Funzioni dello Zinco: a Cosa Serve?

Cos’è

Cos'è lo zinco?

Lo zinco, che è considerato un nutriente essenziale per la salute dell'uomo, svolge numerosissime funzioni in tutto l'organismo.

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Zinco nel corpo umano

Il corpo umano contiene circa 2-4 grammi di zinco. La maggior parte del quale è negli organi, con maggiori concentrazioni nella prostata e negli occhi; è abbondante anche nel cervello, nei muscoli, nelle ossa, nei reni e nel fegato. Lo sperma è particolarmente ricco di zinco, un fattore chiave per il funzionamento della ghiandola prostatica e per la crescita degli organi riproduttivi.

A Cosa Serve lo Zinco?

Funzioni e ruolo biologico dello zinco

Lo zinco sembra avere funzioni e ruoli biologici importantissimi, soprattutto nella costituzione e nel funzionamento di enzimi, acidi nucleici e proteine di vario genere. All'interno dei peptidi, gli ioni di zinco sono spesso coordinati alle catene laterali degli amminoacidi di acido aspartico, acido glutammico, cisteina e istidina. Tuttavia, la descrizione teorica e computazionale di questo legame di zinco nelle proteine - così come quello di altri metalli di transizione - è difficile da spiegare.

Nell'uomo, le funzioni e i ruoli biologici dello zinco sono ubiquitari. Interagisce con una vasta gamma di ligandi organici ed ha funzioni essenziali nel metabolismo degli acidi nucleici RNA e DNA, nella trasduzione del segnale e nell'espressione genica. Lo zinco regola anche l'apoptosi – morte cellulare. Uno studio del 2006 ha stimato che circa il 10% delle proteine umane è legata al ruolo biologico  zinco, per non parlare dei centinaia di altri fattori peptidici coinvolti nel trasporto del minerale; un simile studio "in silico" – simulazione a computer – nella pianta Arabidopsis thaliana ha trovato 2367 proteine legate allo zinco.

Nel cervello, lo zinco è immagazzinato in specifiche vescicole sinaptiche dei neuroni glutammatergici e può modulare l'eccitabilità neuronale. Gioca un ruolo chiave nella plasticità sinaptica e quindi nella complessa funzione di apprendimento. L'omeostasi dello zinco svolge anche un ruolo critico nella regolazione funzionale del sistema nervoso centrale. Si ritiene che squilibri dell'omeostasi dello zinco nel sistema nervoso centrale possano provocare eccessive concentrazioni di zinco sinaptico con potenziale:

• Neurotossicità, dovuta allo stress ossidativo mitocondriale - ad esempio, interrompendo determinati enzimi coinvolti nella catena di trasporto degli elettroni, come il complesso I, complesso III e l'α-chetoglutarato deidrogenasi
• Sregolatezza dell'omeostasi del calcio
• Eccitotossicità neuronale glutammatergica
• Interferenza con la trasduzione del segnale intraneuronale.

L- e D- istidina – isomeri dello stesso amminoacido – facilitano l'assorbimento dello zinco nel cervello. SLC30A3 - solute carrier family 30 member 3 o trasportatore 3 dello zinco - è il carrier principale dello zinco coinvolto nell'omeostasi del minerale cerebrale.

Zinco negli Enzimi

Tra le molte funzioni e ruoli biolici dello zinco, l'abbiamo detto, c'è quella di costituzione degli enzimi.

Lo zinco (più precisamente lo ione Zn2+) è un acido di Lewis molto efficiente, proprietà che lo rende un agente catalitico utile per l'idrossilazione ed altre reazioni enzimatiche. Ha anche una geometria di coordinamento flessibile, che consente alle proteine che lo utilizzano di cambiare rapidamente conformazione per eseguire varie reazioni biologiche. Due esempi di enzimi contenenti zinco sono: anidrasi carbonica e carbossipeptidasi, necessari per i processi dell'anidride carbonica (CO2) regolazione e digestione delle proteine.

Zinco e anidrasi carbonica

Nel sangue dei vertebrati, l'enzima anidrasi carbonica converte la CO2 in bicarbonato e lo stesso enzima trasforma il bicarbonato in CO2 successivamente espirato attraverso i polmoni. Senza questo enzima, a pH di sangue normale, la conversione si verificherebbe circa un milione di volte più lentamente, oppure richiederebbe un pH di 10 o più. L'anidrasi β-carbonica non correlata è indispensabile alle piante per la formazione delle foglie, la sintesi dell'acido indolico acetico (auxina) e la fermentazione alcolica.

Zinco e carbossipeptidasi

L'enzima carbossipeptidasi scinde i legami peptidici durante la digestione delle proteine; più precisamente, facilita l'attacco nucleofilico sul gruppo CO del peptide, generando un nucleofilo altamente reattivo o attivando il carbonile per l'attacco
da polarizzazione. Inoltre stabilizza l'intermedio tetraedrico - o lo stato di transizione - che
si genera con l'attacco nucleofilo al carbonio carbonilico. Infine esso deve stabilizzare l'atomo di
azoto ammidico in modo da renderlo un appropriato gruppo uscente, una volta che il legame C-N è
stato rotto.

Zinco e Segnalazione Cellulare

Lo zinco ha la funzione di messaggero in grado di attivare i percorsi di segnalazione. Molti di questi percorsi rinforzano la crescita aberrante del cancro. Una delle terapie anticancro prevede il bersagliamento dei trasportatori ZIP (irt-like protein - zinc transporter protein). Si tratta di proteine di trasporto di membrana della famiglia dei tasportatori di soluti che controllano la veicolazione intra-membrana dello zinco e regolano le sue concentrazioni intracellulari e citoplasmatiche.

Zinco nelle Proteine

Lo zinco svolge una funzione strutturale nel cosiddetto "dito di zinco" – o zinc fingers, specifiche regioni proteiche in grado di legare il DNA. Il dito di zinco costituisce una parte di alcuni fattori di trascrizione, proteine ​​che riconoscono le sequenze del DNA durante i processi di replicazione e trascrizione.

Gli ioni zinco dello zinc finger aiutano a mantenere la struttura del dito legandosi in modo coordinato a quattro aminoacidi nel fattore di trascrizione. Il fattore di trascrizione avvolge l'elica del DNA e utilizza le varie porzioni "dito" per legarsi accuratamente alla sequenza bersaglio.

Nel plasma sanguigno, lo zinco è legato e trasportato dall'albumina (60% - bassa affinità) e dalla transferrina (10%). Quest'ultima trasporta anche ferro, il quale riduce l'assorbimento dello zinco e viceversa. Un antagonismo simile avviene anche tra lo zinco e il rame. La concentrazione di zinco nel plasma sanguigno rimane relativamente costante indipendentemente dall'assunzione orale – con alimenti o integratori – di zinco. Le cellule delle ghiandole salivari, della prostata, del sistema immunitario e dell'intestino usano la segnalazione dello zinco per comunicare tra loro.

In alcuni microorganismi, nell'intestino e nel fegato, lo zinco può essere stoccato all'interno delle riserve di metallotioneina. La MT delle cellule intestinali è in grado di regolare l'assorbimento di zinco alimentare del 15-40%. Tuttavia, un'assunzione inadeguata o eccessiva può essere dannosa; infatti, per il principio dell'antagonismo, lo zinco in eccesso compromette l'assorbimento del rame.

Il trasportatore umano della dopamina contiene un sito di legame ad alta affinità per lo zinco extracellulare che, una volta saturato, inibisce la ricaptazione della dopamina e amplifica l'efflusso di dopamina indotto dall'anfetamina - in vitro. I trasportatori umani della serotonina e della norepinefrina non contengono siti di legame per lo zinco.

Bibliografia

• Maret, Wolfgang (2013). "Chapter 12. Zinc and Human Disease". In Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K. O. Sigel. Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Metal Ions in Life Sciences. 13. Springer. pp. 389–414.
• Prakash A, Bharti K, Majeed AB (April 2015). "Zinc: indications in brain disorders". Fundam Clin Pharmacol. 29 (2): 131–149.
• Cherasse Y, Urade Y (November 2017). "Dietary Zinc Acts as a Sleep Modulator". International Journal of Molecular Sciences. 18 (11): 2334.  Zinc is the second most abundant trace metal in the human body, and is essential for many biological processes.  ... The trace metal zinc is an essential cofactor for more than 300 enzymes and 1000 transcription factors [16]. ... In the central nervous system, zinc is the second most abundant trace metal and is involved in many processes. In addition to its role in enzymatic activity, it also plays a major role in cell signaling and modulation of neuronal activity.
• Prasad A. S. (2008). "Zinc in Human Health: Effect of Zinc on Immune Cells". Mol. Med. 14 (5–6): 353–7
• Zinc's role in microorganisms is particularly reviewed in: Sugarman B (1983). "Zinc and infection". Review of Infectious Diseases. 5 (1): 137–47.
• Cotton 1999, pp. 625–629
• Plum, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010). "The Essential Toxin: Impact of Zinc on Human Health". Int J Environ Res Public Health. 7 (4): 1342–1365.
• Brandt, Erik G.; Hellgren, Mikko; Brinck, Tore; Bergman, Tomas; Edholm, Olle (2009). "Molecular dynamics study of zinc binding to cysteines in a peptide mimic of the alcohol dehydrogenase structural zinc site". Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (6): 975–83
• Rink, L.; Gabriel P. (2000). "Zinc and the immune system". Proc Nutr Soc. 59 (4): 541–52.
• Wapnir, Raul A. (1990). Protein Nutrition and Mineral Absorption. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Berdanier, Carolyn D.; Dwyer, Johanna T.; Feldman, Elaine B. (2007). Handbook of Nutrition and Food. Boca Raton, Florida: CRC Press.
• Bitanihirwe BK, Cunningham MG (November 2009). "Zinc: the brain's dark horse". Synapse. 63 (11): 1029–1049.
• Nakashima AS; Dyck RH (2009). "Zinc and cortical plasticity". Brain Res Rev. 59 (2): 347–73
• Tyszka-Czochara M, Grzywacz A, Gdula-Argasińska J, Librowski T, Wiliński B, Opoka W (May 2014). "The role of zinc in the pathogenesis and treatment of central nervous system (CNS) diseases. Implications of zinc homeostasis for proper CNS function" (PDF). Acta. Pol. Pharm. 71 (3): 369–377. Archived (PDF) from the original on August 29, 2017.
• PMID 17119290
• NRC 2000, p. 443
• Stipanuk, Martha H. (2006). Biochemical, Physiological & Molecular Aspects of Human Nutrition. W. B. Saunders Company. pp. 1043–1067.
• Greenwood 1997, pp. 1224–1225
• Kohen, Amnon; Limbach, Hans-Heinrich (2006). Isotope Effects in Chemistry and Biology. Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 850.
• Greenwood 1997, p. 1225
• Cotton 1999, p. 627
• Gadallah, M. A. A. (2000). "Effects of indole-3-acetic acid and zinc on the growth, osmotic potential and soluble carbon and nitrogen components of soybean plants growing under water deficit". Journal of Arid Environments. 44 (4): 451–467.
•  Ziliotto, Silvia; Ogle, Olivia; Yaylor, Kathryn M. (2018). "Chapter 17. Targeting Zinc(II) Signalling to Prevent Cancer". In Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Freisinger, Eva; Sigel, Roland K. O. Metallo-Drugs: Development and Action of Anticancer Agents. 18. Berlin: de Gruyter GmbH. pp. 507–529.
• Cotton 1999, p. 628
• Whitney, Eleanor Noss; Rolfes, Sharon Rady (2005). Understanding Nutrition (10th ed.). Thomson Learning. pp. 447–450
• NRC 2000, p. 447
• Hershfinkel, Michal; Silverman, William F.; Sekler, Israel (2007). "The Zinc Sensing Receptor, a Link Between Zinc and Cell Signaling". Molecular Medicine. 13 (7–8): 331–6.
• Cotton 1999, p. 629
• Blake, Steve (2007). Vitamins and Minerals Demystified. McGraw-Hill Professional. p. 242.
• Fosmire, G. J. (1990). "Zinc toxicity". American Journal of Clinical Nutrition. 51 (2): 225–7.
• Krause J (April 2008). "SPECT and PET of the dopamine transporter in attention-deficit/hyperactivity disorder". Expert Rev. Neurother. 8 (4): 611–625.
• Sulzer D (February 2011). "How addictive drugs disrupt presynaptic dopamine neurotransmission". Neuron. 69 (4): 628–649.
• Scholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (June 2002). "The role of zinc ions in reverse transport mediated by monoamine transporters". J. Biol. Chem. 277 (24): 21505–21513.  The human dopamine transporter (hDAT) contains an endogenous high affinity Zn2+ binding site with three coordinating residues on its extracellular face (His193, His375, and Glu396). ... Thus, when Zn2+ is co-released with glutamate, it may greatly augment the efflux of dopamine.