Zinc: definiție, sinteză, absorbție, transport și distribuție

zinc este un element chimic care poartă simbolul elementului Zn. Împreună cu de fier, cupru, mangan, Etc, zinc aparține grupului de metale de tranziție, în care ocupă o poziție specială datorită proprietăților similare metalelor alcalino-pământoase, cum ar fi calciu și magneziu (→ configurație relativ stabilă de electroni). În tabelul periodic, zinc are numărul atomic 30 și se află în a 4-a perioadă și - conform numărării învechite - în al 2-lea subgrup (grupul de zinc) - analog metalelor alcalino-pământoase ca al doilea grup principal. Conform nomenclaturii actuale IUPAC (Uniunea Internațională a Chimiei Pure și Aplicate), zincul este în grupa 2 cu cadmiu și mercur. Datorită configurației sale electronice, zincul formează cu ușurință legături coordonative în organismele vegetale și animale, preferențial cu aminoacizi și proteine, respectiv, în care este prezent în primul rând ca un cation divalent (Zn2 +). Din acest motiv, spre deosebire de de fier or cupru, zincul nu este direct implicat reacții redox (reacții de reducere / oxidare). Proprietăți fizico-chimice similare, cum ar fi izoelectricitatea, coordonare numărul și configurația sp3 sunt motivul pentru care antagonist (opus) interacţiuni apar între zinc și cupru. În organismul mamiferelor, zincul este unul dintre cantitativ de important oligoelemente, impreuna cu de fier. Participarea aproape atotcuprinzătoare la cele mai diverse reacții biologice face din zinc una dintre cele mai importante oligoelemente. Esențialitatea sa (vitalitatea) pentru procesele biologice a fost dovedită în urmă cu peste 100 de ani, cu ajutorul studiilor asupra plantelor. Conținutul de zinc al produselor alimentare, care variază de obicei între 1 și 100 mg pe kg greutate proaspătă sau porție comestibilă, variază foarte mult în funcție de condițiile de creștere și producție. Alimente de origine animală, cum ar fi carnea slabă de mușchi roșu, păsări de curte, măruntaie, crustacee și crustacee, cum ar fi stridii crabi, unele tipuri de pești, cum ar fi heringul și eglefinul, ouă, și produsele lactate, cum ar fi brânzeturile tari, sunt surse bune de zinc datorită legării preferențiale a oligoelementului proteine. Alimente bogate în proteine ​​de origine vegetală, precum cereale integrale, leguminoase, nuci și semințele, au, de asemenea, un nivel ridicat de zinc. Cu toate acestea, dacă componentele proteice sunt eliminate din produsele vegetale brute, cum ar fi cerealele, prin măcinare sau exfoliere în timpul producției de alimente, conținutul de zinc este, de asemenea, redus. De exemplu, produsele din făină albă au concentrații scăzute de zinc [2, 5, 6-9, 12, 18, 19, 23]. Contribuția unui aliment la aprovizionarea cu zinc este determinată mai puțin de conținutul absolut de zinc decât de raportul dintre absorbție-inhibarea la -promovarea componentelor alimentare. Factorii care inhibă sau promovează zincul absorbție sunt discutate mai jos.

Resorbţie

Absorbție (absorbția prin intestin) a zincului are loc pe tot parcursul intestinului subtire, predominant în duoden (duoden) și jejun (jejun), atât prin mecanism activ, cât și pasiv. La concentrații luminale scăzute (în tractul intestinal), zincul este preluat în enterocite (celule ale intestinului subțire epiteliu) sub formă de Zn2 + prin intermediul transportorului metalic divalent-1 (DMT-1), care transportă metale de tranziție divalente împreună cu protoni (H +) sau legați de peptide, probabil ca un complex glicină-glicină-histidină-zinc, prin intermediul unor purtători specifici zincului, așa-numitele Zip proteine. Acest proces este dependent de energie și saturează la concentrații ridicate de zinc intraluminal. Cinetica de saturație a mecanismului de transport activ determină absorbția suplimentară (preluarea) zincului paracelular (masa transfer prin spații intercelulare) prin difuzie pasivă la doze mari, dar acest lucru nu are nicio consecință în dietele normale. În enterocite, zincul este legat de proteine ​​specifice, dintre care două au fost identificate până acum - metalotioneina (MT, proteină citosolică de legare a metalelor grele, bogată în sulf (S) care conține aminoacizi cisteină (aproximativ 30 mol%), care poate lega 7 mol de zinc per mol) și proteina intestinală bogată în cisteină (care afectează dramul) (CRIP). Ambele proteine ​​sunt responsabile pentru transportul zincului prin citosol (componentele lichide ale celulei) către membrana bazolaterală (orientată spre intestin), pe de o parte, și pentru stocarea intracelulară (în interiorul celulei), pe de altă parte. MT și CRIP în enterocite se corelează (este corelat) cu conținutul de zinc al dietă. În timp ce sinteza MT este indusă (declanșată) de un aport crescut de zinc, expresia CRIP, care are o afinitate pronunțată de legare a zincului (legare rezistenţă), apare predominant la un aport alimentar scăzut (dietetic) de zinc. Prin stocarea excesului de zinc sub formă de zinc tioneină și eliberarea acestuia în sânge numai atunci când este necesar, metalotioneina acționează ca un bazin sau tampon intracelular de zinc pentru a controla concentrare de Zn2 + gratuit. MT este considerat cel mai important senzor pentru reglarea homeostaziei zincului. Transportul Zn2 + peste membrana bazolaterală a enterocitelor în sânge este mediat de sisteme de transport specifice, de exemplu, de transportorul de zinc-1 (ZnT-1). În lapte matern, s-ar putea descoperi liganzi sau proteine ​​specifice de legare a zincului cu greutate moleculară mică, care, datorită digestibilității lor bune și procesului lor specific de absorbție, cresc absorbția de zinc intestinal la nou-născut chiar înainte de a se forma alte mecanisme de absorbție. În schimb, zincul în vacă lapte este legat de cazeină, un amestec de mai multe proteine, dintre care unele sunt greu de digerat. În consecință, zincul de la femei lapte prezintă semnificativ mai mare biodisponibilitate decât de la vacă lapte. Rata de absorbție a zincului este în medie între 15-40% și depinde de starea precedentă de aprovizionare - starea nutrițională - sau de cerința fiziologică și de prezența anumitor componente dietetice. Creșterea necesității de zinc, de exemplu în timpul creșterii, sarcină și starea de deficiență, duce la creșterea absorbției din alimente (30-100%) ca urmare a expresiei crescute a DMT-1, a proteinelor Zip și a CRIP în enterocite. În schimb, atunci când corpul este bine aprovizionat cu zinc, rata de absorbție din alimente este scăzută deoarece, pe de o parte, mecanismul de transport activ - DMT-1, proteine ​​Zip - este reglat în jos (reglat în jos) și, pe de altă parte, oligoelementul este legat din ce în ce mai mult de MT și rămâne sub formă de zinc tioneină în membranei mucoase celule (celule mucoase ale intestinului subtire). Absorbția intestinală a zincului este promovată de următoarele componente dietetice:

  • Liganzi cu greutate moleculară mică care leagă zincul și sunt absorbiți ca un complex.
    • Vitamina C (acid ascorbic), citratul (acidul citric) și acidul picolinic (acidul piridin-2-carboxilic, intermediar în metabolismul aminoacidului triptofan) promovează absorbția zincului la concentrații fiziologice, în timp ce acest lucru este inhibat atunci când sunt ingerate doze mari.
    • Aminoacizii, Cum ar fi cisteină, metionină, glutamină și histidina, de exemplu, din carne și cereale, al căror conținut de zinc are un nivel ridicat biodisponibilitate.
  • Proteinele din alimente de origine animală, cum ar fi carnea, ouăle și brânzeturile, sunt ușor de digerat și se caracterizează prin biodisponibilitate ridicată a porțiunii de zinc din complexele lor de aminoacizi
  • Chelatori naturali sau sintetici (compuși care pot fixa cationi divalenți sau polivalenți liberi în complexe stabile, în formă de inel), cum ar fi citratul (acidul citric) din fructe și EDTA (acidul etilendiaminetetraacetic), care este folosit, printre altele, ca conservant și medicamentul, de exemplu, în otrăvirea metalelor, stimulează absorbția zincului în cantități fiziologice prin legarea zincului de alte complexe, în timp ce acest lucru este inhibat atunci când sunt ingerate doze mari

Următoarele ingrediente dietetice inhibă absorbția zincului la doze mai mari [1-3, 5, 8, 12, 14-16, 18, 19, 22, 23, 25]:

  • Minerale, Cum ar fi calciu - aportul de cantități mari de calciu, de exemplu, prin suplimente (suplimente nutritive).
    • Calciul formează complexe insolubile de zinc-fitat de calciu cu zinc și acid fitic (mio-inozitol hexafosfat din cereale și leguminoase), care scad absorbția intestinală a zincului și cresc pierderile enterice de zinc
    • Calciul bivalent (Ca2 +) concurează cu Zn2 + la membrana enterocitară apicală (orientată spre intestin) pentru locurile de legare DMT-1 și deplasează zincul din acest mecanism de transport
  • Oligoelemente, cum ar fi fierul și cuprul - furnizarea de doze mari de preparate de fier (II) și respectiv cupru (II).
    • Fierul trivalent (Fe3 +) are un efect mai puțin inhibitor decât fierul bivalent (Fe2 +), care afectează absorbția zincului deja la un raport Fe: Zn de 2: 1 la 3: 1
    • Inhibarea captării Zn2 + în enterocite (celule ale epiteliului intestinal subțire) de Fe2 + și respectiv Cu2 + are loc prin deplasarea din DMT-1
    • Hemironul (Fe2 + legat într-o moleculă de porfirină ca componentă a proteinelor, cum ar fi hemoglobina) nu are niciun efect asupra absorbției zincului
    • În cazul deficitului de fier, absorbția de zinc este crescută
  • Metale grele, cum ar fi cadmiul
    • Alimentele bogate în cadmiu includ semințe de in, ficat, ciuperci, moluște și alte crustacee, precum și pudră de cacao și alge marine uscate
    • Îngrășămintele artificiale conțin uneori niveluri ridicate de cadmiu, ceea ce duce la îmbogățirea terenurilor agricole și, astfel, aproape toate alimentele cu metalul greu
    • Cadmiul inhibă absorbția zincului în concentrații mari, pe de o parte, formând complexe slab solubile, în special cadmiu tetravalent, pe de altă parte, prin deplasarea de la DMT-1, dacă cadmiul este prezent sub formă divalentă (Cd2 +)
  • Fibre alimentare, cum ar fi hemiceluloză și lignină din tărâțe de grâu, zinc complex și astfel privează oligoelementul de absorbția intestinală.
  • Acid fitic (ester hexafosforic al mioinozitolului cu proprietăți de complexare) din cereale și leguminoase - formarea complexelor insolubile de zinc-calciu fitat, reducând atât absorbția intestinală a zincului din alimente, cât și reabsorbția zincului endogen
  • Glicozidele din ulei de muștar și respectiv glucozinolații (sulf (S) - și azot (N) care conțin compuși chimici formați din aminoacizi), care se găsesc în legume precum ridichea, muștarul, crescutul și varza, tind să formeze complexe în concentrații
  • Taninurile (taninurile vegetale), de exemplu, din ceaiul și vinul verde și negru, sunt capabile să lege zincul și să-i reducă biodisponibilitatea
  • Chelatori, cum ar fi EDTA (acid etilendiaminetetraacetic, agent de complexare cu șase dentate care formează complexe de chelați deosebit de stabile cu cationi divalenți sau polivalenți liberi).
  • Alcoolism cronic, abuz laxativ (abuz de laxative) - alcoolul și laxativele stimulează tranzitul intestinal, prin care zincul furnizat oral nu poate fi suficient absorbit de mucoasa intestinală (mucoasa intestinală) și este excretat predominant în scaun

Absența substanțelor care inhibă absorbția, cum ar fi acidul fitic și legarea zincului de proteinele ușor digerabile sau aminoacizi, Cum ar fi cisteină, metionină, glutamină și histidina, sunt motivul pentru care zincul este mai biodisponibil din alimentele de origine animală, cum ar fi carnea, ouă, pește și fructe de mare, decât din alimente de origine vegetală, cum ar fi produse din cereale și leguminoase [1, 2, 6-8, 16, 18, 23]. La vegetarienii stricți care consumă predominant cereale și leguminoase și ale căror diete au astfel un raport ridicat de fitat-zinc (> 15: 1), absorbția intestinală a zincului este redusă, ceea ce le poate crește necesarul de zinc cu până la 50%. Cu toate acestea, unele studii au arătat că atunci când alimentele bogate în fitat sunt consumate pe o perioadă mai lungă de timp, capacitatea de absorbție intestinală a organismului se adaptează condițiilor mai dificile, astfel încât să se poată asigura o absorbție suficientă a zincului. Spre deosebire de adulți, copiii nu sunt încă capabili să adapteze absorbția intestinală la condiții specifice, astfel încât copiii hrăniți vegetarian sunt mai sensibili la aportul insuficient de zinc. Necesarul crescut de zinc în timpul creșterii crește și mai mult riscul de deficit de zinc la tinerii vegetarieni. biodisponibilitate de zinc din alimentele bogate în fitat poate fi crescut prin activarea sau adăugarea enzimei fitaza. Fitaza apare în mod natural în plante, inclusiv germenii și tărâțele boabelor de cereale și în microorganisme și duce la hidroliză după activare prin efecte fizice, cum ar fi măcinarea și umflarea cerealelor sau ca o componentă a microorganismelor, cum ar fi acid lactic bacterii și drojdii, care servesc procesului de fermentare (degradarea microbiană a substanțelor organice în scopul conservării, slăbirii aluatului, îmbunătățirii gust, digestibilitate etc.). ), la clivajul hidrolitic (degradare prin reacție cu de apă) de acid fitic în alimente. În consecință, zincul din făină integrală acidificată pâine are o biodisponibilitate mai mare decât la pâinea integrală neacidificată. Absorbția zincului din alimentele bogate în fitați poate fi, de asemenea, crescută cu o proporție ridicată de proteine ​​animale în dietă, cum ar fi prin consumul de făină integrală pâine și brânză de vaci împreună. Aminul acizi eliberat în timpul digestiei proteinelor intestinale leagă zincul și astfel împiedică formarea de complexe de zinc-fitat neabsorbabile. În plus față de componentele dietetice enumerate, condițiile luminale, cum ar fi pH-ul și intensitatea digestivă, ficat, pancreas (pancreas) și rinichi funcție, boli parazitare, infecții, proceduri chirurgicale, stres, și hormoni precum seria-2 prostaglandine (hormoni tisulari derivați din acid arahidonic (acid gras omega-6)) pot afecta, de asemenea, absorbția intestinală a zincului. În timp ce prostaglandina-E2 (PGE2) promovează transportul zincului prin peretele intestinal în sânge, prostaglandina-F2 (PGF2) duce la reducerea absorbției zincului.

Transportul și distribuția în organism

Cu o medie concentrare de aproximativ 20-30 mg / kg greutate corporală, corespunzător unui conținut total al corpului adultului de aproximativ 1.5-2.5 g, zincul reprezintă al doilea oligoelement esențial din organismul uman după fier [3, 6-8, 19, 23 ]. În țesuturi și organe, cea mai mare parte a zincului (95-98%) este prezentă intracelular (în interiorul celulelor). Doar o mică proporție de zinc din corp se găsește în spațiul extracelular (în afara celulelor). Atât zincul intracelular, cât și cel extracelular sunt legate predominant de proteine. Țesuturi și organe cu cea mai mare concentrare de zinc includ iris (deschidere a ochiului colorată de pigmenți care reglează incidența luminii) și retină (retină) a ochiului, testicule (testicule), de prostată, insulele Langerhans ale pancreasului (colecții de celule din pancreas, care se înregistrează ambele sânge glucoză niveluri și produc și secretă / secretă insulină), os, ficat, rinichi, păr, piele și cuie, și urinar vezică și miocardului (inimă muşchi). În ceea ce privește cantitatea, mușchii (60%, ~ 1,500 mg) și osul (20-30%, ~ 500-800 mg) conțin cea mai mare cantitate de zinc. În celulele țesuturilor și organelor menționate anterior, zincul este o componentă integrală și / sau cofactor al multor enzime, în special din grupul oxidoreductazelor (enzime care catalizează reacțiile de oxidare și reducere) și hidrolazelor (enzime care scindează compușii hidrolitic (prin reacția cu de apă)). În plus, zincul intracelular este parțial legat de metalotioneină, a cărui sinteză este indusă de concentrații ridicate de zinc. MT stochează excesul de zinc și îl menține disponibil pentru funcții intracelulare. Inducerea expresiei MT are loc și prin hormoni, Cum ar fi glucocorticoizi (steroizi hormoni din cortexul suprarenal), glucagon (hormonul peptidic responsabil de creștere sânge glucoză niveluri) și epinefrină (stres hormon și neurotransmițător de la medulla suprarenală), care joacă un rol mai ales în boală și stres și duce la redistribuirea zincului în organism. De exemplu, în insulină-dependent diabet mellitus, se poate observa o redistribuire a zincului, cu niveluri de zinc în plasmă și eritrocite și leucocite crescând în corelație cu întinderea hiperglicemie (sânge crescut glucoză niveluri). Doar aproximativ 0.8% (~ 20 mg) din inventarul total de zinc al corpului este localizat în sânge (61-114 µmol / l), din care 12-22% este în plasmă și 78-88% în componentele celulare din sânge - eritrocite (globule rosii), leucocite (celule albe), trombocite. În plasmă, mai mult de jumătate din zinc (~ 67%) este legat vag albumină (proteină globulară) și aproximativ o treime este strâns legată de alfa-2-macroglobulină, cum ar fi caeruloplasmina. În plus, legarea la transferină (beta-globulină, care este în principal responsabilă de transportul fierului), gamma-globuline, cum ar fi imunoglobulina A și G (anticorpi) și amino acizi, cum ar fi cisteina și histidina, au putut fi observate. Concentrațiile plasmatice de zinc sunt de 11-17 µmol / l (70-110 µg / dl) și sunt influențate de sex, vârstă, ritm circadian (ritm intern al corpului), aportul alimentar, starea proteinelor, starea hormonală, stresul și mecanismele de reglare ale absorbție (absorbție) și excreție (eliminare), printre alți factori [1-3, 12, 18, 19, 23]. În timp ce reacțiile de fază acută (răspunsuri inflamatorii acute la deteriorarea țesuturilor ca răspuns imun nespecific al corpului), efort fizic, stres, infecții, cronice boli, hipalbuminemie (scăzut albumină concentrație în plasma sanguină), contraceptive orale (pilule contraceptive) și sarcină conduce la creșterea absorbției de zinc în țesuturi și astfel scade concentrația serică de zinc, corticosteroizi (hormoni steroizi din cortexul suprarenal), citokine (proteine ​​care reglează creșterea și diferențierea celulelor), cum ar fi interleukina-1 și interleukina-6, aportul de alimente și congestia venoasă în timpul prelevării de sânge duce la o creștere a concentrației serice de zinc. Există un răspuns redus al nivelurilor serice de zinc la aportul marginal (limită) sau subnutriţie și catabolism (metabolismul defalcat), deoarece este menținut constant prin eliberarea de zinc din mușchi și / sau țesutul osos. Astfel, chiar și într-o stare de deficiență, concentrația serică de zinc poate fi încă în intervalul normal, motiv pentru care nivelul seric al zincului are o utilizare foarte limitată doar pentru determinarea stării zincului. La adulți, concentrația de zinc pe celulă sanguină în leucocite o depășește pe cea a trombocite și eritrocite cu un factor de aproximativ 25. În raport cu conținutul din sângele integral, eritrocitele conțin 80-84%, trombocite aproximativ 4% și leucocite aproximativ 3% zinc. În eritrocite, zincul se găsește predominant (80-88%) la anhidrază carbonică (enzimă dependentă de zinc care catalizează conversia carbon dioxid și de apă la hidrogen carbonat și invers: CO2 + H2O ↔ HCO3- + H +) și aproximativ 5% legat de Cu / Zn superoxid dismutază (cupru și zinc-dependent antioxidant enzimă care transformă anioni superoxizi în hidrogen peroxid: 2O2- + 2H + → H2O2 + O2). În leucocite, oligoelementul se află în principal într-o legătură cu fosfataza alcalină (enzimă dependentă de zinc care elimină fosfat grupuri din diverse molecule, cum ar fi proteinele, prin scindarea hidrolitică a acid fosforic esteri și funcționează cel mai eficient la un pH alcalin). Pe lângă enzime listat, zincul prezent în celulele sanguine este legat de metalotioneină, în funcție de starea de zinc a celulei. De departe cea mai bogată secreție de zinc din corp este spermă, a cărui concentrație de zinc o depășește pe cea a plasmei sanguine cu un factor de 100. Spre deosebire de oligoelementul de fier, organismul nu are rezerve mari de zinc. Rezerva de zinc activă sau schimbabilă rapid din punct de vedere metabolic este relativ mică și se ridică la 2.4-2.8 mmol (157-183 mg). Este reprezentat în principal de zincul plasmei sanguine, ficat, pancreasul, rinichi și splină, care poate elibera oligoelementul relativ rapid după absorbție rapidă. Organele și țesuturile, cum ar fi osul, mușchii și eritrocitele (celule roșii din sânge), pe de altă parte, absorb zincul încet și îl rețin mult timp, cu administrare of vitamina D creșterea retenției. Mărimea mică a bazinului de zinc activ metabolic este motivul pentru care aportul marginal poate fi rapid conduce la simptome de deficiență dacă adaptarea (ajustarea) la aport este perturbată. Din acest motiv, aportul alimentar continuu de zinc este esențial. Un număr de transportatori transmembranari sunt implicați în distribuire și reglarea zincului la nivelurile intercelulare și intracelulare. În timp ce DMT-1 transportă Zn2 + în celule, transportorii specifici de zinc (ZnT-1 la ZnT-4) sunt responsabili pentru transportul Zn2 + atât în, cât și în afara celulelor, ZnT-1 și ZnT-2 acționând doar ca exportatori. Exprimarea DMT-1 și ZnT apare în multe organe și țesuturi diferite. De exemplu, ZnT-1 este exprimat în principal în intestinului subtire iar ZnT-3 este exprimat numai în creier și testicule. Acest din urmă sistem de transport duce la acumularea veziculară de zinc, sugerând implicarea în spermatogeneză. Unde și în ce măsură sunt sintetizate DMT-1 și respectiv ZnT-1 până la ZnT-4 este influențată, printre altele, de factori hormonali, precum și de nutriția individuală și sănătate status - independent de concentrația de metalotioneină ... De exemplu, reacțiile inflamatorii acute, infecțiile și respectiv stresul, corticosteroizii (hormoni steroizi din cortexul suprarenal) și citokinele (proteine ​​care reglează creșterea și diferențierea celulelor) induc expresia intracelulară crescută a transmembranului transportatorii de transport și astfel creșterea absorbției de Zn2 + în celulele tisulare și eliberarea de Zn2 + în fluxul sanguin, respectiv.

Excreţie

Zincul este excretat în principal (~ 90%) prin intestin în fecale. Aceasta include atât zincul neabsorbit din alimente, cât și zincul din enterocitele exfoliate (celule ale intestinului subțire epiteliu). În plus, există zinc conținut în pancreas (pancreas), biliar (bilă) și secrețiile intestinale (intestinale), care eliberează oligoelementul în lumenul intestinal. Într-o mică măsură (≤ 10%), zincul este excretat prin rinichi în urină. Alte pierderi apar prin piele, păr, transpirație, material seminal și ciclul menstrual. Similar cu oligoelementul cupru, homeostazia (menținerea unui mediu intern constant) a zincului este reglementată în primul rând de excreția enterică (excreția prin intestin) pe lângă absorbția intestinală. Pe măsură ce aportul oral crește, crește și excreția fecală de zinc (<0.1 până la câteva mg / zi) și invers. În schimb, nivelul de excreție renală de zinc (150-800 µg / zi) rămâne neafectat de aportul de zinc - cu condiția să nu existe deficit de zinc. În diferite condiții, cum ar fi foamea și postoperator (după proceduri chirurgicale), precum și în boli, cum ar fi sindrom nefrotic (boala corpusculilor renali), diabet mellitus, cronic alcool consum, ciroză alcoolică (boală hepatică cronică în stadiul final) și porfirie (boală metabolică ereditară caracterizată printr-o perturbare a biosintezei hemului pigmentar roșu din sânge), excreția renală de zinc poate fi crescută. Cifra de afaceri totală a zincului este relativ lentă. Timpul de înjumătățire biologic al zincului este de 250-500 de zile, probabil din cauza zincului piele, os și mușchi scheletic.