZnT1, что приводит к связыванию избытка цинка с MT и экспорту цинка из клетки. Множество других состояний также индуцируют апопротеин, указывая на то, что формы тионеинов продуцируются для снижения доступности клеточных ионов цинка (II) и модуляции цинк-зависимых процессов.

    Таким образом, четыре наблюдения определяют диапазон концентраций от пикомолей на литр до низких наномолей на литр, при которых ионы цинка (II) могут выполнять регулирующие функции: 1 ) концентрации свободных ионов цинка (II) и их колебания, 2 ) сродство MT к цинку, 3 ) сродство белков цинка к цинку и 4 ) сродство цинка для белков, которые являются мишенями для сигналов ионов цинка (II) (рис. 3).

    Рисунок 3

    Количественные аспекты, лежащие в основе клеточной биохимии цинка.Цинк (Zn), кальций (Ca) и магний (Mg), три основных редокс-инертных иона металлов, участвующих в клеточной регуляции, имеют много порядков величины по концентрации и сродству. Среди этих трех свободных ионов цинка (II) контролируются самые низкие концентрации. Другие важные ионы двухвалентных переходных металлов, за исключением ионов двухвалентной меди, связываются с белками менее прочно, чем цинк, и их необходимо контролировать при определенных концентрациях, которые определяются по аффинности в соответствии с рядом Ирвинга-Вильямса.Колебания концентраций свободных ионов цинка (II) в цитозоле охватывают диапазон, соответствующий сродству металлотионеина (МТ) -2 к цинку, и ограничиваются ферментами цинка с самым высоким сродством к цинку и белкам, которые цинк может регулировать, с более низким сродством. для цинка.

    Рисунок 3

    Количественные аспекты, лежащие в основе клеточной биохимии цинка. Цинк (Zn), кальций (Ca) и магний (Mg), три основных редокс-инертных иона металлов, участвующих в клеточной регуляции, имеют много порядков величины по концентрации и сродству.Среди этих трех свободных ионов цинка (II) контролируются самые низкие концентрации. Другие важные ионы двухвалентных переходных металлов, за исключением ионов двухвалентной меди, связываются с белками менее прочно, чем цинк, и их необходимо контролировать при определенных концентрациях, которые определяются по аффинности в соответствии с рядом Ирвинга-Вильямса. Колебания концентраций свободных ионов цинка (II) в цитозоле охватывают диапазон, соответствующий сродству металлотионеина (МТ) -2 к цинку, и ограничиваются ферментами цинка с самым высоким сродством к цинку и белкам, которые цинк может регулировать, с более низким сродством. для цинка.

    Выводы

    Концентрация клеточного цинка довольно высока, почти такая же, как у АТФ. Поэтому на клеточном уровне цинк вряд ли можно считать микроэлементом. Цинк используется в качестве кофактора белков гораздо чаще, чем большинство витаминов. Контроль за колеблющимся пулом ионов цинка (II) при исключительно низких концентрациях и с участием многих белков обеспечивает новый взгляд на молекулярные функции цинка в биологии в целом и на влияние цинка на здоровье человека в частности (94 ).Роль ионов цинка (II) в биологическом фосфорилировании и в окислительно-восстановительной передаче сигналов уже хорошо задокументирована и является частью спектра действий цинка в клеточной пролиферации, дифференцировке и гибели клеток. Цинк необходим не только для функционирования белков; он участвует в контроле клеточного метаболизма, паракринной и внутрикринной передачи сигналов (95). Не только доступность самого цинка, но и ограниченная буферная способность клеток по цинку и множество мутаций, влияющих на функции белков, участвующих в клеточном контроле цинка, имеют большое значение для баланса между здоровьем и болезнью.Буферная система цинка, по-видимому, довольно чувствительна к факторам окружающей среды. Острое и долгосрочное воздействие химикатов, которые мешают буферному процессу цинка, должно вызывать серьезную озабоченность для здоровья, как и хелатирующие агенты, которые связывают цинк и уменьшают его доступность, а также других ионов металлов, которые конкурируют с цинком, например, кадмия. Диапазон концентраций, в котором встречаются ионы цинка (II), имеет решающее значение для объяснения глобальных функций цинка. Цинк обычно считается антиоксидантом.Однако он инертен к окислительно-восстановительным процессам и поэтому может выполнять такую ​​функцию только косвенно. Термин проантиоксидант более уместен (96). Оказывает ли цинк антиоксидантное, противовоспалительное или антиапоптотическое действие, зависит от его концентрации. За пределами физиологического или фармакологического диапазона, в условиях как перегрузки цинком, так и дефицита цинка, ионы цинка (II) имеют противоположный эффект: они становятся прооксидантами с провоспалительными и проапоптотическими свойствами. Этот сложный баланс в относительно узком и строго контролируемом диапазоне концентраций необходимо учитывать при оценке физиологического значения результатов экспериментов, проведенных с цинком, и при рассмотрении питания, когда рассматривается добавка цинка (97).

    Благодарности

    Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись.

    Цитированная литература

    1.

    Раулин

    J

    Химические этюды по растительности

    .

    Ann Sci Nat Bot Biol Veg.

    1869

    ;

    11

    :

    92

    299

    ,2.

    Lutz

    RE

    Нормальное содержание цинка в биологическом материале

    .

    J Ind Hyg.

    1926

    ;

    8

    :

    127

    .3.

    Поилка

    KA

    ,

    Collier

    ES

    Значение цинка в живом организме

    .

    J Ind Hyg.

    1926

    ;

    8

    :

    257

    .4.

    Todd

    WR

    ,

    Elvehjem

    CA

    ,

    Hart

    EB

    Цинк в питании крыс

    .

    Am J Physiol.

    1934

    ;

    107

    :

    146

    56

    . 5.

    Prasad

    AS

    ,

    Halsted

    JA

    ,

    Nadimi

    M

    Синдром железодефицитной анемии, гепатоспленомегалии, гипогонадизма, карликовости

    и геофагии.

    Am J Med.

    1961

    ;

    31

    :

    532

    46

    .6.

    O’Dell

    BL

    История и статус цинка в питании

    .

    Fed Proc.

    1984

    ;

    43

    :

    2821

    2

    ,7.

    Кейлин

    D

    ,

    Манн

    T

    Карбоангидраза

    .

    Природа.

    1939

    ;

    144

    :

    442

    3

    ,8.

    Прасад

    AS

    Обнаружение дефицита цинка у человека: 50 лет спустя

    .

    J Trace Elem Med Biol.

    2012

    ;

    26

    :

    66

    9

    .9.

    Vallee

    BL

    ,

    Neurath

    H

    Карбоксипептидаза, металлопротеин цинка

    .

    J Am Chem Soc.

    1954

    ;

    76

    :

    5006

    7

    .10.

    Maret

    W

    ,

    Bert

    L

    Vallee 1919–2010

    .

    Angew Chem Int Ed.

    2010

    ;

    49

    :

    2

    3

    .11.

    Vallee

    BL

    ,

    Galdes

    A

    Металлобиохимия ферментов цинка

    .

    Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol.

    1984

    ;

    56

    :

    283

    430

    .12.

    Miller

    J

    ,

    McLachlan

    AD

    ,

    Klug

    A

    Повторяющиеся цинк-связывающие домены в белке фактора транскрипции IIIA из ооцитов Xenopus

    .

    EMBO J.

    1985

    ;

    4

    :

    1609

    14

    . 13.

    Müller

    A

    ,

    MacCallum

    RM

    ,

    Sternberg

    MJ

    Структурная характеристика протеома человека

    .

    Genome Res.

    2002

    ;

    12

    :

    1625

    41

    . 14.

    Auld

    DS

    Строительные цинковые участки

    . В:

    Messerschmidt

    A

    ,

    Bode

    W

    ,

    Cygler

    M

    редакторы.

    Справочник по металлопротеинам.

    Том.

    3

    .

    Чичестер, Великобритания

    :

    Wiley

    ;

    2004

    , стр.

    403

    15

    .15.

    Laity

    JH

    ,

    Lee

    BM

    ,

    Wright

    PE

    Белки цинковых пальцев: новое понимание структурного и функционального разнообразия

    .

    Curr Opin Struct Biol.

    2001

    ;

    11

    :

    39

    46

    . 16.

    Gamsjaeger

    R

    ,

    Liew

    CK

    ,

    Loughlin

    FE

    ,

    Crossley

    M

    ,

    Mackay

    JP

    распознавание пальцев как липкие пальцы.

    Trends Biochem Sci.

    2007

    ;

    32

    :

    63

    70

    . 17.

    Vallee

    BL

    ,

    Auld

    DS

    Координация цинка, функция и структура ферментов цинка и других белков

    .

    Биохимия.

    1990

    ;

    29

    :

    5647

    59

    . 18.

    Haeggström

    JZ

    ,

    Wetterholm

    A

    ,

    Shapiro

    R

    ,

    Vallee

    BL

    ,

    Samuelsson

    Hydrolase

  • 49

  • Biochem Biophys Res Commun.

    1990

    ;

    172

    :

    965

    70

    .19.

    Haeggström

    JZ

    ,

    Wetterholm

    A

    ,

    Vallee

    BL

    ,

    Samuelsson

    B

    Лейкотриен-гидролаза с активностью пептиена A 4 гидролаза лейкотриена A .

    Biochem Biophys Res Commun.

    1990

    ;

    173

    :

    431

    7

    .20.

    Thunnissen

    MM

    ,

    Nordlund

    P

    ,

    Haeggström

    JZ

    Кристаллическая структура человеческой лейкотриен A (4) гидролазы, бифункционального фермента при воспалении

    .

    Nat Struct Biol.

    2001

    ;

    8

    :

    131

    5

    ,21.

    Clarke

    ND

    ,

    Berg

    JM

    Цинковые пальцы в Caenorhabditis elegans : Поиск семей и пути зондирования

    .

    Наука.

    1998

    ;

    282

    :

    2018

    22

    . 22.

    Maret

    W

    Изучение протеома цинка

    .

    J анальный на спектрометре.

    2004

    ;

    19

    :

    15

    9

    . 23.

    Andreini

    C

    ,

    Banci

    L

    ,

    Bertini

    I

    ,

    Rosato

    A

    Подсчет белков цинка, закодированных в геноме человека

    .

    J Proteome Res.

    2006

    ;

    5

    :

    196

    201

    0,25.

    Finn

    RD

    ,

    Mistry

    J

    ,

    Tate

    J

    ,

    Coggill

    P

    ,

    Heger

    A

    ,

    Pollington

    9av4 9av4

    Gunesekaran

    P

    ,

    Ceric

    G

    ,

    Forslund

    K

    и др.

    База данных семейств белков Pfam

    .

    Nucleic Acids Res.

    2010

    ;

    38

    (Выпуск базы данных 38):

    D211

    22

    . 26.

    Бертини

    I

    ,

    Кавалларо

    G

    Биоинформатика в биоинорганической химии

    .

    Металломика.

    2010

    ;

    2

    :

    39

    51

    ,27.

    Andreini

    C

    ,

    Banci

    L

    ,

    Bertini

    I

    ,

    Rosato

    A

    Цинк в трех сферах жизни

    .

    J Proteome Res.

    2006

    ;

    5

    :

    3173

    8

    ,28.

    Maret

    W

    Протеомика цинка и аннотация протеома цинка человека

    .

    Pure Appl Chem.

    2008

    ;

    80

    :

    2679

    87

    ,29.

    Maret

    W

    Металлопротеомика, металлопротеомы и аннотация металлопротеинов

    .

    Металломика.

    2010

    ;

    2

    :

    117

    25

    .30.

    Maret

    W

    Цинк и протеом цинка

    . В:

    Banci

    L

    приглашенный редактор.

    Металломика и клетка.

    Sigel

    A

    ,

    Sigel

    H

    ,

    Sigel

    Редакторы серии RKO

    . Ионы металлов в науках о жизни. Vol.

    12

    .

    Дордрехт, Нидерланды

    :

    Springer Science + Business Media B.V

    .;

    2013

    . 31.

    Maret

    W

    Protein Interface Zinc Sites

    , In:

    Messerschmidt

    A

    ,

    Bode

    W

    ,

    Cygler

    M

    editors.

    Справочник по металлопротеинам Vol. 3.

    Чичестер, Великобритания

    :

    Wiley

    ;

    2004

    .32.

    Cvetkovic

    A

    ,

    Menon

    AL

    ,

    Thorgersen

    MP

    ,

    Scott

    JW

    ,

    Poole

    FL

    II,

    FE

    FE

    ,

    Praissman

    JL

    ,

    Shanmukh

    S

    ,

    Vaccaro

    BJ

    и др.

    Микробные металлопротеомы в значительной степени не охарактеризованы

    .

    Природа.

    2010

    ;

    466

    :

    779

    82

    . 33.

    Vallee

    BL

    ,

    Falchuk

    K

    Биохимические основы физиологии цинка

    .

    Physiol Rev.

    1993

    ;

    73

    :

    79

    118

    . 34.

    Andreini

    C

    ,

    Bertini

    I

    ,

    Cavallaro

    G

    Минимальные функциональные сайты позволяют классифицировать сайты цинка в белках

    .

    PLoS ONE.

    2011

    ;

    6

    :

    e26325

    .35.

    Fukada

    T

    ,

    Kambe

    T

    Молекулярно-генетические особенности переносчиков цинка в физиологии и патогенезе

    .

    Металломика.

    2011

    ;

    3

    :

    662

    74

    ,36.

    Lichten

    LA

    ,

    Cousins ​​

    RJ

    Транспортеры цинка млекопитающих: регулирование питания и физиологии

    .

    Annu Rev Nutr.

    2009

    ;

    29

    :

    153

    76

    0,37.

    Gaither

    LA

    ,

    Eide

    DJ

    Эукариотические переносчики цинка и их регулирование

    .

    Биометаллы.

    2001

    ;

    14

    :

    251

    70

    0,38.

    Потоцкий

    S

    ,

    Rowinska-Zyrek

    M

    ,

    Valensin

    D

    ,

    Krzywoszynska

    K

    ,

    Wikowska

    000

    0003000,

    000,

    000,

    000, Kozlowsk

    Металл-связывающая способность богатого цистеином пептидного домена Zip13 Zn 2+ переносчик ионов

    .

    Inorg Chem.

    2011

    ;

    50

    :

    6135

    45

    . 39.

    Lu

    M

    ,

    Chai

    J

    ,

    Fu

    D

    Структурная основа для авторегуляции транспортера цинка Yiip

    .

    Nat Struct Mol Biol.

    2009

    ;

    16

    :

    1063

    7

    .40.

    Laity

    JH

    ,

    Andrews

    GK

    Понимание механизма определения цинка с помощью фактора транскрипции, связывающего металл-чувствительный элемент (MTF-1)

    .

    Arch Biochem Biophys.

    2007

    ;

    463

    :

    201

    10

    .41.

    Günther

    V

    ,

    Lindert

    U

    ,

    Schaffner

    W

    Вкус тяжелых металлов: генная регуляция с помощью MTF-1

    .

    Biochim Biophys Acta.

    2012

    ;

    1823

    :

    1416

    25

    .42.

    Günes

    C

    ,

    Heuchel

    R

    ,

    Георгиев

    O

    ,

    Müller

    KH

    ,

    Lichtlen

    P

    000

    000

    000 Marino

    Blino

    Aguzzi

    A

    ,

    Schaffner

    W

    Эмбриональная летальность и дегенерация печени у мышей, лишенных активатора транскрипции металлического ответа MTF-1

    .

    EMBO J.

    1988

    ;

    17

    :

    2846

    54

    . 43.

    Li

    Y

    ,

    Maret

    W

    Металлотионе человека в металлургии

    .

    J анальный на спектрометре.

    2008

    ;

    23

    :

    1055

    62

    . 44.

    Арсеньев

    A

    ,

    Schultze

    B

    ,

    Wörgötter

    E

    ,

    Braun

    W

    ,

    Wagner

    G

    000

    J

    000

    J

    Wüthrich

    K

    Трехмерная структура [Cd7] металлотионеина-2a печени кролика в водном растворе, определенная методом ядерного магнитного резонанса

    .

    J Mol Biol.

    1988

    ;

    201

    :

    637

    57

    . 45.

    Роббинс

    AH

    ,

    McRee

    DE

    ,

    Williamson

    M

    ,

    Collett

    SA

    ,

    Xuong

    NH

    ,

    Furey

    Stout

    CD

    Утонченная кристаллическая структура металлотионеина Cd, Zn при разрешении 2,0 A

    .

    J Mol Biol.

    1991

    ;

    221

    :

    1269

    93

    . 46.

    Krężel

    A

    ,

    Maret

    W

    Наномолярные и пикомолярные свойства связывания Zn (II) металлотионеина

    .

    J Am Chem Soc.

    2007

    ;

    129

    :

    10911

    21

    . 47.

    Maret

    W

    ,

    Vallee

    BL

    Тиолатные лиганды в металлотионеине придают окислительно-восстановительную активность кластерам цинка

    .

    Proc Natl Acad Sci U S. A.

    1998

    ;

    95

    :

    3478

    82

    . 48.

    Альварес

    L

    ,

    Гонсалес-Иглесиас

    H

    ,

    Гарсия

    M

    ,

    Gosh

    S

    ,

    Sanz-Medel

    A

    , Prad0004 Стехиометрический переход от Zn 6 Cu 1 -металлотионеин к Zn 7 -металлотионеин лежит в основе повышающей регуляции экспрессии металлотионеина (MT)

    .

    J Biol Chem.

    2012

    ;

    287

    :

    28456

    69

    .49.

    Hartmann

    HJ

    ,

    Weser

    U

    Медь-тионеин из эмбриональной бычьей печени

    .

    Biochim Biophys Acta.

    1977

    ;

    491

    :

    211

    22

    ,50.

    Uchida

    Y

    ,

    Takio

    K

    ,

    Titani

    K

    ,

    Ihara

    Y

    ,

    Tomonaga

    M

    Фактор, препятствующий росту Alheimer. 68-аминокислотный металлотионеин-подобный белок

    .

    Нейрон.

    1991

    ;

    7

    :

    337

    47

    . 51.

    Krężel

    A

    ,

    Maret

    W

    Тионеин / металлотионеин контролирует доступность Zn (II) и активность ферментов

    .

    J Biol Inorg Chem.

    2008

    ;

    13

    :

    401

    9

    ,52.

    Krężel

    A

    ,

    Maret

    W

    Различные окислительно-восстановительные состояния металлотионеина / тионеина в биологических тканях

    .

    Biochem J.

    2007

    ;

    402

    :

    551

    8

    . 53.

    Feng

    W

    ,

    Benz

    FW

    ,

    Cai

    J

    ,

    Pierce

    WM

    ,

    Kang

    YJ

    0004

    Металлотионеиновый дисульфидный дисульфид и трансгениониновый металлотионеиновый дисульфид в мышах в условиях окислительного стресса

    .

    J Biol Chem.

    2006

    ;

    281

    :

    681

    7

    .54.

    Maret

    W

    Молекулярные аспекты клеточного гомеостаза цинка человека: окислительно-восстановительный контроль потенциалов цинка и сигналов цинка

    .

    Биометаллы.

    2009

    ;

    22

    :

    149

    57

    ,55.

    Maret

    W

    Цинк и сера: важнейшее биологическое партнерство

    .

    Биохимия.

    2004

    ;

    43

    :

    3301

    9

    . 56.

    Пек

    EJ

    ,

    Ray

    WJ

    Металлокомплексы фосфоглюкомутазы in vivo

    .

    J Biol Chem.

    1971

    ;

    246

    :

    1160

    7

    . 57.

    Magneson

    GR

    ,

    Puvathingal

    JM

    ,

    Ray

    WJ

    Концентрация свободного Mg 2+ и свободного Zn 2+ в плазме крови лошади

    .

    J Biol Chem.

    1987

    ;

    262

    :

    11140

    8

    ,58.

    Simons

    TJB

    Внутриклеточный свободный цинк и буферизация цинка в эритроцитах человека

    .

    J Membr Biol.

    1991

    ;

    123

    :

    63

    71

    , 59.

    Bozym

    RA

    ,

    Thompson

    RB

    ,

    Stoddard

    AK

    ,

    Fierke

    CA

    Измерение пикомолярной внутриклеточной обмениваемой цинковой флуоресценции в биосенсоре 9000 PC-12 с использованием биосенсора PC-12.

    ACS Chem Biol.

    2006

    ;

    1

    :

    103

    11

    .60.

    Krężel

    A

    ,

    Maret

    W

    Цинковая буферная способность эукариотической клетки при физиологическом pH

    .

    J. Inorg Biol Chem.

    2006

    ;

    11

    :

    1049

    62

    .61.

    Colvin

    RA

    ,

    Bush

    AI

    ,

    Volitakis

    I

    ,

    Fontaine

    CP

    ,

    Thomas

    D

    ,

    Kikuchi

    Holmes

    9000 Holmes

    Kikuchi

    Понимание гомеостаза Zn 2+ в нейронах из экспериментальных и модельных исследований

    .

    Am J Physiol Cell Physiol.

    2008

    ;

    294

    :

    C726

    42

    0,62.

    Vinkenborg

    JL

    ,

    Nicholson

    TJ

    ,

    Bellomo

    EA

    ,

    Koay

    MS

    ,

    Rutter

    GA

    ,

    датчики с кодировкой

    Merket

    с кодировкой внутриклеточный Zn 2+ гомеостаз

    .

    Нат. Методы.

    2009

    ;

    6

    :

    737

    40

    .63.

    Qin

    Y

    ,

    Dittmer

    PJ

    ,

    Park

    JG

    ,

    Jansen

    KB

    ,

    Palmer

    AE

    Измерение в стационарном и динамическом состоянии эндоплазмы 2+ с генетически закодированными датчиками

    .

    Proc Natl Acad Sci U S A.

    2011

    ;

    108

    :

    7351

    6

    0,64.

    Krężel

    A

    ,

    Hao

    Q

    ,

    Maret

    W

    Цинк / тиолатная окислительно-восстановительная биохимия металлотионеина и контроль флуктуаций ионов цинка в клеточной сигнализации

    .

    Arch Biochem Biophys.

    2007

    ;

    463

    :

    188

    200

    0,65.

    Maret

    W

    ,

    Li

    Y

    Координационная динамика цинка в белках

    .

    Chem Rev.

    2009

    ;

    109

    :

    4682

    707

    0,66.

    Thomas

    RC

    ,

    Coles

    JA

    ,

    Deitmer

    JW

    Гомеостатический глушитель

    .

    Природа.

    1991

    ;

    350

    :

    564

    0,67.

    Colvin

    RA

    ,

    Holmes

    WR

    ,

    Fontaine

    CP

    ,

    Maret

    W

    Цитозольная буферизация и приглушение цинка: их роль в гомеостазе цинка

    .

    Металломика.

    2010

    ;

    2

    :

    306

    17

    0,68.

    McCranor

    BJ

    ,

    Bozym

    RA

    ,

    Vitolo

    MI

    ,

    Fierke

    CA

    ,

    Bambrick

    L

    ,

    GOLTER

    Thompson

    RB

    Количественная визуализация митохондриальных и цитозольных уровней свободного цинка в модели ишемии / реперфузии in vitro

    .

    J Bioenerg Biomembr.

    2012

    ;

    44

    :

    253

    63

    0,69.

    Park

    JG

    ,

    Qin

    Y

    ,

    Galati

    DF

    ,

    Palmer

    AE

    Новые датчики для количественного измерения митохондриального Zn (2+)

    .

    ACS Chem Biol.

    2012

    ; 7: 1636–40.70.

    Haase

    H

    ,

    Maret

    W

    Регулирующие и сигнальные функции ионов цинка в клеточной физиологии человека

    .В:

    Zalups

    R

    ,

    Koropatnick

    J

    editors.

    Клеточная и молекулярная биология металлов.

    Бока-Ратон, Флорида

    :

    Тейлор и Фрэнсис

    ;

    2009

    , стр.

    181

    212

    ,71.

    Li

    Y

    ,

    Maret

    W

    Временные колебания внутриклеточных ионов цинка при пролиферации клеток

    .

    Exp Cell Res.

    2009

    ;

    315

    :

    2463

    70

    .72.

    Atar

    D

    ,

    Backx

    PH

    ,

    Appel

    MM

    ,

    Gao

    WD

    ,

    Marban

    E

    Напряжение возбуждения, опосредованное транскрипцией зависимые кальциевые каналы

    .

    J Biol Chem.

    1995

    ;

    270

    :

    2473

    7

    ,73.

    Ayaz

    M

    ,

    Turan

    B

    Селен предотвращает вызванные диабетом изменения в [Zn 2+ ] i и уровне металлотионеина в сердце крысы за счет восстановления окислительно-восстановительного цикла клеток

    .

    Am J Physiol Heart Circ Physiol.

    2006

    ;

    290

    :

    h2071

    80

    ,74.

    Bellomo

    EA

    ,

    Meur

    G

    ,

    Rutter

    GA

    Глюкоза регулирует концентрацию свободного цитозольного Zn 2+ , экспрессия гена Slc39 (Zip) и металлотионеиновых β-клеток является первичной.

    .

    J Biol Chem.

    2011

    ;

    286

    :

    25778

    89

    .75.

    Cima

    RR

    ,

    Dubach

    JM

    ,

    Wieland

    A

    ,

    Walsh

    BM

    ,

    Soybel

    DI

    + 20003 DI

    1+ 20004 сигналов во время индуцированного монохлорамином окислительного стресса в изолированных криптах толстой кишки крысы

    .

    Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol.

    2004

    ;

    290

    :

    G250

    61

    ,76.

    Haase

    H

    ,

    Hebel

    S

    ,

    Engelhardt

    G

    ,

    Rink

    L

    Проточное цитометрическое измерение лабильного цинка в мононуклеарных клетках периферической крови

    .

    Анальная биохимия.

    2006

    ;

    352

    :

    222

    30

    ,77.

    Frederickson

    CJ

    ,

    Koh

    J-Y

    ,

    Bush

    AI

    Нейробиология цинка в здоровье и болезнях

    .

    Nat Rev Neurosci.

    2005

    ;

    6

    :

    449

    62

    ,78.

    Паолетти

    P

    ,

    Ascher

    P

    ,

    Neyton

    J

    Высокоаффинное ингибирование рецепторов NMDA NR1 – NR2A

    .

    J Neurosci.

    1997

    ;

    17

    :

    5711

    25

    ,79.

    Tóth

    K

    Цинк в нейротрансмиссии

    .

    Annu Rev Nutr.

    2011

    ;

    31

    :

    139

    53

    .80.

    Sindreu

    C

    ,

    Palmiter

    RD

    ,

    Storm

    DR

    Транспортер цинка ZnT-3 регулирует пресинаптическую передачу сигналов Erk1 / 2 и память, зависящую от гиппокампа

    .

    Proc Natl Acad Sci U S A.

    2011

    ;

    108

    :

    3366

    70

    ,81.

    Kelleher

    SL

    ,

    McCormick

    NH

    ,

    Velasquez

    V

    ,

    Lopez

    V

    Цинк в специализированных секреторных тканях: роли в поджелудочной железе и молочной железе, предстательной железе.

    Adv Nutr.

    2011

    ;

    2

    :

    101

    11

    ,82.

    Danscher

    G

    ,

    Stoltenberg

    M

    Цинк-специфические автометаллографические методы in vivo селеном: отслеживание путей обогащения цинком (ZEN) и пулов ионов цинка во множестве других клеток ZEN

    .

    J Histochem Cytochem.

    2005

    ;

    53

    :

    141

    53

    ,83.

    Ким

    AM

    ,

    Bernhardt

    ML

    ,

    Kong

    BY

    ,

    Ahn

    RW

    ,

    Vogt

    S

    , 9000’3 Woodruff

    000 TK

    000 TV

    Цинковые искры возникают при оплодотворении и способствуют возобновлению клеточного цикла в яйцах млекопитающих

    .

    ACS Chem Biol.

    2011

    ;

    6

    :

    716

    23

    0,84.

    Hogstrand

    C

    ,

    Kille

    P

    ,

    Nicholson

    RI

    ,

    Taylor

    KM

    Переносчики цинка и рак: потенциальная роль для тирозина

    как концентратора кинотеатра ZIP7.

    Trends Mol Med.

    2009

    ;

    15

    :

    101

    11

    ,85.

    Taylor

    KM

    ,

    Hiscox

    S

    ,

    Nicholson

    RI

    ,

    Hogstrand

    C

    ,

    Kille

    P

    Цинфосфатный канал цинфосфата активирует цитозный путь цинкорина

    , активируя сигнальный путь цинкфосфата. ZIP7

    .

    Sci Signal.

    2012

    ;

    5

    :

    ra11

    .86.

    Kaltenberg

    J

    ,

    Plum

    JL

    ,

    Ober-Blöbaum

    JL

    ,

    Hönscheid

    A

    ,

    Rink

    L

    L

    , 9000 Hincase

    , 9000 продвигать сигналы -2-зависимая пролиферация Т-клеток

    .

    Eur J Immunol.

    2010

    ;

    40

    :

    1496

    503

    .87.

    Yamasaki

    S

    ,

    Sakata-Sogawa

    K

    ,

    Hasegawa

    A

    ,

    Suzuki

    T

    ,

    Kabu

    K

    E

    T

    ,

    Yamashita

    S

    ,

    Tokunaga

    M

    ,

    Nishida

    K

    и др.

    Цинк — новый внутриклеточный вторичный мессенджер

    .

    J. Cell Biol.

    2007

    ;

    177

    :

    637

    45

    0,88.

    Maret

    W

    ,

    Jacob

    C

    ,

    Vallee

    BL

    ,

    Fischer

    EH

    Ингибирующие центры в ферментах: удаление цинка и реактивация тионеином

    .

    Proc Natl Acad Sci U S. A.

    1999

    ;

    96

    :

    1936

    40

    ,89.

    Wilson

    M

    ,

    Hogstrand

    C

    ,

    Maret

    W

    Пикомолярные концентрации свободных ионов цинка (II) регулируют активность рецепторной протеинтирозинфосфатазы бета

    .

    J Biol Chem.

    2012

    ;

    287

    :

    9322

    6

    0,90.

    Hogstrand

    C

    ,

    Verbost

    PM

    ,

    Wendelaar Bonga

    SE

    Ингибирование Са 2+ -АТФазы Zn 2+

    .

    Токсикология.

    1999

    ;

    133

    :

    139

    45

    0,91.

    Williams

    RJP

    Цинк: какова его роль в биологии?

    Endeavour.

    1984

    ;

    8

    :

    65

    70

    0,92.

    Maret

    W

    ,

    Larsen

    KS

    ,

    Vallee

    BL

    Координационная динамика биологических кластеров цинка в металлотионеинах и в ДНК-связывающем домене фактора транскрипции Gal4

    .

    Proc Natl Acad Sci U S. A.

    1997

    ;

    94

    :

    2233

    7

    ,93.

    Maret

    W

    Редокс-биохимия металлотионеинов млекопитающих

    .

    J Biol Inorg Chem.

    2011

    ;

    16

    :

    1079

    86

    ,94.

    Rink

    L

    редактор.

    Цинк в здоровье человека.

    Амстердам, Нидерланды

    :

    IOS Press

    ;

    2011

    .95.

    Maret

    W

    Металлы в движении: ионы цинка в клеточной регуляции и в координационной динамике белков цинка

    .

    Биометаллы.

    2011

    ;

    24

    :

    411

    8

    .96.

    Maret

    W

    Редокс-биология металлотионеина в цитопротекторной и цитотоксической функциях цинка

    .

    Exp Gerontol.

    2008

    ;

    43

    :

    363

    9

    ,97.

    Maret

    W

    ,

    Sandstead

    HH

    Требования к цинку, а также риски и преимущества добавок цинка

    .

    J Trace Elem Med Biol.

    2006

    ;

    20

    :

    3

    18

    .

    Сокращения

    • ER

    • LTA 4

    • MT

    • MTF-1

      металл-ответный элемент — связывающий фактор транскрипции 1

    • 0003 Zip

    • 000

    Заметки автора

    © Американское общество питания, 2013 г.

    Обновление по биологии цинка — FullText — Annals of Nutrition and Metabolism 2013, Vol.62, Прил. 1

    Абстрактные

    Цинк стал важным питательным веществом, представляющим интерес для клинической практики и общественного здравоохранения в новом тысячелетии. Функции и действия цинка становятся все более и более повсеместными в анатомии, физиологии и метаболизме млекопитающих. Несомненно, фундаментальная биология имеет основу для всех аспектов воздействия цинка на здоровье человека (клинических и эпидемиологических) в педиатрии и практике общественного здравоохранения. К сожалению, фундаментальные научные исследования, возможно, еще не достигли полного понимания.В дополнение к прикладным темам в сопутствующих статьях представлена ​​подборка последних достижений в области гомеостатической регуляции и транспорта цинка; они, в свою очередь, объединены с данными о генетической экспрессии, внутриклеточной передаче сигналов, иммунитете и защите хозяина, а также росте костей. Эти элементы включают ионный цинк, переносчики цинка, металлотионеины, металлоферменты цинка и белки цинковых пальцев. В новых фундаментальных исследованиях мы находим некоторые правдоподобные механистические объяснения задержки линейного роста при дефиците цинка и повышенной устойчивости к инфекционным заболеваниям при добавлении цинка.

    © 2013 S. Karger AG, Базель


    Ключевые сообщения

    • Растет понимание клеточных и молекулярных функций цинка, которые объясняют проявления и ограничения, возникающие при недостаточности цинка в питании.

    • Цинк участвует в регуляции генетической экспрессии благодаря своей роли в ядерных факторах транскрипции, называемых белками цинковых пальцев.

    • Цинк играет роль в удлинении и поддержании костей на уровнях регуляции гормональной оси и передачи сигналов в клеточных элементах хряща и кости.

    Появление цинка в питании

    Этот выпуск дополнения к Annals of Nutrition and Metabolism посвящен теме цинкового питания в педиатрии и здравоохранении несовершеннолетних. Эта тема становится все более актуальной в педиатрическом питании в новом тысячелетии. Чтобы подготовить почву для современных обзоров клинических и эпидемиологических аспектов цинка, стоит разработать более широкий и глубокий взгляд на последние достижения в биологии цинка. Это цель этой первой статьи.

    Первым указанием на важность цинка как питательного вещества стало наблюдение французского физиолога Раулина в середине 19 века, что этот элемент был необходим для роста Aspergillus niger (хлебная плесень). В начале 20 века исследования Университета Висконсина установили потребность в цинке для адекватного роста лабораторных грызунов. Однако только в середине того же века химический анализ цинка продвинулся до уровня выполнимых рутинных измерений в клинических условиях.У ряда пациентов в Бостоне, страдающих алкогольным циррозом печени, был обнаружен исключительно низкий уровень циркулирующего цинка. Примерно в то же время в странах Ближнего Востока, Иране и Египте, международные группы исследователей описали уникальную разновидность карликовости, связанную с гипогонадизмом и задержкой полового созревания, у мальчиков-подростков из кочевых групп, перемещающихся среди оазисов отдаленных пустынных регионов. Добавление цинка в контексте сбалансированной диеты привело к быстрому линейному восстановлению роста и достижению половой зрелости.В 1970-х годах была признана взаимосвязь дефицита цинка и летального детского дерматологического состояния, известного как энтеропатический акродерматит, с первичными нарушениями кожи и волос, с одной стороны, и желудочно-кишечного тракта, с другой. Аналогичный комплекс результатов был зарегистрирован одновременно у пациентов, которых поддерживали в течение длительных периодов времени с помощью только что начавшейся техники полного (исключительного) парентерального питания, обеспечивающего инфузию всех источников энергии и белка, без внимания к микронутриентам.Пероральный прием цинка при энтеропатическом акродерматите и инфузия цинка в общем парентеральном питании привели к исчезновению покровных и мальабсорбтивных поражений с продлением выживаемости в обоих случаях. Это было в 1973 году, когда Всемирная организация здравоохранения впервые решилась на детальную оценку диетических потребностей в этом питательном веществе [1]. Исторические аспекты открытия и появления цинка в биологии и питании человека были недавно рассмотрены [2,3].

    Исторически, однако, цинку было трудно найти применение в сфере общественного здравоохранения.Об этом свидетельствует анекдот из личного опыта автора. Этому автору, работающему в Гватемале над вопросами статуса и биодоступности цинка с 1970-х годов, в середине 1980-х годов несколько должностных лиц Панамериканских организаций здравоохранения сказали, что цинк не имеет отношения к проблемам общественного здравоохранения в латиноамериканском регионе. Однако десятилетие 80-х годов становилось эпохой «скрытого голода» [4], то есть возрождения озабоченности по поводу недостаточности питательных микроэлементов. Среди основных питательных веществ, представляющих интерес, были железо, йод и витамин А для педиатрического питания, при этом фолиевая кислота стала проблемой для женщин фертильного возраста.Только с основанием Международной консультативной группы по цинковому питанию (IZiNCG) в 2000 году, в первый год нового тысячелетия, начали сплетаться разнообразные доказательства того, что цинк является повсеместной и серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире. в гобелен, который привлек внимание мировых политиков [5].

    Неорганическая химия цинка

    Цинк — 24-й по содержанию элемент в земной коре (0,004%). Наряду с железом, медью, марганцем и никелем, среди прочего, цинк является членом ряда переходных металлов периодической таблицы элементов.Он имеет атомный номер 30 и атомный вес 65,38, это комбинация пяти стабильных изотопов с фиксированным естественным содержанием. Цинк имеет полностью заполненную электронную орбитальную оболочку d и два электрона во внешней оболочке s . Таким образом, цинк является уникальным среди переходных металлов своей устойчивостью в двухвалентной степени окисления в качестве катиона (Zn ++). В этом отношении он не является ни окислителем, ни восстановителем и не участвует в окислительно-восстановительных функциях в физиологии.

    Цинк образует ряд солей и соединений.Оксид цинка представляет собой беловатый порошок, плохо растворимый в воде при нейтральном pH. Сульфат цинка образует голубоватые гранулы; он хорошо растворяется в воде и имеет сильный металлический привкус. Соединения цинка с небольшими молекулами образуют ацетат или глюконат. Он образует комплекс с хелаторами, такими как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА). Хелаты с аминокислотами, такие как бисглицинат, являются популярными формами пероральных добавок.

    Органическая химия цинка

    Органическая химия цинка в первую очередь связана с его участием в конфигурации и функциях обширного набора ферментов и растущего разнообразия факторов ядерной транскрипции.

    Металлопротеины и металлоферменты цинка

    Цинк является важным компонентом многих белков (металлопротеинов цинка, металлоферментов цинка). Пионер в этой области Берт Валле дал определение в 1969 году: «Металлоферменты — это каталитически активные металлопротеины, которые содержат стехиометрические количества прочно связанных, биологически активных атомов металлов» [6]. Их появление в 1950-х годах было встречено с тем же скептицизмом, с которым позже была воспринята роль цинка в общественном здравоохранении.Классические энзимологи того времени настаивали на том, что органические фрагменты не могут иметь стехиометрических отношений с ионами металлов, и обвиняли первооткрывателей в экзогенном загрязнении их химических препаратов во время очистки. Новые методы, такие как рентгеновская кристаллография, вскоре твердо подтвердили пригодность металлоферментов. Цинк способен образовывать комплексы внутри молекулы с отрицательно заряженными фрагментами, такими как цистеин и гистидин, с образованием структурных мостиков, поддерживая трехмерную конфигурацию пептидов.

    Оценки, касающиеся количества существующих металлопротеинов цинка, варьируются от 100 до 1000, в зависимости от того, насколько широко по живым видам нужно включать их для расчета. Они представлены во всех шести классических классах ферментов. Биохимики продолжают выделять металлоферменты цинка, имеющие отношение к биологии млекопитающих, которые соответствуют постулатам Паризи-Валле [6]. Таблица 1 иллюстрирует несколько ферментов, недавно идентифицированных как металлоферменты цинка, в продолжающемся выяснении их степени и функций в природе [7,8,9].Между тем, исследования активного центра карбоангидразы, первого из идентифицированных металлоферментов цинка, и способа ее действия продолжают развиваться шесть десятилетий спустя [10].

    Таблица 1

    Ферменты, недавно идентифицированные и охарактеризованные как металлоферменты цинка

    Белки цинковых пальцев

    Другой важный класс белков цинка — это так называемые «цинковые пальцы» или белки цинковых пальцев (ZFP), которые являются небольшими, но сложными и извилистыми. пептиды обычно располагаются в ядре клетки.Они были впервые обнаружены в середине 1980-х как ДНК-связывающий мотив в ядрах клеток африканской когтистой лягушки, Xenopus laevis [11,12], с ионами цинка, образующими комплекс с остатками цистеина и гистидина в пептидной последовательности. Это дало белку трехмерную конфигурацию, напоминающую палец. Впоследствии было постепенно признано, что многие комбинации отрицательно заряженных аминокислот (например, Cys 2 His 2 , Cys 4 , Cys 6 и т. Д.) могли образовывать комплексы в ZFP. Более того, не все цинксодержащие факторы ядерной транскрипции обязательно имели форму и форму «пальцевидных». Одни были больше похожи на костяшки пальцев, другие — на скрученную ленту, и была еще одна серия в виде знака скрипичного ключа на нотном листе. Вскоре было обнаружено, что склонность связываться с генетическим каркасом ядра клетки имеет функциональное значение для регуляции (экспрессии или подавления) транскрипции геномного кода в матричную РНК с образованием пептидов [13].

    Гомеостаз цинка: регулирование внеклеточного и внутриклеточного транспорта

    Гомеостаз — это физиологический принцип регулирующих систем организма для поддержания их оптимального баланса в постоянных потоках, вызванных новыми воздействиями и продолжающимися потерями. Когда предложение ограничено, соответствующая реакция регулирующих органов заключается в повышении эффективности приобретения и сокращении потерь; когда предложение чрезмерно, возможны противоположные ответы. В зависимости от неотъемлемой критической важности или токсического потенциала питательного вещества гомеостатические механизмы могут иметь более или менее тонкую эволюционную настройку.Гомеостаз цинка имеет некоторые гомологии и некоторые отличия от регуляторных механизмов другого переходного металла, железа. Принимая во внимание хорошо охарактеризованную систему последнего элемента [14], сильная окислительная природа железа и его питательная роль в отношении опасных патогенов требует, чтобы его всасывание и локализация в клетках строго контролировались, и в то же время он был безопасно доступен для организма и для его жизнедеятельности. клетки для критической роли в окислительном метаболизме. Принято считать, что цинк гораздо менее опасен, но не менее важен, что приводит к созданию гомеостатической системы, ориентированной на повышение доступности и распределения.Действительно, наиболее важным и актуальным среди многих достижений в фундаментальной науке биологии цинка было выделение, характеристика и выяснение роли механистических элементов гомеостаза цинка. Это начинается с самих переносчиков цинка и самих связывающих белков [15,16].

    Транспортеры и связывающие вещества цинка

    Транспортные белки

    Два различных, но взаимодействующих класса транспортных белков цинка были идентифицированы и широко изучены в течение последнего десятилетия с точки зрения местоположения их генов, структуры и последовательности, предполагаемых функций и регуляции хозяином статус цинка, гормональные факторы и взаимодействие с другими переносчиками или связующими веществами.Как описано во всестороннем классическом обзоре Lichten and Cousins ​​[15] в 2009 г., биологи идентифицировали 24 различных переносчика в двух классах. Первый класс — это класс переносчиков цинка (ZnT), члены семейства которого пронумерованы от ZnT1 до ZnT10. Они, как правило, участвуют в экспорте ионов цинка из цитозольного участка либо в клеточные органеллы, либо из самих клеток; они содержат остатки гистидина в качестве комплексообразователей. Второй класс — это Zrt-, Irt-подобный белок (ZIP).Этот класс выполняет противоположную функцию: он транспортирует металл либо из внеклеточного пространства, либо из просвета органеллы в цитоплазму [15]. Явные функции многих транспортеров цинка в настоящее время ускользают от научного понимания. Для примерно половины белков ZIP и нескольких переносчиков ZnT были задокументированы физиологические или патофизиологические роли и значения [15]. Они приведены в таблице 2.

    Таблица 2

    Установленные функции членов семейства транспортных белков цинка

    Связывающие белки

    Основным внутриклеточным связывающим белком для цинка является металлотионеин (MT), пептид из 61 аминокислоты, богатый серосодержащие остатки цистеина.Сера является центром комплексообразования ионов двухвалентных металлов. Его физиологическая роль заключается в регулировании уровней ряда двухвалентных металлов у млекопитающих. Окружение, богатое сульфгидрилом, происходит из до 20 остатков цистеина в молекуле; они образуют комплекс двухвалентных металлов, включая медь, кадмий и ртуть, а также цинк [17].

    Существует четыре изотипа белков MT, при этом MT-1 и MT-2 присутствуют во всех клетках организма. Они регулируют внутриклеточные уровни цинка и меди, а также выводят токсины из тяжелых металлов; MT участвуют в ядерной транскрипции и играют роль в иммунной функции за счет секвестрации металлов [18].Кроме того, они играют особую роль в транспортировке металлов через слизистую кишечника. Не только более высокие уровни цинка в клетке могут индуцировать синтез МТ, но и другие факторы, такие как белок p53, металл-чувствительный фактор транскрипции 1 и внутриклеточные концентрации глутатиона [19]. Наконец, как указали Lichten и Cousins ​​[15], существует совместное регулирование взаимодействия с участием членов семейства связующих веществ MT-1 и индивидуальных элементов классов переносчиков цинка.

    Внутриклеточный транспорт цинка

    Попадая в организм, клетки обладают способностью накапливать и концентрировать внеклеточные ионы металлов.Пул цинка в отдельных клетках и транспорт, связанный с поддержанием и перемещением этого пула, — новые концепции в биологии цинка. Это было рассмотрено Эйде [20], который указывает, что, за исключением специализированных клеток (клеток предстательной железы и нейронов), «наблюдается поразительное сходство в концентрации цинка; каждый соответствует общей концентрации цинка в клетках 0,1-0,5 мМ ‘[20]. Попадая в клетки, цинк локализуется в различных органеллах; он присутствует в составе металлоферментов митохондрий.Многие металлопротеины цинка секретируются или находятся внутри секреторного пути, который естественным образом включает органеллы эндоплазматического ретикулума, тельца Гольджи и секреторные пузырьки.

    Обычно предполагается, что ионный цинк должен участвовать во внутриклеточной передаче сигналов. Точная концентрация «свободного» цинка в клетках точно не известна, но считается, что она находится в чрезвычайно низких концентрациях (от 10- 5 до 10- 12 M), что в 2-8 раз ниже общей концентрации первичного цинка. цинк, связанный с белками [20].Эйде [20] предлагает два возможных сценария воздействия ионного цинка: (1) либо он имеет своего рода металлический шаперонный механизм, либо (2) существует функция «тумблера»; Эйде поддерживает последнюю теорию, согласно которой поглощение цинка клеткой с последующим его экспортом имеет дисфазный характер. Это позволило бы создать динамический и пульсирующий цикл переполнения и чрезмерного опорожнения цинковой ванны. При начальном поглощении «свободные» ионы цинка теоретически могут накапливаться до менее экстремальных концентраций и, вероятно, действовать при передаче сигнала.

    Внутриклеточная передача сигналов

    Потоки цинка как через клетку, так и внутри клетки устанавливают механизмы передачи сигналов, что делает его частью роли первого или второго посредника. Было показано, что это важно в отношении секреции инсулина при сахарном диабете и ее контроля, прежде всего, с помощью ZnT8 в сочетании с MT-1 и транспортером цинка ZnT8, который снабжает цинком β-клетки поджелудочной железы. Добавка цинка стимулирует экспрессию переносчика. Недавние исследования в различных лабораториях [21,22] предоставили доказательства того, что поток цинка в островке клеток Лангерганса поджелудочной железы оказывает важное влияние на секрецию инсулина.Это открывает возможность перорального приема цинка в качестве дополнения к контролю глюкозы при сахарном диабете.

    Наконец, хотя отдельная клеточная линия может быть бессмертной, экспоненциальный характер пролиферации клеток требует запрограммированной и управляемой геном гибели клеток (апоптоза), чтобы поддерживать стабильное количество клеток в компартменте или ткани. Клеточный апоптоз необходимо отличать от гибели клеток, связанной с повреждением, известной как некроз. Для раннего распознавания внутриклеточной передачи сигналов Truong-Tran et al.[23] представили доказательства того, что определенный пул (или пулы) внутриклеточного лабильного цинка регулирует апоптоз и что системные изменения уровней цинка в организме, связанные с потреблением пищи, измененными физиологическими состояниями или заболеванием, могут влиять на восприимчивость клеток к апоптозу в организме человека. цинкозависимый способ.

    Поглощение цинка в кишечнике

    В отличие от железа, поглощение цинка в кишечнике определяется текущим потреблением питательного вещества с пищей, а не состоянием хозяина. Принцип, согласно которому гомеостаз цинка во всем организме регулируется регулированием желудочно-кишечным трактом эндогенных потерь цинка до абсорбированного количества, является основой современных оценок рекомендаций по употреблению цинка в рационе человека [24].Эта зависимость не является линейной, и чистая эффективность усвоения цинка снижается с увеличением суточного потребления. Это уникальное различие в гомеостатической регуляции абсорбции цинка теперь становится все более понятным благодаря недавним открытиям, связанным с клеточными механизмами в энтероците.

    Переносчики цинка в энтероцитах, ZIP4 и ZnT1 [15], соответствующим образом реагируют на доступность цинка с пищей и отвечают за насыщаемое, энергозависимое и регулируемое поглощение цинка [25].Первый переносчик экспрессируется на просветной поверхности энтероцита, облегчая захват из просвета; последний расположен на базолатеральной поверхности клетки и участвует в экспорте питательного вещества в организм. Когда внутрипросветные концентрации цинка повышаются примерно до 2 мМ, что соответствует примерно 10 мг цинка в день, поглощение регулируется ненасыщаемым пассивным механизмом диффузии [26]. Внутри клетки избыток цинка улавливается МТ и выводится с калом с шелушением энтероцитов при нормальном обмене.Наконец, тот факт, что конкурентное взаимодействие в кишечной абсорбции существует для железа, цинка, меди и цинка, подразумевает роль другого апикального транспортного белка, переносчика двухвалентного металла 1 (DMT1) [26].

    Цинк и генетика: блокировка и разблокировка генома

    Трансцендентным биологическим событием в конце прошлого века была расшифровка генома человека и геномов других видов животных и растений. Открытие двойной спиральной структуры ДНК в 1950-х годах дало ключ к пониманию того, как генетическая информация может быть закодирована и переведена в структурное представление в последовательности аминокислот в пептидах и белках.Взлом генома показал подробный объем наследственной информации. Выясняется центральная роль цинка в интерпретации от миллисекунды до миллисекунды и в выражении геномной информации.

    ZFP в регуляции транскрипции

    Лидер исследовательской группы, которая обнаружила ZFP, Аарон Клуг [27] недавно подвел итоги почти двух десятилетий открытий с акцентом на их транскрипционную регуляцию информации в геноме. Гены, кодирующие ZFP, составляют 3% всего генома человека.Клаг [27] указывает на эволюционный гений нового принципа распознавания ДНК, воплощенного в структурной конформации ZFP: «В то время как другие связывающие ДНК белки обычно используют двойную симметрию двойной спирали, цинковые пальцы могут быть связаны между собой. линейно в тандеме для распознавания последовательностей нуклеиновых кислот различной длины. Эта модульная конструкция предлагает большое количество комбинаторных возможностей для специфического распознавания ДНК (или РНК) »[27]. Таким образом, в ассоциации с хроматином ядра ZFP может взаимодействовать с генетическим материалом, подавляя или активируя экспрессию транскрипции мРНК, чтобы интерпретировать потенциал секвенирования кодированного белка генома.

    Swamynathan [28] рассматривает роли специфической, повсеместной разновидности ZFP, чтобы проиллюстрировать его широкое участие в контроле трансляции генетической информации в экспрессию белка. Автор отмечает: «Крюппель-подобные факторы (KLF), члены семейства факторов транскрипции« цинковые пальцы », способные связывать GC-богатые последовательности, стали критическими регуляторами важных функций во всем организме. Они характеризуются высококонсервативным C-концевым ДНК-связывающим мотивом, содержащим три домена «цинковые пальцы» C2h3 с вариабельными N-концевыми регуляторными доменами »[28].Только в геноме человека известно 17 KLF. Он далее иллюстрирует их распространенность, перечисляя почти дюжину событий развития или клеточных процессов, регулируемых классом ZFP KLF. Они представлены в таблице 3 [28].

    Таблица 3

    Примеры онтогенетических событий или клеточных процессов, регулируемых факторами транскрипции типа «цинковый палец Крюппеля»

    Сосредоточившись на одном фрагменте, Джон и Гарретт-Синха [29] представляют иллюстративный пример ZFP с дальним достижение транскрипционных функций для интерпретации геномной информации во многих тканях и видах, а именно в белке 1 созревания, индуцированном В-лимфоцитами (Blimp-1).Как обсуждается ниже, Blimp-1 тесно связан с иммунитетом человека, регулируя терминальную дифференцировку В-лимфоцитов в плазматические клетки, секретирующие антитела. Его транскрипционная функция обычно является репрессорной. В таблице 4 представлены дополнительные функции биологии [29].

    Таблица 4

    Полный спектр регуляторных ролей ZFP Blimp-1 помимо его основной функции в созревании плазматических клеток

    ZFP в посттранскрипционном регулировании

    Ген-кодируемый фактор транскрипции опухоли Вильмса 1 (WT1) представляет собой белок с четырьмя классическими Cys 2 His 2 цинковых пальцев на С-конце белковой цепи.Как обычный фактор транскрипции, он имеет ряд признанных функций, связанных с взаимодействием через его цинковый палец с ядерной ДНК в качестве обычного источника в регуляции транскрипции. Однако есть недавние доказательства того, что та же самая конфигурация цинкового пальца может связываться и взаимодействовать с выбранными мишенями мРНК. Это также представляет собой пример (негеномной) посттранскрипционной регуляторной роли [30]. Авторы приходят к выводу, что «комплексную роль WT1 в развитии и заболевании теперь необходимо понимать с точки зрения как мишеней ДНК, так и мРНК» [30].

    Цинк, иммунитет и защита организма от патогенов

    Эпидемиологический и клинический опыт указывают на важную роль цинка в иммунологически опосредованной защите организма. Механистические открытия на клеточном и ядерном уровнях помогают связать наблюдения на уровне устойчивости к болезням хозяина.

    Цинк и B-лимфоциты

    На протяжении десятилетий манипуляции со статусом цинка у лабораторных животных изменили функцию линий B-лимфоцитов (производных от сумки).Современные технологии, включая специфических мышей с нокаутом, раскрывают больше молекулярных деталей, включая участие цинка в ZFP. Один из многих недавних примеров относится к раннему развитию лимфоидов. Механизмы регуляции действуют в зародышевых центрах, чтобы дифференцировать В- и Т-клетки, а затем способствовать их созреванию. Фактор транскрипции ZFP, недавно переименованный в фактор, связанный с лейкемией / лимфомой (LRF), образует облигатный димер в ядре B-лимфоцитов [31]. Он является частью более крупного семейства репрессоров транскрипции цинковых пальцев и регулирует судьбу зрелых B-клеток и гуморальные иммунные ответы посредством различных механизмов [32].

    В другом примере цинковый палец переходит в «цинковые суставы» в том же домене В-клеток для связывания ДНК с генами-мишенями; это относится к «раннему В-клеточному фактору 1» (EBF1), другому фактору транскрипции, необходимому как для В-лимфопоэза, так и для функции зрелых В-клеток [33]. EBF1 является необходимым компонентом транскрипционной сети B-лимфоцитов и необходим для спецификации линии B-клеток. Это важно для дифференциации линии от стволовых клеток через стадии незрелых предшественников до зрелых лимфоцитов [34].

    Есть также свидетельства того, что EBF1 является регулирующим фактором транскрипции, действующим как репрессор для главного первичного эффектора иммунной функции до крайнего созревания линии лимфоцитов. Это относится к Blimp-1, главному гену дифференцировки плазматических клеток. Blimp-1 сам по себе является ZFP и фактором транскрипции репрессорного типа. Плазматические клетки, конечно же, являются конечными клетками, вырабатывающими специфические защитные антитела. Kikuchi et al. [34] резюмируют свои выводы: «Эти результаты предполагают, что EBF1 принимает участие в регуляции транскрипции гена Blimp-1 в незрелых В-клетках и может играть ключевую роль в дифференцировке В-клеток» [34].

    Чтобы замкнуть круг от ZFP, взаимодействующих в лимфопоэзе, до развития, есть еще один пример: белок 521 цинкового пальца (ZNF521), который представляет собой фрагмент из 30 цинковых пальцев. Было показано Mega et al. [35], чтобы контролировать развитие В-клеток путем ингибирования активности EBF1. Это будет действовать в направлении, противоположном EBF1, влияя на созревание плазматических клеток; с одной стороны, у одного есть противодействующий EBF1, действующий в сторону подавления, а с другой стороны, противовес ZNF521-противоположного EBF1, влияющий на экспрессию созревания.

    Цинк и Т-лимфоциты

    Критическое участие ZFP было обнаружено для Т-лимфоцитов случайным образом. У трансгенной мыши в лаборатории Сан-Франциско была обнаружена система Т-клеток, которая не развивалась дальше ранней стадии тимоцитов [36]. Сама вилочковая железа была рудиментарной и гипоцеллюлярной. Дефект был локализован на хромосомах мыши, и, используя это руководство, авторы пришли к выводу, что белок 1 домена цинкового пальца BTB-POZ (Zbtb1) является действующим лицом в подавлении.Последовательность подтверждали повторением исходного фенотипа у «нокаутированной» мыши. Zbtb1 также, по-видимому, играет незначительную роль в развитии других лимфоидных клеток, включая В-клетки и линию естественных киллеров Т (NKT).

    Цитотоксические Т-клетки являются важным звеном в адаптивном иммунитете. Эта линия играет роль в защите хозяина, нападая на клетки, которые не распознаются как «собственные», то есть происходящие от самого организма хозяина. Это распознавание обеспечивается локусами главного комплекса гистосовместимости (MHC) на поверхности клеток, которые представляют свои антигенные доказательства совместимости (эпитоп) для отбора проб цитотоксическими Т-клетками.Другой класс белков, похожих на цинковые пальцы, несколько уникальных из-за их неядерного (цитозольного) местоположения действия, влияет на адаптивный иммунный ответ. Это семейство ферментов аминопептидаз эндоплазматического ретикулума (ER-аминопептидазы) имеет свои уникальные конфигурации из комплекса с ионным цинком [37]. Их основная роль заключается в подготовке пептидных фрагментов внутри клетки, которые в конечном итоге станут частью представления эпитопа на внешней поверхности системы MHC клетки в качестве «визитной карточки» для самопознания с помощью надзора Т-клеток.

    Наконец, развитие всех функций NKT-клеток находится под контролем регулятора транскрипции — цинкового пальца промиелоцитарного лейкоза (PLZF) [38]. Это включает их активацию и секрецию различных медиаторов цитокинов. Один из этих цитокинов, интерлейкин-4 (IL4), продуцируемый PLZF-экспрессирующими клетками, заставляет некоторые CD8 T-клетки приобретать врожденные функциональные особенности самих NKT-клеток.

    Цинк и иммунитет к питанию

    Помимо врожденной иммунной системы и адаптивной (приобретенной) иммунной системы, к которым относятся оба вышеупомянутых класса лимфоцитов, в игру вступает механизм, называемый «пищевой иммунитет» [39,40]. контекст питательных веществ, их дефицит и регуляторные реакции.Это явление возникает с питательными веществами, которые необходимы как потенциальным патогенам, так и хозяевам. Пищевой иммунитет изначально задумывался и описывался в терминах железа, микробов и паразитов с высокими требованиями к этому элементу [39].

    LeGrand и Alcock [41] выполнили сложный, новый анализ и обновление зависимых от питательных веществ аспектов острой фазы ответа (APR), опосредованной цитокинами. Они сосредоточены на двух компонентах APR: (1) лихорадка и (2) опосредованная секвестрация железа, а также цинка.Они утверждают, что существует различная восприимчивость хозяина и патогена к стрессорам, способным причинить вред как патогену, так и хозяину. В том, что авторы называют «иммунным балансом на грани», они видят эволюционную основу для взаимоисключающих компонентов APR. Они рассматривают это как скоординированную систему мобилизации эндогенных стрессоров через APR. Стресс увеличивает экспрессию МТ, снижает концентрацию цинка в циркулирующей и цитозольной крови и ограничивает его доступность.В этом анализе авторы предполагают, что, как и в случае с железом, удержание цинка от патогенов является дополнительным компонентом общей области защиты пищевого иммунитета.

    Исследования профилей экспрессии с использованием анализа микроматриц по всему геному были проведены на клеточных моделях, связанных с педиатрическим септическим шоком, чаще всего связанным с менингококкемией [42]. Это моделирование предсказывает терапевтическую перспективу в противоположном направлении по отношению к циркулирующему цинку. Повышение активности фермента (металлопротеиназы-8), расщепляющего внутриклеточный МТ, является следствием сепсиса.Сохранение клеточного МТ рассматривается как защитный ответ для выживания. В контексте предположений, касающихся «пищевого иммунитета», упомянутого выше, это могло бы переосмыслить стереотипное снижение содержания цинка как случайное следствие накопления МТ в пределах ГТП. Эта модель определила добавление цинка для ингибирования активности этого фермента как потенциальный и новый терапевтический подход при сепсисе [42].

    Цинк и рост костей

    Все сопутствующие статьи в этом выпуске ссылаются на дефицит цинка и задержку линейного роста.Биология роста костей тесно связана с возможностью отрицательного воздействия недостатка цинка. Чрезвычайно низкий рост у людей (задержка роста) характеризуется относительным сохранением размеров головы, шеи и туловища с сильным сокращением длинных костей нижних конечностей. Хотя кости требуют составных питательных веществ, например аминокислоты, кальций, фосфор и магний, дисфункция хорошо описанного гормонального каскада, регулирующего формирование костной ткани в пластинах роста [43], могут ограничивать рост костей.Гормон роста и инсулиноподобный фактор роста (IGF) являются важными посланниками трофических сигналов, ведущих к удлинению костей. Как недавно было показано у детей с дефицитом цинка [44], IGF чувствителен к цинковому статусу хозяина. Добавки цинка скорректировали гормональную ось и привели к значительному линейному росту.

    На клеточном уровне функциональных клеток кости МТ играет важную роль в регуляции роста кости [45]. Дефицит цинка приводит к снижению пролиферации хондроцитов, уменьшению высоты метафиза и увеличению плотности остеокластов.МТ играет роль в регулировании пула цинка для роста костей. Таким образом, в основе ограничения потребления цинка с пищей как фактора максимального роста костей в решающий период раннего периода жизни лежат надежные механизмы.

    Цинк обладает мощным стимулирующим действием на образование остеобластов и подавляет резорбцию костных остеокластов. Первое было продемонстрировано экспериментально на культивируемых остеобластах, подвергшихся воздействию различных уровней цинка, что отражалось в отложении кальция в сочетании с повышенной активностью щелочной фосфатазы [46].Ямагути и Вайцманн [47] разработали более сложный эксперимент, направленный на компонент резорбции кости, в котором они исследовали роль ядерного фактора κ-усилителя легкой цепи активированных В-клеток (NF-κB), активируемого цитокиновым фактором некроза опухоли. α (TNFα). Они резюмируют свои выводы следующим образом: «Наши данные показывают, что цинк подавляет дифференцировку остеокластов и способствует минерализации остеобластов и действительно действует как мощный антагонист активации NF-κB как в остеокластах, так и в предшественниках остеобластов.Важно отметить, что цинк противодействовал активации NF-κB, управляемой TNFα, мощным воспалительным медиатором резорбции кости и супрессором образования кости in vitro и in vivo »[47].

    Наконец, генетическая регуляция клеточных элементов кости — это область факторов транскрипции. Jensen et al. [48] ​​резюмировали ситуацию следующим образом: «Большое и постоянно растущее число факторов транскрипции вносит важный вклад в точный контроль образования и функции остеобластов. Становится все более очевидным, что эти разнообразные факторы транскрипции и сигналы, которые регулируют их активность, нельзя рассматривать как дискретные, отдельные пути передачи сигналов.Скорее, они образуют тесно взаимосвязанную кооперативную сеть, которая позволяет четко регулировать экспрессию генов »[48]. Исследователи из Гарвардской медицинской школы частично заполнили этот пробел в регулятивных органах в области биологии цинка; он включает вышеупомянутый 30-цинковый ZFP, ZFP521. Они демонстрируют его экспрессию в надкостничных клетках, хондробластах, прегипертрофических хондроцитах, предшественниках остеобластов и остеоцитах, оказывая положительный эффект на рост и созревание в кости [49].

    Заключение

    Важность пищевого цинка и цинка, содержащегося в окружающей среде, для здоровья человека можно игнорировать только со значительным риском для благополучия детей во всем мире. Все прикладные аспекты цинка в клинической педиатрии и общественном здравоохранении основаны — или должны основываться — на фундаментальных принципах биологии микроэлементов. Результаты исследований, касающихся роли цинка во всем спектре физиологии и метаболизма человека, расширяются в геометрической прогрессии.Это задача — идти в ногу с разработками в таких разнообразных областях, увязывая их с практическими проблемами питания и здоровья. Отобранный набор достижений, связанных с ростом ребенка (удлинение костей) и защитой хозяина (иммунология), заслуживает более широкого признания и разъяснения в связи с их актуальностью для здоровья детей.

    Заявление о раскрытии информации

    Автор заявляет, что не существует финансового или другого конфликта интересов в отношении содержания статьи. Написание этой статьи поддержано Институтом питания Нестле.

    Список литературы

    1. Всемирная организация здравоохранения: микроэлементы в питании человека. Серия технических отчетов ВОЗ № 532. Женева, ВОЗ, 1973.
    2. Прасад А.С.: Влияние открытия дефицита цинка у человека на здоровье.J Am Coll Nutr 2009; 28: 257-265.
    3. Прасад А.С.: Открытие дефицита цинка у человека: 50 лет спустя. Журнал J Trace Elem Med Biol 2012; 26: 66-69.
    4. Maberly GF, Trowbridge FL, Yip R, Sullivan KM, West CE: Программы против недостаточности питательных микроэлементов: искоренение скрытого голода.Анну Рев Общественное здравоохранение 1994; 15: 277-301.
    5. Международная консультативная группа по цинковому питанию (IZiNCG), Brown KH, Rivera JA, Bhutta Z, Gibson RS, King JC, Lönnerdal B, Ruel MT, Sandtröm B, Wasantwisut E, Hotz C: Технический документ Международной консультативной группы по цинковому питанию (IZiNCG) # 1.Оценка риска дефицита цинка у населения и варианты борьбы с ним. Food Nutr Bull 2004; 25 (1 приложение 2): S99-S203.
    6. Parisi AF, Vallee BL: Металлоферменты цинка: характеристики и значение в биологии и медицине. Am J Clin Nutr 1969; 22: 1222-1239.
    7. Hepowit N, Uthandi S, Miranda HV, Toniutti M, Prunetti L, Olivarez O, De Vera IM, Fanucci GE, Chen S, Maupin-Furlow JA: металлоэнзим архей JAB1 / MPN / MOV34 (HvJAMM1) расщепляет мелкие архейтин-подобные модификаторы белки (SAMP) из белковых конъюгатов.Mol Microbiol 2012, электронный паб в преддверии печати.
    8. Абдель-Азейм С., Ли Х, Чанг Л. В., Морокума К. Связывание цинка с гомоцистеином в кобаламин-зависимой метионинсинтазе и его роль в активации субстрата: исследования молекулярной динамики DFT, ONIOM и QM / MM. J. Comput Chem 2011; 32: 3154-3167.
    9. Gattis SG, Hernick M, Fierke CA: Ион металла активного центра в UDP-3-O — ((R) -3-гидроксимиристоил) -N-ацетилглюкозаминдеацетилаза (LpxC) переключается между Fe (II) и Zn (II) в зависимости от клеточные условия. Журнал биол. Химии 2010; 285: 33788-33796.
    10. Tu C, Foster L, Alvarado A, McKenna R, Silverman DN, Frost SC: Роль цинка в каталитической активности карбоангидразы IX.Arch Biochem Biophys 2012; 521: 90-94.
    11. Клуг А., Родс Д.: Цинковые пальцы: новая белковая складка для распознавания нуклеиновых кислот. Колд Спринг Харб Symp Quant Biol 1987; 52: 473-482.
    12. Миллер Дж., МакЛахлан А.Д., Клуг А. Повторяющиеся цинк-связывающие домены в факторе транскрипции белка IIIA из ооцитов Xenopus.EMBO J 1985; 4: 609-614.
    13. Кришна С.С., Маджумдар И., Гришин Н.В.: Структурная классификация цинковых пальцев: обзор и резюме. Nucleic Acids Res 2003; 31: 532-550.
    14. Борода J: железо; в Bowman BA, Russell RM (eds): Present Knowledge in Nutrition, ed 9.Вашингтон, ILSI Press, 2006, стр. 430-444.
    15. Лихтен Л.А., Казинс Р.Дж .: Транспортеры цинка у млекопитающих: пищевая и физиологическая регуляция. Анну Рев Нутр 2009; 29: 153-176.
    16. Argüello JM, Raimunda D, González-Guerrero M: Транспорт металлов через биомембраны: новые модели для особой химии.Журнал J Biol Chem 2012; 287: 13510-13517.
    17. Schicht O, Freisinger E: Спектроскопическая характеристика металлотионеина Cicer arietinum 1. Inorganica Chimica Acta 2009; 362: 714-724.
    18. Thirumoorthy N, Shyam Sunder A, Manisenthil Kumar K, Senthil Kumar M, Ganesh G, Chatterjee M: Обзор изоформ металлотионеина и их роли в патофизиологии.Мир J Surg Oncol 2011; 9:54.
    19. Nzengue Y, Candéias SM, Sauvaigo S, Douki T, Favier A, Rachidi W, Guiraud P: окислительно-восстановительные механизмы токсичности кадмия отдельно или вместе с изменением гомеостаза меди и цинка: его окислительно-восстановительные биомаркеры. Журнал J Trace Elem Med Biol 2011; 25: 171-180.
    20. Eide DJ: Транспортеры цинка и клеточная торговля цинком. Biochim Biophys Acta 2006; 1763: 711-722.
    21. Lefebvre B, Vandewalle B, Balavoine AS, Queniat G, Moerman E, Vantyghem MC, Le Bacquer O, Gmyr V, Pawlowski V, Kerr-Conte J, Pattou F: Регулирование и функциональные эффекты ZNT8 в островках поджелудочной железы человека.Дж. Эндокринол 2012; 214: 225-232.
    22. Янсен Дж, Розенкранц Э., Овербек С., Вармут С., Мокчегиани Э., Джаккони Р., Вайскирхен Р., Каргес В., Ринк Л.: Нарушение гомеостаза цинка у диабетических пациентов с помощью анализа инсулиномиметической активности цинка in vitro и in vivo. J Nutr Biochem 2012; 23: 1458-1466.
    23. Truong-Tran AQ, Ho LH, Chai F, Zalewski PD: Клеточные потоки цинка и регуляция апоптоза / генной гибели клеток. J Nutr 2000; 130 (поставка 5S): 1459S-1466S.
    24. Хамбидж К.М., Миллер Л.В., Кребс Н.Ф .: Физиологические требования к цинку.Int J Vitam Nutr Res 2011; 81: 72-78.
    25. Казинс Р.Дж .: Желудочно-кишечные факторы, влияющие на всасывание цинка и гомеостаз. Int J Vitam Nutr Res 2010; 80: 244-248.
    26. Холт Р. Р., Уриу-Адамс Дж. Ю., Кин КЛ: цинк; в Erdman JW Jr, MacDonald IA, Zeisel SH (eds): Present Knowledge in Nutrition, ed 10.Эймс, И.А., Уайли-Блэквелл, 2012, стр. 521-539.
    27. Клуг А. Открытие цинковых пальцев и их применение в регуляции генов и манипулировании геномом. Анну Рев Биохим 2010; 79: 213-231.
    28. Сваминатан СК: Факторы, подобные Крюппелю: контроль тремя пальцами.Hum Genomics 2010; 4: 263-270.
    29. Джон С.А., Гарретт-Синха Л.А.: Blimp1: консервативный репрессор транскрипции, критический для дифференцировки многих тканей. Exp Cell Res 2009; 315: 1077-1084.
    30. Моррисон А.А., Вини Р.Л., Ладомери М.Р.: посттранскрипционные роли WT1, многофункционального белка цинкового пальца.Biochim Biophys Acta 2008; 1785: 55-62.
    31. Сакураи Н., Маэда М., Ли СУ, Исикава Ю., Ли М., Уильямс Дж. К., Ван Л., Су Л., Сузуки М., Сайто Т. И., Чиба С., Казола С., Ягита Х, Теруя-Фельдштейн Дж., Цузуки С., Бхатиа Р., Maeda T: фактор транскрипции LRF регулирует развитие зрелых В-клеток и ответ зародышевого центра у мышей.Дж. Клин Инвест 2011; 121: 2583-2598.
    32. Lee SU, Maeda T: Белки POK / ZBTB: новое семейство белков, которые регулируют развитие и функцию лимфоида. Immunol Rev 2012; 247: 107-119.
    33. Hagman J, Ramírez J, Lukin K: спецификация линии B-лимфоцитов, обязательство и эпигенетический контроль транскрипции с помощью раннего B-клеточного фактора 1.Curr Top Microbiol Immunol 2012; 356: 17-38.
    34. Kikuchi H, Nakayama M, Takami Y, Kuribayashi F, Nakayama T: EBF1 действует как мощный репрессор экспрессии гена Blimp-1 в незрелых B-клетках. Biochem Biophys Res Commun 2012; 422: 780-785.
    35. Mega T, Lupia M, Amodio N, Horton SJ, Mesuraca M, Pelaggi D, Agosti V, Grieco M, Chiarella E, Spina R, Moore MA, Schuringa JJ, Bond HM, Morrone G: белок цинковых пальцев 521 противодействует раннему B- клеточный фактор 1 и модулирует B-лимфоидную дифференцировку первичных гемопоэтических клеток-предшественников.Cell Cycle 2011; 10: 2129-2139.
    36. Punwani D, Simon K, Choi Y, Dutra A, Gonzalez-Espinosa D, Pak E, Naradikian M, Song CH, Zhang J, Bodine DM, Puck JM: фактор транскрипции цинковый палец и домен 1 BTB важны для развития лимфоцитов. J. Immunol 2012; 189: 1253-1264.
    37. Evnouchidou I, Papakyriakou A, Stratikos E: Новая роль аминопептидаз Zn (II): создание и разрушение антигенных пептидов.Curr Pharm Des 2009; 15: 3656-3670.
    38. Alonzo ES, Sant’Angelo DB: Развитие врожденных Т-клеток, экспрессирующих PLZF. Курр Опин Иммунол 2011; 23: 220-227.
    39. Вайнберг ЭД: Пищевой иммунитет.Попытка хозяина удержать железо от микробных захватчиков. JAMA 1975; 231: 39-41.
    40. Вайнберг ЭД: Опасности загрузки железа. Металломика 2010; 2: 732-740.
    41. LeGrand EK, Alcock J: Повышение температуры: балансирование иммунной системы в острой фазе реакции.Q Rev Biol 2012; 87: 3-18.
    42. Вонг HR: Генетика и геномика детского септического шока. Crit Care Med 2012; 40: 1618-1626.
    43. Odiere MR, Koski KG, Weiler HA, Scott ME: Сопутствующая нематодная инфекция и беременность вызывают физиологические реакции, которые нарушают линейный рост плода мыши.Паразитология 2010; 137: 991-1002.
    44. Хамза Р.Т., Хамед А.И., Саллам М.Т.: Влияние добавок цинка на ось фактора роста инсулина гормона роста у маленьких египетских детей с дефицитом цинка. Итал Ж Педиатр 2012; 38: 21.
    45. Фонг Лаура, Тан Ким, Тран Куонг, Cool Johanna, Scherer Michaela A, Elovaris Rachel, Coyle Peter, Foster Bruce K, Rofe Allan M, Xian Cory J: Взаимодействие диетического цинка и внутриклеточного связывающего белка металлотионеина в постнатальном росте костей.Кость 2009; 44: 1151-1162.
    46. Кавакубо А., Мацунага Т., Ишизаки Х., Ямада С., Хаяси Ю.: Цинк как важный микроэлемент в ускорении отложения минералов, опосредованного матричными везикулами. Microsc Res Tech 2011; 74: 1161-1165.
    47. Ямагути М., Вайцманн М.Н.: Цинк стимулирует остеобластогенез и подавляет остеокластогенез, противодействуя активации NF-κB.Mol Cell Biochem 2011; 355: 179-186.
    48. Дженсен ЭД, Гопалакришнан Р., Вестендорф Дж. Дж .: Регулирование экспрессии генов в остеобластах. Биофакторы 2010; 36: 25-32.
    49. Hesse E, Kiviranta R, Wu M, Saito H, Yamana K, Correa D, Atfi A, Baron R: Zinc finger protein 521, новый игрок в формировании костей.Энн NY Acad Sci 2010; 1192: 32-37.

    Автор Контакты

    Доктор Ноэль В. Соломонс

    ЦЕССИАМ

    17a Авенида 16-89, Зона 11

    Гватемала-Сити 01011 (Гватемала)

    Электронная почта [email protected]


    Подробности статьи / публикации

    Опубликовано онлайн: 3 мая 2013 г.
    Дата выпуска: май 2013 г.

    Количество страниц для печати: 11
    Количество рисунков: 0
    Количество столов: 4

    ISSN: 0250-6807 (печатный)
    eISSN: 1421-9697 (онлайн)

    Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/ANM


    Авторские права / Дозировка препарата / Заявление об ограничении ответственности

    Авторские права: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование, или с помощью какой-либо системы хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
    Дозировка лекарств: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор и дозировка лекарств, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новый и / или редко применяемый препарат.
    Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор (-ы) не несут ответственности за любой ущерб, причиненный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте или рекламе.

    Биологическая неорганическая химия ионов цинка

    Химия растворения и комплексообразования ионов цинка является основой биологии цинка.В живых организмах цинк является редокс-инертным и имеет только одно валентное состояние: Zn (II). Его координационная среда в белках ограничена донорами кислорода, азота и серы из боковых цепей нескольких аминокислот. Примерно в 10% всех белков человека цинк выполняет каталитическую или структурную функцию и остается связанным в течение всего жизненного цикла белка. Однако в других белках ионы цинка связываются обратимо со скоростями диссоциации и ассоциации, соизмеримыми с требованиями регуляции, транспорта, переноса, восприятия, передачи сигналов и хранения.В отличие от обширных знаний о белках цинка, координационная химия «мобильных» ионов цинка в этих процессах, то есть когда они не связаны с белками, практически не изучена, а механизмы обмена лигандами плохо изучены. Знание биологической неорганической химии ионов цинка важно для понимания его клеточной биологии и для разработки комплексов, доставляющих цинк к белкам и хелатирующих агентов, удаляющих цинк из белков, для обнаружения видов ионов цинка с помощью качественного и количественного анализа, а также для правильного планирования и проведение экспериментов с ионами цинка и наночастицами, такими как оксид цинка (ZnO).В большинстве исследований делается ссылка на цинк или Zn 2+ без полного понимания того, как буферируются биологические ионы цинка и чем катион d-блока Zn 2+ отличается от катионов s-блока, таких как Ca 2+ что касается значительно более высокого сродства к лигандам, предпочтения донорных атомов лигандов и динамики координации. Цинк необходимо строго контролировать. Взаимодействие с низкомолекулярными лигандами, такими как вода и неорганические и органические анионы, имеет большое значение для его биологии, но в отличие от его координации в белках не обсуждалось в биохимической литературе.Из обсуждения в этой статье становится очевидным, что видообразование ионов цинка важно в биохимии цинка и для биологического распознавания, поскольку различные низкомолекулярные комплексы цинка уже вовлечены в биологические процессы, например с АТФ, глутатионом, цитратом, этилендиаминди янтарной кислотой, никотианамином или бациллитиолом.

    Глава 16. Цинк

    Глава 16. Цинк



    Роль цинка в метаболизме человека процессы
    метаболизм цинка и гомеостаз
    Диетические источники и наличие цинк
    Группы риска по цинку дефицит
    Потребность в цинке
    Индивидуальные различия в цинке потребности и рекомендуемое потребление питательных веществ
    Верхний предел содержания цинка потребление
    Адекватность потребления цинка по отношению к к оценкам требований
    Заключение
    Дальнейшие исследования
    Ссылки

    Роль цинка в метаболизме человека процессы

    Цинк присутствует во всех тканях и жидкостях организма.Все тело содержание цинка оценивается в 30 ммоль (2 грамм). Скелетные мышцы составляют примерно 60 процентов всего тела. содержание и костная масса, с концентрацией цинка 1,5-3 ммоль / г (100-200 мг / г), примерно на 30 процентов. Концентрация цинка в безжировой массе тела составляет примерно 0,46 ммоль / г (30 мг / г). Плазменный цинк имеет быструю смену и составляет всего около 0,1 процента от общего содержания цинка в организме. Этот уровень кажется, находится под тщательным гомеостатическим контролем.Высокие концентрации цинка в сосудистой оболочке глаза 4,2 ммоль / г (274 мкг / г) и в жидкостях предстательной железы 4,6-7,7 ммоль / л (300-500 мг / л) ( 1 ).

    Цинк является важным компонентом большого количества (> 300) ферменты, участвующие в синтезе и расщеплении углеводов, липидов, белки и нуклеиновые кислоты, а также в метаболизме других микроэлементы. Цинк стабилизирует молекулярную структуру клеточных компонентов. и мембраны и таким образом способствует поддержанию клеток и органов честность.Кроме того, цинк играет важную роль в полинуклеотиде. транскрипции и, следовательно, в процессе генетической экспрессии. Его участие в такая фундаментальная деятельность, вероятно, объясняет важность цинка для все формы жизни.

    Цинк играет центральную роль в иммунной системе, влияя на ряд аспектов клеточного и гуморального иммунитета ( 2 ). Роль цинка в области иммунитета был подробно рассмотрен Shanglar et al. . ( 2 ).

    Клинические признаки тяжелого дефицита цинка у людей: задержка роста, задержка полового созревания и созревания костей, поражения кожи, диарея, алопеция, нарушение аппетита, повышенная восприимчивость к инфекциям, опосредованным через дефекты иммунной системы и появление изменений в поведении ( 1 ). Последствия маргинального или легкого дефицита цинка менее очевидны. А снижение скорости роста и нарушение иммунной защиты — пока единственные четко продемонстрированы признаки умеренного дефицита цинка у людей.Прочие эффекты, такие как нарушение вкуса и заживление ран, которые, как утверждается, являются результатом низкое потребление цинка наблюдаются реже.

    Метаболизм цинка и гомеостаз

    Всасывание цинка зависит от концентрации и происходит по всему тонкому кишечнику. В нормальных физиологических условиях транспорт процессы поглощения не насыщены. Цинк вводят в водных растворах субъекты натощак всасываются эффективно (60-70 процентов), тогда как всасывание от твердых диет менее эффективен и варьируется в зависимости от содержания цинка и диеты состав ( 3 ).

    Цинк выводится из организма через почки, кожу и кишечник. Эндогенные кишечные потери могут варьироваться от 7 ммоль / день (0,5 мг / день) до более 45 ммоль / день (3 мг / день), в зависимости от потребления цинка. ( 4 ). Потери с мочой и кожей составляют порядка 7-10 ммоль / день (0,5-0,7 мг / день) каждая и в меньшей степени зависят от нормы. вариации в потреблении цинка ( 4 ). Повышается голодание и мышечный катаболизм потери цинка с мочой. Тяжелые упражнения и повышенная температура окружающей среды могут приводят к потерям из-за потоотделения.

    В теле нет запасов цинка в общепринятом понимании. В при резорбции костей и катаболизме тканей, цинк высвобождается и может в какой-то степени используется повторно. Экспериментальные исследования на людях с диетами с низким содержанием цинка 2,6-3,6 мг / день (40-55 ммоль / день) показали, что уровни циркулирующего цинка и активность цинксодержащих ферментов могут быть поддерживается в пределах нормы в течение нескольких месяцев ( 5 , 6 ), что подчеркивает эффективность механизма гомеостаза цинка.Контролируемый Исследования истощения-восполнения у людей показали, что изменения в эндогенных выведение цинка через почки, кишечник и кожу и изменения в абсорбционная эффективность — это то, как поддерживается содержание цинка в организме ( 7 10 ). Основные механизмы плохо изучены.

    Чувствительные индексы для оценки статуса цинка неизвестны в настоящее время. Статические показатели, такие как концентрация цинка в плазме, клетках крови и волосы и экскреция цинка с мочой уменьшаются при тяжелом дефиците цинка.А количество состояний, не связанных со статусом цинка, может повлиять на все эти индексы, особенно уровни цинка в плазме. Инфекция, стрессовые ситуации, такие как лихорадка, прием пищи и беременность снижают концентрацию цинка в плазме, тогда как при Например, длительное голодание увеличивает его ( 11 ). Однако по населению основы, снижение концентрации цинка в плазме, по-видимому, является маркером снижение роста в зависимости от цинка ( 12 , 13 ). Экспериментальный цинк Исследования истощения предполагают, что изменения иммунного ответа происходят раньше, чем очевидно снижение концентрации цинка в плазме ( 14 ).Пока это не удалось идентифицировать цинк-зависимые ферменты, которые могли бы служить ранние маркеры статуса цинка.

    Был проведен ряд функциональных показателей статуса цинка. предложил, например, заживление ран, остроту вкуса и адаптацию к темноте ( 11 ). Однако изменения в этих функциях не характерны для цинка и эти индексы до сих пор не доказали свою полезность для определения маргинального цинка. дефицит у человека.

    Внедрение методов стабильных изотопов в исследованиях цинка ( 15 ) создал возможности для оценки взаимосвязи между диета и статус цинка и, вероятно, приведет к лучшему пониманию механизмы, лежащие в основе гомеостатической регуляции цинка.Оценки скорость оборота введенных изотопов в плазме или моче выявила наличие относительно небольшого быстро заменяемого пула цинка в организме примерно 1,5-3 ммоль (100-200 мг) ( 16-19 ). Размер бассейна, похоже, коррелирует с обычным диетическим потреблением, и оно сокращается в исследованиях контролируемого истощения ( 18 ). Сменный цинковый пул также был установлено, что это коррелирует с эндогенным фекальным экскрецией цинка ( 19 ) и общее суточное всасывание цинка.Эти данные позволяют предположить, что размер сменный пул зависит от недавно поглощенного цинка и от большего обменный пул приводит к увеличению эндогенной экскреции. Изменения эндогенного кишечная экскреция цинка кажется более важной, чем изменения в абсорбционная эффективность для поддержания гомеостаза цинка ( 19 ).

    Диетические источники и наличие цинк

    Постное красное мясо, цельнозерновые злаки, бобовые и бобовые обеспечивают максимальные концентрации цинка 25-50 мг / кг (380-760 ммоль / кг) сырой массы.Обработанные крупы с низким степень извлечения, шлифованный рис и нежирное мясо или мясо с высоким содержанием жира имеют умеренное содержание цинка 10-25 мг / кг (150-380 ммоль / кг). Рыба, корнеплоды и клубни, зеленые листовые овощи и фрукты являются лишь скромными источниками цинка <10 мг / кг (<150 ммоль / кг) ( 20 ). Отделенные жиры и масла, сахар и алкоголь имеют очень низкое содержание цинка.

    Утилизация цинка зависит от общего состава диета. Экспериментальные исследования выявили ряд диетических факторов, как потенциальные промоторы или антагонисты абсорбции цинка ( 21) .Растворимый низкомолекулярные органические вещества, такие как амино- и гидроксикислоты, облегчают всасывание цинка. Напротив, органические соединения, образующие стабильные и плохо растворимые комплексы с цинком могут ухудшить абсорбцию. Кроме того, конкурентные взаимодействия между цинком и другими ионами с аналогичными физико-химические свойства могут влиять на поглощение и всасывание в кишечнике цинк. Риск конкурентного взаимодействия, по-видимому, в основном связан с высокой дозы в виде добавок или в водных растворах.Однако на уровнях присутствует в пище и при реалистичных уровнях обогащения, появляется абсорбция цинка не подвергаться влиянию, например, железа и меди ( 21 ).

    Изотопные исследования с участием людей выявили два факторы, которые вместе с общим содержанием цинка в рационе являются основными детерминанты всасывания и использования пищевого цинка. Первый — это содержание гексафосфата инозита (фитата), а второе — уровень и источник диетического белка.Фитаты присутствуют в цельнозерновых злаках и бобовые и в меньших количествах другие овощи. У них большой потенциал для связывания двухвалентных катионов и их угнетающего действия на всасывание цинка имеет продемонстрировано на людях ( 21) . Молярное соотношение между фитатами и цинк в еде или диетах является полезным индикатором влияния фитатов на подавляет всасывание цинка. При молярных соотношениях выше 6-10 цинк абсорбция начинает снижаться; при соотношении выше 15 абсорбция обычно меньше более 15 процентов ( 20 ).Однако действие фитата изменяется из-за источник и количество потребляемых белков. Белки животного происхождения улучшают содержание цинка абсорбция из диеты, содержащей фитаты. Поглощение цинка некоторыми диеты на основе бобовых сравнимы с диетами на основе животных белков. несмотря на более высокое содержание фитатов в первом. Повышенный уровень кальция в рационе антагонистические эффекты фитатов на абсорбцию цинка в экспериментальных исследованиях. Результаты исследований на людях менее последовательны, и любые эффекты кажутся зависят от источника кальция и состава рациона ( 22 ).

    Некоторые примеры недавно опубликованных исследований абсорбции проиллюстрировать влияние содержания цинка и состава рациона на фракционное содержание цинка абсорбция ( Таблица 53 ) ( 19, 23-25 ​​). Результаты исследования общей диеты, когда все основные приемы пищи в течение дня были с внешней маркировкой, демонстрируют замечательную стабильность фракционного поглощения несмотря на относительно большие различия в составе еды и содержании цинка. Таким образом, примерно в два раза больше цинка было усвоено из невегетарианцев или мяса с высоким содержанием мяса. диета ( 24 , 25 ), чем диета в сельских районах Китая на основе риса и пшеничная мука ( 20 ).Отсутствуют данные о всасывании цинка из типичных диет. развивающихся стран, которые обычно имеют высокое содержание фитатов.

    Доступность цинка из рациона можно повысить, если снижение содержания фитатов и включение источников животного белка. Ниже степень извлечения зерна злаков приведет к более низкому содержанию фитата, но при в то же время содержание цинка снижается, так что чистое влияние на поставку цинка ограничено. Содержание фитата можно снизить, активируя присутствующую фитазу. в большинстве пищевых продуктов, содержащих фитат, или за счет добавления микробных или грибковых фитазы.Фитазы гидролизуют фитат с понижением содержания фосфатов инозита, в результате чего в улучшенном всасывании цинка ( 26 , 27 ). Активность фитаз в тропических злаках, таких как кукуруза и сорго, ниже, чем в пшенице и рожь ( 28 ). Прорастание зерновых и бобовых культур увеличивает активность фитазы. и добавление некоторого количества пророщенной муки к непроработанной кукурузе или сорго с последующим добавлением замачивание при температуре окружающей среды в течение 12-24 часов может снизить содержание фитатов в основном ( 28 ).Дополнительного снижения можно добиться за счет ферментация каши для прикорма или теста для выпечки хлеба. Также можно использовать коммерчески доступные препараты фитазы, но их нельзя экономически доступны для многих групп населения.

    Группы риска по цинку дефицит

    Центральная роль цинка в делении клеток, синтезе белков, и рост делает младенцев, детей, подростков и беременных женщин особенно существует риск неадекватного потребления цинка.Задержка в росте, вызванная воздействием цинка, была выявлено в нескольких исследованиях ( 29 ), и более быстрое увеличение массы тела у Сообщалось о детях с недостаточным питанием, получавших добавки с цинком. В других исследованиях есть не смогли продемонстрировать стимулирующий рост эффект от приема цинка ( 13 ). А недавний метаанализ 25 интервенционных исследований с участием 1834 детей в возрасте до 13 лет. лет, со средней продолжительностью около 7 месяцев и средней дозой цинка 14 мг / день (214 ммоль / день), показал небольшой но значительный положительный эффект от приема цинка на рост и вес увеличивается ( 13 ).Первоначальное присутствие задержки роста было значительно связан с эффектом приема цинка на рост, тогда как исходный низкий концентрации цинка в плазме были связаны с более выраженным влиянием на увеличение веса.

    Результаты исследований добавок цинка показывают, что низкий статус цинка у детей не только влияет на рост, но также связан с повышенный риск тяжелых инфекционных заболеваний ( 30 ). Эпизоды острого диарея с меньшей продолжительностью и меньшей тяжестью, а также снижение заболеваемости сообщалось о диарее в группах, принимавших цинк.Другие исследования указывают на что заболеваемость острыми инфекциями нижних дыхательных путей и малярией может также может быть уменьшено добавлением цинка. Профилактика неоптимального цинкового статуса и дефицит цинка у детей из-за повышенного потребления и доступности цинка может, следовательно, оказать значительное влияние на здоровье ребенка в процессе развития страны.

    Роль цинкового статуса матери в исходе беременности все еще остается не понятно. Положительные и отрицательные ассоциации между содержанием цинка в плазме концентрация и рост плода или роды и осложнения при родах были сообщил ( 31 ).Результаты исследований добавок цинка также остаются безрезультатно ( 31 ). Интерпретация концентрации цинка в плазме крови беременность осложняется действием гемодилюции и низким содержанием цинка в плазме уровни могут отражать другие метаболические нарушения ( 11 ). Цинк Исследования добавок беременных женщин проводились в основном в относительно обеспеченное население, что может быть одной из причин смешанные результаты ( 31 ). Недавнее исследование среди американских женщин с низким доходом с концентрации цинка в плазме ниже среднего при включении в дородовую помощь показали что потребление цинка 25 мг / день привело к увеличению веса новорожденного и окружность головы и снижение очень низкой массы тела при рождении среди людей, не страдающих ожирением женщин по сравнению с группой плацебо ( 12 ).

    Таблица 53

    Примеры фракционного поглощения цинка из общего рациона измерено изотопными методами

    Характеристики объекта (исх.)

    Диета / характеристики приема пищи

    Изотопная техника

    Содержание цинка м моль (мг)

    Мольное соотношение фитат-цинк

    Поглощение цинка,% (x ± стандартное отклонение) a

    Молодые люди (n = 8) (22)

    Диета с высоким содержанием клетчатки

    Радиоизотопы

    163 (10.7)

    7

    27 ± 6

    Привычный рацион

    Стабильные изотопы

    124 (8,1)

    10

    34 ± 9

    Молодые женщины (n = 10) (19)

    Лакто-ово вегетарианское

    Радиоизотопы

    139 (9.1)

    14

    26 б

    Женщины (20-42 года) (n = 21) (24)

    Невегетарианец

    Радиоизотопы

    169 (11,1)

    5

    33 б

    Женщины (20-42 года) (n = 21) (24)

    Мясо

    Радиоизотопы

    102 (6.7)


    30 в

    Женщины в постменопаузе (n-14) (25)

    Высокое мясо

    Радиоизотопы

    198 (13,0)


    28 в

    a SD, стандартное отклонение. b Объединенный SD = 5. c Объединенное SD = 4,6.

    Источник: адаптировано из материалов ФАО / ВОЗ по следовым минералам. Отчет ( 32 )

    Требования к цинку

    Отсутствие специфических и чувствительных индексов статуса цинка ограничивает возможности оценки потребности в цинке на основании эпидемиологических наблюдения. В отчете ФАО / МАГАТЭ / ВОЗ за 1996 год ( 32 ) потребности в цинке были оценены с использованием факторного метода (т. е. путем добавления требования для роста тканей, поддержания, метаболизма и эндогенных потерь).Экспериментальные исследования восполнения цинка при низком потреблении цинка ясно показали, что что организм обладает ярко выраженной способностью адаптироваться к разным уровням цинка поступления за счет изменения эндогенных потерь цинка через почки, кишечник, и кожа ( 5-9,33 ). Нормативные требования к абсорбированному цинку составляли определяется как обязательная потеря на ранней стадии истощения цинка перед происходит адаптивное снижение экскреции, которое для мужчин было установлено на уровне 1,4 мг / день. и 1.0 мг / день для женщин. Оценить нормативные требования к содержанию другие возрастные группы, соответствующие показатели основного метаболизма использовались для экстраполяция. У растущих особей скорость прироста и содержание цинка вновь сформированные ткани были использованы для получения данных, необходимых для роста тканей. Точно так же удержание цинка во время беременности и концентрация цинка в молоко на разных стадиях лактации использовалось для оценки физиологического потребности во время беременности и кормления грудью ( 32 ).

    Перевод этих оценок поглощенного цинка в Потребность в диетическом цинке включает несколько соображений. Во-первых, природа диеты (то есть содержание в ней промоторов и ингибиторов абсорбции цинка) определяет потенциально усваиваемую долю цинка в пище. Во-вторых, эффективность поглощения потенциально доступного цинка обратно пропорциональна связано с содержанием цинка в рационе. Обзор имеющихся данных из экспериментальные исследования абсорбции цинка при однократном или полном рационе питания привели к разделение диет на три категории — с высоким, умеренным и низким содержанием цинка биодоступность — как указано в таблице 54 ( 32 ).Это было затем обнаружил, что взаимосвязь между эффективностью абсорбции и цинком содержание различалось для этих диет ( 32 ). Разработаны алгоритмы ( 32 ) и применялась к оценкам потребностей в поглощенном цинке для достичь набора цифр для средних индивидуальных диетических потребностей в цинке ( Таблица 55 ). Показатели дробного поглощения, применяемые для три категории диеты составляли 50 процентов, 30 процентов и 15 процентов соответственно.На основе этих оценок и оценки данных о потреблении с пищей исследований, были определены средние показатели потребления населения, которые были сочтены достаточными для обеспечить низкую распространенность людей с риском недостаточного потребления цинка ( 32 ).

    Младенцы, дети и подростки

    Эндогенные потери цинка у младенцев, вскармливаемых грудным молоком, составили предполагается, что составляет 20 мкг / кг / день (0,31 ммоль / кг / день) тогда как 40 мкг / кг / день (0,6 ммоль / кг / день) было принято для младенцев, получающих смесь или продукты для отлучения от груди ( 32 ).Для другого возраста группы со средней потерей 0,002 ммоль / базальный кДж (0,57 мкг / базальная ккал) было получено из оценок для взрослых. По оценкам увеличение содержания цинка для роста ребенка было установлено на 120 и 140 мкг / кг / день. (1,83-2,14 ммоль / кг / день) для женщин и мужчин младенцы соответственно в течение первых 3 месяцев ( 32 ). Эти значения уменьшаются до 33 мкг / кг / день (0,50 ммоль / кг / день) в возрасте 6-12 месяцев. Для возраста 1-10 лет требования к росту были основаны на предположение, что новая ткань содержит 30 мкг / г (0.46 ммоль цинка / г) ( 32 ). Для подросткового роста цинк содержание 23 мкг / г (0,35 ммоль / г) увеличение масса тела была принята. Вспышки полового созревания повышают физиологический уровень цинка требования существенно. Рост самцов-подростков соответствует увеличение потребности организма в цинке примерно на 0,5 мкг / день (7,6 ммоль / день) ( 32 ).

    Беременность

    Общее количество цинка, оставшегося во время беременности, было оценивается в 1.5 ммоль (100 мг) ( 34). В течение третьего триместра физиологическая потребность в цинке составляет примерно вдвое выше, чем у небеременных женщин ( 32 ).

    Лактация

    Концентрация цинка в грудном молоке высока в раннем периоде лактации, 2-3 мг / л (31-46 ммоль / л) в первый месяц, и снижается до 0,9 мг / л (14 ммоль / л) через 3 месяца ( 35 ). Исходя из данных об объеме материнского молока и содержании цинка, было подсчитано, что суточный выход цинка с молоком в течение первых 3 месяцев лактация могла составлять 1.4 мг / день (21,4 ммоль / л), что теоретически в три раза больше физиологической потребности в цинке у кормящих женщин по сравнению с не кормящим, небеременным женщинам. При установлении ориентировочных требований к в раннем периоде лактации предполагалось, что часть этого требования была покрыта послеродовая инволюция матки и резорбция скелета ( 32 ).

    Пожилые люди

    Требования к пожилым людям оцениваются как те для других взрослых.Сообщается о более низкой абсорбционной эффективности пожилые люди, что может оправдать более высокие диетические требования. С другой стороны, эндогенные потери у пожилых людей ниже. Из-за предложенной роли цинка при инфекционных заболеваниях, оптимальный статус цинка у пожилых людей может иметь оказывает значительное влияние на здоровье населения и является областью метаболизма цинка, требующей дальнейшие исследования.

    Различия цинка между индивидуумами потребности и рекомендуемое потребление питательных веществ

    Исследования ( 6 10 ), использованные для оценки среднего физиологические потребности с факторной техникой учли относительно небольшое количество предметов и не позволяют оценить межиндивидуальные различия в обязательных потерях цинка при разных потребностях.Поскольку потребности в цинке связаны со скоростью обновления и роста тканей, это разумно предположить, что вариации физиологической потребности в цинке такая же величина, как и вариации потребности в белке ( 36 ), и что тот же показатель (12,5%) для межиндивидуального коэффициента вариации (CV) может быть принято. Однако оценки потребности в цинке с пищей предполагают оценку поглощения. Следовательно, вариации поглощающей способности эффективность, не имеющая отношения к оценке потребности в белке, может должны быть приняты во внимание при оценке общей межличностной изменение требований к цинку.Систематические исследования межличностного вариации в абсорбции цинка в разных условиях немногочисленны. В малых группы здоровых, хорошо питающихся субъектов, сообщаемые различия в содержании цинка абсорбция из определенного приема пищи или диеты составляет порядка 20-40 процентов и кажутся независимыми от возраста, пола или особенностей диеты. Насколько эти вариации, помимо того, что они связаны с методологической неточностью, отражают вариации физиологической потребности, последствия предшествующего приема цинка, и т. Д. .не известно. Из имеющихся данных исследований абсорбции цинка ( 19, 20, 23-27 ) предварительно предполагается, что различия в диете требования к цинку, которые включают изменение требований к абсорбированному цинку (т.е. вариации метаболизма и скорости оборота цинка) и вариации в абсорбционная эффективность соответствует CV 25 процентов. Рекомендуемый потребление питательных веществ, полученное на основе оценок среднего индивидуального рациона питания потребности ( Таблица 55 ) с добавлением 50 процентов (2 стандартные отклонения) приведены в таблице 56 .

    Таблица 54

    Критерии классификации диет в соответствии с потенциалом наличие цинка

    Номинальная категория

    Основные характеристики рациона

    Высокая доступность

    Рафинированные диеты с низким содержанием зерновой клетчатки и фитиновой кислоты, и с фитат-цинковым (молярным) соотношением <5; в основном адекватное содержание протеина из нерастительных источников, таких как мясо, рыба.Включает полусинтетическую формулу диеты на основе животного белка.

    Средняя доступность

    Смешанные диеты, содержащие животный или рыбный белок. Лакто-ово, ововегетарианские или веганские диеты, не основанные преимущественно на неочищенных злаках или мука высокой экстракции. Фитатно-цинковое молярное соотношение всего рациона в диапазон 5-15 или не более 10, если более 50% потребляемой энергии приходится на неферментированные, нерафинированные зерна злаков и муку, тогда как диета обогащена неорганическими солями кальция (> 1 г Ca 2+ / день).Доступность цинка улучшается, если в рацион входят источники животного происхождения или белка. или молоко.

    Низкая доступность

    Рацион с высоким содержанием нерафинированных, неферментированных и непроросших злаков зерно, и , особенно когда обогащено неорганическими солями кальция и при незначительном потреблении животного белка. Фитатно-цинковое молярное соотношение общего диета превышает 15. b Продукты с высоким содержанием фитата соевого белка составляют первичный источник белка.Диеты, в которых по отдельности или вместе примерно 50% потребляемой энергии приходится на следующие продукты с высоким содержанием фитатов: пшеница с высокой степенью экстракции (90% +), рис, кукуруза, зерно и мука, овсянка и просо; мука чапати и танок ; и сорго, вигновый горох, голубиный горох, граммов, фасоль, черная фасоль и арахисовая мука. Высокое потребление неорганические соли кальция (> 1 г Ca 2+ / день) в виде добавок или как случайные загрязнители (например,g., из известковых геофагий), потенцируют тормозящие эффекты; низкое потребление животного белка усугубляет эти эффекты.


    a Прорастание таких зерен или ферментация (например, закваска) многих видов муки может снизить антагонистическое действие; диета должна тогда классифицироваться как умеренная доступность. b Овощные диеты с соотношения фитат-цинк, превышающие 30, известны; для таких диет предположение наличие 10 процентов цинка или менее может быть оправдано, особенно если потребление белка низкое, солей кальция чрезмерно или и то, и другое (например,г., кальций соли, обеспечивающие> 1,5 г Ca 2+ / день).

    Таблица 55

    Средние индивидуальные нормативные требования по цинку (мкг / кг массы тела / день) из рационов, различающихся содержанием цинка биодоступность a

    Возраст, лет

    Высокая биодоступность b

    Умеренная биодоступность c

    Низкая биодоступность d

    мкг / кг массы тела / сутки

    Младенцы и дети

    суки, 0-0.25

    175 e

    457 из

    1067 г

    Мужчины, 0-0,25

    200 e

    514 из

    1200 г

    0.25-0,5

    79 e

    204 из

    477 г

    0,5-1

    66 e



    0,5-1

    186

    311

    621

    1-3

    138

    230

    459

    3-6

    114

    190

    380

    6-10

    90

    149

    299

    Подростки

    Женщины, 10-12

    68

    113

    227

    Мужчины, 10-12

    80

    133

    267

    суки, 12-15

    64

    107

    215

    Мужчины, 12-15

    76

    126

    253

    Женщины, 15-18 лет

    56

    93

    187

    Мужчины, 15-18 лет

    61

    102

    205

    Взрослые

    Женщины, 18-60 лет +

    36

    59

    119

    Мужчины, 18-60 лет +

    43

    72

    144


    Источник: по материалам ФАО / МАГАТЭ / ВОЗ ( 32 ).
    a Для получения информации о диетах см. Таблица 54
    b Предполагаемая биодоступность пищевого цинка 50 процентов.
    c Предполагаемая биодоступность пищевого цинка 30 процентов.
    d Предполагаемая биодоступность пищевого цинка 15 процентов.
    e Только для младенцев, вскармливаемых матерью только молоко, для которого биодоступность цинка не учитывается. место хранения.
    f Применимо к младенцам, частично вскармливаемым грудным молоком или кормление коровьими молочными смесями с добавлением сыворотки или молоком с добавлением сухих веществ с низким содержанием фитатов. Без надбавки для хранения.
    г Для младенцев, получающих богатые фитатами Детская смесь на основе растительного белка с цельнозерновыми злаками или без них. Нет припуск на хранение.

    Верхний предел содержания цинка потребление

    Было зарегистрировано всего несколько случаев острого отравления цинком. сообщил. Признаки токсичности — тошнота, рвота, диарея, лихорадка и вялость и наблюдались после приема внутрь 4-8 г (60-120 ммоль) цинка.Долгосрочное потребление цинка выше, чем требования могут, однако, взаимодействовать с метаболизмом других следов элементы. Медь особенно чувствительна к высоким дозам цинка. Цинк прием 50 мг / день (760 ммоль) влияет на медь индексы статуса, такие как CuZn-супероксиддисмутаза в эритроцитах ( 37, 38 ). Наблюдались низкие уровни меди и церулоплазмина и анемия. после повышенного потребления цинка 450-660 мг / день (6,9-10 ммоль / день) ( 39, 40 ).Изменения липидного состава сыворотки и иммунного ответа также наблюдались у исследования добавок цинка ( 41, 42 ). Поскольку у меди также есть центральный роль в иммунной защите, эти наблюдения требуют осторожности перед крупномасштабными реализуются программы приема добавок цинка. Любые положительные эффекты цинка добавки на рост или инфекционные заболевания могут быть замаскированы или уравновешивается негативным воздействием на функции, связанные с медью.

    Верхний уровень потребления цинка для взрослого мужчины установлен на уровне 45 мг / день (690 ммоль / день) и экстраполировано на другие группы по отношению к основной скорости метаболизма.Для детей эта экстраполяция означает верхний предел потребления 23-28 мг / день (350-430 ммоль / день), что близко к тому, что использовалось в некоторых исследований добавок цинка. За исключением чрезмерного потребления некоторых видов Из морепродуктов такое потребление вряд ли будет обеспечено при большинстве диет. Попадание цинка в воду из загрязненных колодцев и при гальванике. посуда также может привести к высокому потреблению цинка.

    Таблица 56

    Рекомендуемое потребление питательных веществ (RNI) для пищевого цинка (мг / день) для соблюдения нормативных требований к хранению из рационов, различающихся содержанием цинка биодоступность a

    Возрастная группа

    Масса тела предполагаемая, кг

    Высокая биодоступность

    Умеренная биодоступность

    Низкая биодоступность

    Младенцы и дети

    0-6 месяцев

    6

    1.1 б

    2,8 в

    6,6 д

    7-12 месяцев

    9

    0,8 б



    7-12 месяцев

    9

    2.5 e

    4,1

    8,4

    1-3 года

    12

    2,4

    4,1

    8,3

    4-6 лет

    17

    2.9

    4,8

    9,6

    7-9 лет

    25

    3,3

    5,6

    11,2

    Подростки

    Женщины, 10-18 лет,

    47

    4.3

    7,2

    14,4

    Мужчины, 10-18 лет

    49

    5,1

    8,6

    17,1

    Взрослые

    Женщины, 19-65 лет

    55

    3.0

    4,9

    9,8

    Мужчины, 19-65 лет

    65

    4,2

    7,0

    14,0

    Женщины, 65+ лет

    55

    3.0

    4,9

    9,8

    Мужчины, 65+ лет

    65

    4,2

    7,0

    14,0

    Беременные

    Первый триместр


    3.4

    5,5

    11,0

    Второй триместр


    4,2

    7,0

    14,0

    Третий триместр


    6.0

    10,0

    20,0

    Кормящие женщины

    0-3 месяца


    5,8

    9.5

    19,0

    3-6 месяцев


    5,3

    8,8

    17,5

    6-12 месяцев


    4,3

    7.2

    14,4


    a Информацию о диетах см. В таблице . 54 . Если не указано иное, внутрииндивидуальные вариации цинка Предполагается, что требования составляют 25 процентов. Данные о весе интерполированы из ФАО / ВОЗ, 1988 г. ( 36 ).
    b Младенцы на грудном вскармливании, получающие материнское молоко Только; предполагаемый коэффициент вариации (CV) 12,5 процента; предполагаемая доступность 80 процентов.
    c Младенцы на искусственном вскармливании: умеренная биодоступность для молочные смеси с добавлением сыворотки и для младенцев, частично вскармливаемых грудным молоком или даваемых корма с низким содержанием фитатов с добавлением другого жидкого молока; предполагается CV 12,5 процентов.
    d Младенцы, находящиеся на искусственном вскармливании; низкая биодоступность применимо к смеси на основе растительного белка, богатой фитатами, с или без цельнозерновые крупы; CV 12,5 процента.
    e Не применимо к младенцам, потребляющим грудное молоко. Только.

    Достаточность потребления цинка по отношению к согласно оценкам требований

    Риск недостаточного потребления цинка детьми был снижен. оценено с использованием предложенных оценок потребности в цинке ( 32 ) и используя имеющиеся данные о составе пищевых продуктов и рационе питания в различных части света ( 43 ). Для этой оценки предполагалось, что распределение потребностей в цинке является гауссовым с CV 15 процентов и корреляция между потреблением и потребностью очень мала.Поглощение цинка из диеты в Малави, Кении, Мексике и Гватемале оценивались в 15 процентов на основе высокого молярного отношения фитат-цинк ( 37-42 ) в этих диетах, в то время как потребление 30 процентов предполагалось для диет в Гане, Гватемале, Египет и Папуа-Новая Гвинея. Продукты из ферментированной кукурузы и маниоки ( kenkey , banku и gari ) в Гане, дрожжевой хлеб на основе пшеницы в Египте и использование саго с низким содержанием фитатов в качестве основной продукт в рационе Новой Гвинеи, как предполагалось, приводит к снижению молярное соотношение фитат-цинк и лучшая доступность.При таком подходе 68-94 процент детей, по оценкам, подвержены риску дефицита цинка в эти группы населения, за исключением Египта, где оценка составляла 36 процентов ( 43 ). Среднесуточное потребление цинка этими детьми составляло 3,7-6,9 мг. (56-105 ммоль). Большая часть добавок цинка исследования не предоставили данных о рационе питания, которые можно было бы использовать для определения потребление цинка имеет решающее значение для эффектов роста. В недавнем исследовании, проведенном в Чили, положительный эффект на увеличение роста у мальчиков после 14 месяцев приема добавок цинка был отмечен ( 44 ).Потребление в группе плацебо в начале составляло 6,3. ± 1,3 мг / сут (96 ± 20 ммоль / сут) (n = 49). Потому что только 15 процентов цинка, потребляемого чилийскими детьми, было получено предполагалось, что наличие мясных продуктов относительно невелико.

    Krebs et al ( 45 ) не наблюдали эффекта цинка. добавка по содержанию цинка в грудном молоке или по материнскому статусу группы кормящим женщинам и сочли, что их потребление достаточно для поддержания адекватного уровня цинка статус через 7 месяцев и более лактации.Среднее потребление цинка женщины, не принимавшие добавки, составляли 13,0 ± 3,4 мг / день (199 ± 52 ммоль / день).

    Эффективные гомеостатические механизмы поддержания цинка в организме содержание при низком потреблении, которое легло в основу оценок физиологического требований в отчете ФАО / МАГАТЭ / ВОЗ за 1996 год ( 32 ), а также предполагаемое негативное влияние диеты с высоким содержанием фитатов на статус цинка, были подтверждены в недавних экспериментальных исследованиях ( 10, 44, 46, 47 ). Уменьшение мочевыводящих и фекальные потери поддерживали нормальную концентрацию цинка в плазме в течение 5 недель в 11 человек при приеме 2.45 мг цинка / день (37 ммоль / день) или выше при диете с предположительно высоким наличие ( 10 ). В аналогичном исследовании восполнения-истощения с участием 15 мужчин, прием 4 мг / сут (61 ммоль / сут) из диеты с молярное соотношение фитат-цинк 58 в течение 7 недель привело к уменьшению мочевыводящих путей. экскреция цинка от 0,52 ± 0,18 до 0,28 ± 0,15 мг / сут (7,9 ± 2,8 ммоль / сутки до 4,3 ± 2,3 ммоль / сутки) ( 46 ). Значительное снижение плазмы Наблюдались концентрации цинка и изменения клеточного иммунного ответа.Влияние на иммунитет также наблюдалось при диете с ограничением цинка с высоким содержанием цинка. с содержанием фитата (молярное соотношение примерно 20) потребляли пять молодых мужчин волонтеры на 20-24 недели ( 14 ). Неоптимальный статус цинка также был документально подтвержден у беременных женщин, соблюдающих диеты с высоким содержанием фитата и цинка (> 17) ( 47 ). Частые репродуктивные циклы и высокая распространенность малярии по всей видимости, способствует ухудшению статуса цинка.

    Заключение

    В заключение, подход, использованный для вывода среднего индивидуальные потребности в цинке, использованные в отчете ФАО / МАГАТЭ / ВОЗ за 1996 г. (32) и полученные оценки все еще кажутся действительными и полезными для оценки адекватность потребления цинка в группах населения и для планирования диеты для определенных группы населения.

    Будущие исследования

    Как уже указано в отчете ФАО / МАГАТЭ / ВОЗ за 1996 г. ( 32 ), существует острая необходимость охарактеризовать ранний функциональный последствия дефицита цинка и определить их связь с патологическими изменениями. Эти знания особенно необходимы для понимания роли цинка. недостаточность этиологии задержки роста и нарушения иммунокомпетентности.

    Для лучшего понимания взаимосвязи диеты и поставки цинка, необходимы дальнейшие исследования для тщательной оценки наличие цинка из рациона, типичного для развивающихся стран.Исследование должен включать оценку эффекта доступности принятия реалистичных и принятые в культуре методы приготовления пищи, такие как ферментация, проращивание, замачивание и включение недорогого и доступного животного белка источники в диетах, основанных на растительной пище.

    Ссылки

    1. Hambidge, K.M. 1987. Цинк. В: Микроэлементы в питание человека и животных. Mertz, W., ed. 5-е, т. 1. С. 1-137. Орландо, Флорида, Academic Press, Inc.

    2. Shankar, A.H. & Prasad A.S. 1998. Цинк и иммунная функция: биологическая основа измененной устойчивости к инфекции. Am. J. Clin. Nutr., 68 (доп.): 447S-463S

    3. Sandström, B. 1997. Биодоступность цинка. Eur. J. Clin. Nutr., 51 (дополнение 1): S17-S19

    4. King, J.C. & Turnlund, J.R. 1989. Человеческий цинк требования. В: Цинк в биологии человека . Миллс К.Кормили. стр.335-350. Девон , Великобритания, Springer-Verlag.

    5. Лукаски Х.С., Болончук У., У., Клевай Л.М., Милн, Д. & Sandstead, H.H. 1984. Изменения содержания цинка в плазме после упражнения у мужчин, соблюдающих диету с низким содержанием цинка. Am. J. Physiol. , 247: Е88-93.

    6. Милн, Д. Б., Кэнфилд, В. К., Галлахер, С. К., Хант, Дж. Р. & Klevay, L.M. 1987. Метаболизм этанола у женщин в постменопаузе, получавших диета маргинальная по цинку. Am.J. Clin. Nutr., 46: 688-93.

    7. Baer, ​​M.J. & King, J.C. 1984. Уровни цинка в тканях и выведение цинка во время экспериментального истощения цинка у молодых мужчин. Am. Дж. Clin. Nutr., 39: 556-70.

    8. Hess, F.M., King, J.C. & Margen, S. 1977. Цинк. экскреция у молодых женщин, принимающих низкие дозы цинка и пероральные контрацептивы. J. Nutr., 107: 1610-20.

    9. Милн, Д. Б., Кэнфилд, В. К., Махалко, Дж.Р. & Sandstead, H.H. 1983. Влияние пищевого цинка на потерю поверхности всего тела цинк: влияние на оценку удержания цинка балансовым методом. Am. J. Clin. Nutr., 38: 181-6.

    10. Джонсон, П.Э., Хант, С.Д., Милн, Д.Б. И Маллен, Л.К. 1993. Гомеостатический контроль метаболизма цинка у мужчин: экскреция цинка и баланс у мужчин, питающихся диетами с низким содержанием цинка. Am. J. Clin. Нутр., 57: 557-565.

    11. Эджет П.J. & Favier A. 1993. Цинк. Внутр. Дж. Vit. Nutr. Res., 63: 247-316.

    12. Гольденберг, Р.Л., Тамура, Т., Неггерс, Ю., Медь, Р.Л., Джонстон, К.Е., ДюБард, М.Б. & Hauth, J.C. 1995. Эффект добавок цинка на исход беременности. JAMA , 274: 463-468

    13. Браун К., Пеерсон Дж. М. и Аллен Л. Х. 1998. Влияние добавок цинка на рост детей. В: Роль трассировки элементы для укрепления здоровья и профилактики заболеваний. Сандстрём, Б., Уолтер П., ред. Bibliotheca Nutritio et Dieta , Базель: Каргер; 54: 76-83.

    14. Beck, F.W.J., Prasad, A.S. И Каплан Дж. 1997. Изменения продукции цитокинов и субпопуляций Т-клеток в экспериментальных индуцированный дефицит цинка у людей. Am. J. Physiol. 272: E1002-7.

    15. Сандстрём, Б. Фэйрвезер-Тейт, С., Харрелл, Р. И Ван Доккум, W. 1993. Методы изучения минералов и микроэлементов. поглощение у людей с использованием стабильных изотопов. Nutr. Res. Revs. , 6: 71-95.

    16. Wastney, M.E., Gökmen, I.G., Aarmodt, R.L., Rumble, W.F., Gordon, G.E. И Хенкин Р.И. 1991. Кинетический анализ. метаболизма цинка у людей и одновременное введение 65 Zn и 70 Zn. Am. J. Physiol. , 260: R134-41.

    17. Фэйрвезер-Тейт, С.Дж., Джексон, М.Дж., Фокс, Т.Э., Wharf, S.G., Eagles, J. & Groghan, P.C. 1993.Измерение обменные пулы цинка с использованием стабильного изотопа 70 Zn. Br. Дж. Nutr., 70: 221-34.

    18. Миллер, Л.В., Хамбидж, К.М., Нааке, В.Л., Хонг, З., Весткотт, Дж. Л. и Феннесси, П. В. 1994. Размер цинковых бассейнов, быстро обмениваются с плазменным цинком у людей: альтернативные методы измерение и отношение к потреблению цинка с пищей. J. Nutr., 124: 268-76.

    19. Сиан, Л., Мингян, X., Миллер, Л.В., Тонг, Л., Кребс, Н.Ф. И Хамбидж, К. 1996. Всасывание цинка и кишечные потери эндогенный цинк у молодых китаянок с минимальным потреблением цинка. Am. Дж. Clin. Nutr., 63: 348-53.

    20. Сандстрём Б. 1989. Диета и цинк поставка. В: Цинк в биологии человека . Миллс К.Ф. изд. п. 350-363. Девон, Великобритания, Springer-Verlag.

    21. Sandström, B. & Lönnerdal, B. 1989. Промоторы и антагонисты абсорбции цинка. В: Цинк в биологии человека . Миллс К.Ф. изд. с.57-78. Девон, Великобритания, Springer-Verlag.

    22. Петтерсон Д., Сандстрём Б. и Седерблад, Å. 1994. Поглощение цинка люпином (Lupinus angustifolius) — продукты на основе. Br. J. Nutr., 72: 865-71.

    23. Кнудсен, Э., Йенсен, М., Солгаард, П., Соренсен, S.S. & Sandström, B. 1995. Поглощение цинка оценивается фекалиями. мониторинг стабильных изотопов цинка подтвержден сравнением с данными для всего тела удержание радиоизотопов цинка в организме человека. J. Nutr., 125: 1274-1282.

    24. Хант, Дж. Р., Мэттис, Л. А. и Джонсон, Л. К. 1998. Всасывание цинка, минеральный баланс и липиды крови у женщин с контролируемым потреблением лактоовегетарианская и всеядная диеты на 8 недель. Am. J. Clin. Nutr., 67: 421-30.

    25. Хант, Дж. Р., Галлахер, С. К., Джонсон, Л. К. & Ликкен, Г. 1995. Диеты с высоким и низким содержанием мяса: влияние на усвоение цинка, статус железа, а также кальций, медь, железо, магний, марганец, азот, баланс фосфора и цинка у женщин в постменопаузе. Am. J. Clin. Нутр., 62: 621-32.

    26. Nävert, B., Sandström, B. & Cederblad, Å. 1985. Снижение содержания фитатов в отрубях путем закваски в хлеб и его влияние на усвоение цинка человеком. Br. J. Nutr., 53: 47-53.

    27. Sandström, B. & Sandberg, A.S. 1992. Ингибирующее действие изолированных фосфатов инозита на абсорбцию цинка у людей. J Trace Elem Electrolyte Health Dis., 6: 99-103.

    28. Гибсон, Р.С., Йеудалл, Ф., Дрост, Н., Мтитимуни, Б. & Cullinan, T. 1998. Диетические вмешательства для предотвращения дефицита цинка. Am. J. Clin. Nutr., 68 (доп.): 484S-487S.

    29. Симмер К., Ханум С., Карлссон Л. и Томпсон, R.P.H. 1988. Реабилитация питания в Бангладеш — важность цинк. Am. J. Clin. Nutr., 47: 1036-40.

    30. Черный, М.М. 1998. Дефицит цинка и ребенок. разработка. Am. J. Clin. Nutr., 68 (доп.): 464S-469S

    31. Колфилд, Л.Е., Завалета, Н., Шанкар, А.Х. и Merialdi, M. 1998. Возможный вклад материнского цинка. во время беременности для выживания матери и ребенка. Am. J. Clin. Nutr., 68 (доп.): 499S-508S

    32. АО / МАГАТЭ / ВОЗ. 1996. Микроэлементы в организме человека питание и здоровье. Женева, Всемирная организация здравоохранения.

    33. Тейлор, К.М., Бэкон, Дж. Р., Аггетт, П. Дж. И Бремнер, I. 1991. Гомеостатическая регуляция всасывания цинка и эндогенных потерь в организме. мужчины, лишенные цинка. Am. J. Clin. Nutr., 53: 755-63.

    34. Swanson, C.A. & King, J.C. 1987. Цинк и исход беременности. Am. J. Clin. Nutr., 46: 763-771.

    35. Всемирная организация здравоохранения. 1998. Дополнительный кормление маленьких детей в развивающихся странах: обзор современных научные знания.Женева, Всемирная организация здравоохранения.

    36. ФАО / ВОЗ / УООН. 1985. Потребности в энергии и белке. Отчет о совместной консультации экспертов ФАО / ВОЗ / УООН. Серия технических отчетов 724. Женева, Всемирная организация здравоохранения.

    37. Fischer, P.W.F., Giroux, A. & L’Abbé, M.R. 1984. Влияние добавок цинка на статус меди у взрослого мужчины. Am. J. Clin. Nutr., 40: 743-6.

    38. Ядрик М.К., Кенни М.А. и Винтерфельдт Э.А. 1989. Состояние железа, меди и цинка: реакция на добавки с цинком или цинк и железо у взрослых самок. Am. J. Clin. Nutr., 49: 145-50.

    39. Паттерсон В.П., Винкельманн М. и Перри М.С. 1985. Цинк-индуцированный дефицит меди: мегаминеральная сидеробластная анемия. Ann. Internal Med. . 103: 385-6.

    40. Портер, К.Г., Макмастер, Д., Элмс, М.Е. & Лав, A.H.G. 1977. Анемия и низкое содержание меди в сыворотке во время терапии цинком. Ланцет , г. II: 774.

    41. Хупер П.Л., Висконти Л., Гарри П.Дж. и Джонсон, G.E. 1980. Цинк снижает уровень холестерина липопротеинов высокой плотности. JAMA , 244: 1960-2.

    42. Chandra, R.K. 1984. Чрезмерное потребление цинка. ухудшает иммунные реакции. JAMA , 252: 1443-6.

    43. Гибсон, Р.С. И Фергюсон, Э. 1998. Оценка диетического цинка в популяции. Am.J. Clin. Nutr., 68 (доп.): 430S-434S

    44. Руз, М., Кастильо-Дюран, К., Лара, X., Кодосео, Дж., Rebolledo, A. & Atalah, E. 1997. 14-месячное испытание приема цинка в внешне здоровые чилийские дошкольники. Am. J. Clin. Нутр., 66: 1406-13.

    45. Кребс, Н.Ф., Рейдингер, К.Дж., Хартли, С., Робертсон, A.D. & Hambidge, K.M. 1995. Добавки цинка во время кормления грудью: влияние на материнский статус и концентрацию цинка в молоке. Am. J. Clin. Nutr., 61: 1030-6.

    46. Руз, М., Каван, К.Р., Беттджер, В.Дж. и Гибсон, Р.С. 1992. Эритроциты, мембраны эритроцитов, нейтрофилы и тромбоциты как материалы биопсии для оценки статуса цинка у людей. Br. Дж. Nutr., 68: 515-27.

    47. Гибсон, Р.С. & Хаддл, Дж. М. 1998. Неоптимально статус цинка у беременных малавийских женщин: его связь с низким потреблением недостаток цинка, частые репродуктивные циклы и малярия. Am. Дж. Clin. Nutr., 67: 702-9.


    (PDF) Медь и цинк, биологическая роль и значение дисбаланса медь / цинк

    Страница 17 из 18

    Цитирование: Осредкар Дж., Сустар Н. (2011) Медь и цинк, биологическая роль и значение дисбаланса медь / цинк . J Clinic Toxicol S3: 001.

    doi: 10.4172 / 2161-0494.S3-001

    J Clinic Toxicol Heavy Metal Toxicity ISSN: 2161-0494 JCT, журнал с открытым доступом

    162.Александр TH, Дэвидсон TM (2006) Интраназальный цинк и аносмия: синдром аносмии, вызванный цинком-

    . Ларингоскоп 116: 217-220.

    163. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Предупреждения о трех продуктах Zicam Intranasal Zinc

    .

    164. Lansdown AB, Mirastschijski U, Stubbs N, Scanlon E, Agren MS (2007) Цинк в

    заживлении ран: теоретические, экспериментальные и клинические аспекты. Ремонт ран

    Regen 15: 2-16.

    165. Андерсон I (1995) Цинк как средство исцеления.Nurs Times 91: 68-70.

    166. Wilkinson EA, Hawke CI (1998) Помогает ли оральный цинк заживлению хронических язв на ногах

    ? Систематический обзор литературы. Arch Dermatol 134: 1556-1560.

    167. Wilkinson EA, Hawke CI (2000) Оральный цинк при артериальных и венозных язвах ног.

    Cochrane Database Syst Rev 2: 1273.

    168. Borkow G, Gabbay J, Zatcoff RC (2008) Могут ли хронические раны не зажить из-за слишком низкого уровня меди в

    ? Med Hypotheses 70: 610-613.

    169. Voruganti VS, Klein GL, Lu HX, et al. (2005) Нарушение статуса цинка и меди

    у детей с ожоговыми травмами: необходимо переоценить потребности в питании. Бернс

    31: 711-716.

    170. Прохаска JR, Лукасевич О.А. (1989) Дефицит меди во время перинатального развития

    : влияние на иммунный ответ мышей. Питание и иммунология

    . Журнал питания.

    171. Виндхаузер М.М., Каппель Л.К., МакКлюр Дж., Хегстед М. (1991) Субоптимальные

    уровни диетической меди варьируют иммунореактивность у крыс.Биологический след

    Element Research 30: 205-217.

    172. Джомова К., Валко М. (2011) Достижения в области индуцированного металлами окислительного стресса и

    болезней человека. Токсикология 283: 65-87.

    173. Nazi S, Razavi SM, Kianiamin P, Rakhshandehroo E (2011) Оценка антиоксидантных механизмов

    эритроцитов: антиоксидантные ферменты, перекисное окисление липидов,

    и микроэлементы сыворотки, связанные с прогрессирующей анемией при

    злокачественных новообразованиях овец 9000.Parasitol Res.

    174. Duan L, Cheng Y, Jin Y (2010) Влияние потребления меди и соотношения медь-цинк на перекисное окисление липидов

    крыс на дефицит меди. Журнал гигиены.

    175. Mackenzie GG, Salvador GA, Romero C, Keen CL, Oteiza PI (2011) Недостаток

    в доступности цинка может вызывать изменения в окислительно-восстановительном статусе тиоловых тубулина в культивируемых

    нейронах и в развивающемся мозге эмбриона крысы. . Свободная радикальная биология.

    176. Хок С.Н., Уриу-Хейр Дж.Й., Дастон Г.П., Янковски М.А., Квик-Урибе С. и др.

    (1998) Эмбрионы крыс, выращенные в условиях дефицита меди, развиваются

    ненормально и характеризуются нарушенной системой защиты от окислителей.

    Тератология 57: 310-320.

    177. Heleniak EP, Frechen DM (1989) Метилирование гистамина при шизофрении.

    Медицинская гипотеза 30: 167-174.

    178. Бабич П.С., Цымбаленко Н.В., Клотченко С.А., Платонова Н.А., Масалова О.О.,

    и др. (2009) Влияние дефицита церулоплазмин меди в плазме крови на метаболизм

    меди в головном мозге.Бык Exp Biol Med 148: 592-597.

    179. Лю Х., Панг В., Ху Ю. Д., Ян Х. П., Хуанг С. Ю. (2011) Эффекты истощения внутриклеточного цинка

    на экспрессию VDAC в культивируемых нейронах гиппокампа. Nutr

    Neurosci 14: 80-87.

    180. Cope EC, Morris DR, Scrimgeour AG, Vanlandingham JW, Levenson CW

    (2011) Добавка цинка обеспечивает устойчивость к поведению на крысиной модели черепно-мозговой травмы

    . Physiol Behav.

    181.Sasaki T, Shimizu T., Koyama T., Sakai M, Uchiyama S, (2011) Дефицит супероксида

    дисмутазы увеличивает уровни супероксида в тканях мозга во время оксигенации

    и гипоксии-реоксигенации. J. Neurosci Res 89: 601-610.

    182. Kaslow JE. Аутизм — отравление токсичными металлами. Медицинский совет Калифорнии.

    183. Чаухан А., Чаухан В. (2006) Окислительный стресс и метаболические заболевания.

    Патофизиология 13: 171-181.

    184. Padhye U (2003) Избыточное пищевое железо является основной причиной увеличения числа детей

    аутизма и аллергии.Med Hypotheses 61: 220-222.

    185. Мин Х, Стейн Т.П., Бримакомб М., Джонсон В.Г., Ламберт Г.Х. и др. (2005)

    Повышенная экскреция биомаркера перекисного окисления липидов при аутизме. Простагландины

    Leukot Essent Fatty Acids.

    186. France-Štiglic A (2011) Биохимические маркеры при расстройствах аутистического спектра.

    187. Оценка и лечение дисбаланса медно-цинка у детей с аутизмом.

    Клинические испытания.

    188. Коста Дж., Гомес К., де Карвалью М. (2010) Диагностика, патогенез и

    терапевтических целей при боковом амиотрофическом склерозе.Препарат для нейролептических расстройств ЦНС

    Targets 9: 764-778.

    189. Милани П., Гальярди С., Кова Е., Середа С. (2011) Транскрипционная регуляция SOD1 и посттранскрипционная регуляция

    и ее потенциальные последствия при БАС. Neurol

    Res Int: 458427.

    190. Miana-Mena FJ, Piedrata E, González-Mingot C, Larrodé P, Muñoz MJ, et al.

    Уровни жидкости мембран в спинном и головном мозге у животных модели

    бокового амиотрофического склероза.J. Bioenerg Biomembr 43: 181-186.

    191. Miana-Mena FJ, González-Mingot C, Larrodé P, Muñoz MJ, Oliván S, et al.

    (2011) Мониторинг системного окислительного стресса в модели бокового амиотрофического склероза

    на животных. J Neurol 258: 762-769.

    192. Sahawneh MA, Ricart KC, Roberts BR, Bomben VC, Basso M, et al. (2010)

    Cu, Zn-супероксиддисмутаза увеличивает токсичность мутантной и цинкодефицитной супероксиддисмутазы

    за счет повышения стабильности белка.J Biol Chem 285: 33885-

    33897.

    193. Sahawneh MA, Ricart KC, Roberts BR, Bomben VC, Basso M, et al. (2010)

    Cu, Zn-супероксиддисмутаза увеличивает токсичность мутантной и цинкодефицитной супероксиддисмутазы

    за счет повышения стабильности белка. J Biol Chem 285: 33885-

    33897.

    194. Гриноу М.А., Волитакис И., Ли QX, Лотон К., Эвин Г. и др. (2011) Пресенилины

    способствуют поглощению клетками меди и цинка и поддерживают медный шаперон

    SOD1-зависимой активности супероксиддисмутазы меди / цинка.J Biol Chem

    286: 9776-9786.

    195. Обулесу М., Вену Р., Сомашекхар Р. (2011) Перекисное окисление липидов при болезни Альцгеймера

    : акцент на нейротоксичности, опосредованной металлами.

    196. Vural H, Demirin H, Kara Y, Eren I, Delibas N (2010) Изменения в плазме

    концентраций магния, меди, цинка, железа и селена и некоторых связанных с ними

    активности антиоксидантных ферментов эритроцитов у пациентов с болезнью Альцгеймера .

    Журнал микроэлементов.

    197. Бонилья-Рамирес Л., Хименес-Дель-Рио М., Велес-Пардо С. (2011) Острое и

    хроническое воздействие металлов ухудшает двигательную активность у Drosophila melanogaster:

    модель для изучения паркинсонизма. Биометаллы.

    198. Арслан М., Демир Х., Арслан Х., Гокалп А.С., Демир С. (2011) Микроэлементы,

    тяжелых металлов и другие биохимические параметры у пациентов со злокачественной глиомой.

    Asian Pac J Cancer Prev 12: 447-451.

    199. Йошида Д., Икеда Ю., Наказава С. (1993) Количественный анализ меди, цинка

    и соотношения Cu / Zn в выбранных опухолях головного мозга человека.Журнал нейроонкологии

    16: 109-115.

    200. Ван Леувен Р., Бекхорн С., Вингерлинг Дж. Р., Виттеман Дж. К., Клавер С. К.,

    и др. (2005) Диетическое потребление антиоксидантов и риск возрастной дегенерации желтого пятна

    . JAMA 294: 3101-3107.

    201. Ньюсом Д.А., Шварц М., Леоне, NC, Элстон Р.К., Миллер Э. (1988) Оральный цинк в

    дегенерации желтого пятна. Arch Ophthalmol 106: 192-198.

    202. Chong EW, Wong TY, Kreis AJ, Simpson JA, Guymer RH (2007) Диетические

    антиоксиданты и первичная профилактика возрастной дегенерации желтого пятна:

    систематический обзор и метаанализ.BMJ 335: 755

    203. Farms WB, Годфри Д.А., Аскари А. (1993) Влияние диеты, не содержащей медь, на метаболизм

    в слуховых структурах крыс. Послушайте Res 67: 45-50.

    204. Кралик А., Кирхгесснер М., Эдер К. (1996) Концентрации гормонов щитовидной железы

    в сыворотке и активность печеночной 5’-монодейодиназы у крыс, не содержащих медь. Z

    Ernahrungswiss 35: 288-291.

    205. Ивасе К., Нагасака А., Като К., Отани С., Цудзимура Т. и др. (1993) Локализация

    супероксиддисмутазы Cu / Zn и Mn при различных заболеваниях щитовидной железы.Acta

    Endocrinol 129: 573-578.

    206. Вальтер Р.М., Уриу-Харе Дж.Й., Олин К.Л., Остер М.Х., Анавальт Б.Д. и др. (1991) Copper,

    Состояние цинка, марганца и магния и осложнения диабета

    Mellitus. Уход за диабетом 14: 1050-1056.

    207. Ying AJ, Shu XL, Gu WZ, Huang XM, Shuai XH, et al. (2011) Влияние дефицита цинка

    на морфологию слизистой оболочки кишечника и активность пищеварительных ферментов у растущих крыс

    . Чжунхуа Эр Кэ За Чжи 49: 249-254.

    208. Окано Т. (1996) Влияние незаменимых микроэлементов на метаболизм костей — в отношении

    к остеопорозу. Ниппон Риншо 54: 148-154.

    209. Алькантара EH, Lomeda RA, Feldmann J, Nixon GF, Beattie JH, et al. (2011)

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    .
  • Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован.