CC BY
67Oriental Renaissance: Innovative, (E)ISSN:2181-1784
educational, natural and social sciences www.oriens.uz
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7 3(4/2), April, 2023
БИОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЦИНКА В НЕКОТОРЫХ КЛЕТКАХ
ЧЕЛОВЕКА.
Нуриддинова Ш.О.
студентка Ташкентского Педиатрического Медицинского Института
Цой.А.В.
студентка Ташкентского Педиатрического Медицинского Института
Султанбаева А.С.
студентка Ташкентского Педиатрического Медицинского Института Научный руководитель: Акбарходжаева Х.Н.
доцент кафедры медицинская и биологическая химия, медицинская биология,
общая генетика
АННОТАЦИЯ
Цинк занимает второе место в списке самых распространенных микроэлементов в теле человека, после железа и цинка. Он входит в состав более чем 3000 ферментов: гидролаз, трансфераз и лигаз [1]. Примерно 70 % всех ферментов, входящих в состав цинка, являются каталитическими. Помимо этого, он является субстратом, или регулятором активности ферментов [2]. Такое большое количество ферментов объясняется необходимостью цинка в синтезе ДНК, белков, липидов и жиров. Он необходим, чтобы нормализовать геном [2]. Также цинк обладает антиоксидантными свойствами при повреждении ДНК, а также в процессе синтеза биологически активных веществ, таких как метионин, который нужен для репарации ДНК
[3].
Ключевые слова: ДНК, пища, альбумин, ЖКТ, ферменты, конформация, ЦНС, рецептор, нейроны, везикулы, гипергликемия, эякулят, антиоксидант.
ABSTRACT
Zinc is the second most abundant micronutrient in the human body, after iron and zinc. It is part of more than 3000 enzymes: hydrolases, transferases, and ligases [1]. Approximately 70% of all enzymes that make up zinc are catalytic. In addition, it is a substrate or regulator of enzyme activity [2]. Such a large number of enzymes is explained by the need for zinc in the synthesis of DNA, proteins, lipids and fats. It is necessary to normalize the genome [2]. Zinc also has antioxidant properties in DNA damage, as well as in the process of synthesis of biologically active substances, such as methionine, which is needed for DNA repair [3].
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7
3(4/2), April, 2023
Key words: DNA, food, albumin, gastrointestinal tract, enzymes, conformation, CNS, receptor, neurons, vesicles, hyperglycemia, ejaculate, antioxidant.
ВВЕДЕНИЕ
Больные с мальнутрицией, алкоголизмом, воспалительными заболеваниями желудочно-кишечного тракта, мальдигистией, мальабсорбции и других патологических состояний, приводящих к снижению усвоения цинка, имеют тенденцию к повышенной недостаточности данного микроэлемента. Симптомы недостаточности цинка являются неспецифическими, можно отметить наиболее часто встречающиеся патологические изменения как задержка роста, диарея, алопеция, глоссит, дистрофия, снижение иммунитета, гипогонадизм у мужчин, снижение скорости регенерации и быстрое старение.
Общее количество цинка 1,4-2,3 г данные значения корректны как для мужского, так и для женского пола. В плазме содержания цинка относительно постоянна 1 мкг/л и находится в связанном состоянии с альбуминами и альфа 2-макроглобулином. Так же он содержится в мышцах, костях, сперматозоидах, предстательной железе, эритроцитах и тканях глаза. Потребность в цинке тела человека в максимальных значениях достигает в день 20 мг. Из-за отсутствия какого-либо его места хранения приводит к быстрому снижению при проблемах с пищей или с ЖКТ. Основной путь выведения цинка - ЖКТ. Фекальный цинк является с одной стороны неабсорбированным из пищевых ресурсов экзогенный, а с другой стороны секретируемый эндогенный цинк [6]. Кроме того, почки ежедневного экскретируют цинк в пределах 400-600 мкг, и довольно большое количество, а именно в день до 1,5 мг расходуется на рост волос, десквамацию кожи и эякуляцию [4,5].
ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Различные пищевые продукты содержат разное количество цинка. Например, в яичном белке содержится 0,02 мг цинка на 100 г продукта, в легкоусвояемом мясе - 1 мг, а в устрицах - 75 мг. Красное мясо, печень, яйца и дары моря являются хорошими источниками цинка из-за отсутствия химических составных частей, которые могут препятствовать его усвоению, и наличия определенных аминокислот, которые улучшают его растворимость. Цинк также содержится в хлебных злаках из цельного зерна, причем больше всего его содержится в отрубях и зародышевых частях зерна. Однако продукты из цельных зерен и белки растений содержат цинк в менее доступной форме из-за наличия фитиновой кислоты, которая может препятствовать его усвоению. Орехи и бобы являются относительно хорошими растительными источниками
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7
3(4/2), April, 2023
цинка. Концентрация цинка в растениях увеличивается, если они выращиваются на почвах, богатых цинком или обработанных удобрениями. Диеты, состоящие в основном из молока, яиц, домашней птицы и рыбы, содержат меньше цинка и белка, чем диеты, состоящие из морепродуктов, говядины и другого красного мяса. Вегетарианские диеты, содержащие много бобов, цельного зерна, орехов и сыра, богаты цинком и белком. Цинк является важным элементом питания, который необходим для многих функций в организме, включая рост и развитие, иммунную функцию и здоровье кожи. Недостаток цинка может привести к различным проблемам со здоровьем, включая задержку роста и развития, повреждение иммунной системы и проблемы со зрением. Поэтому важно убедиться, что ваша диета содержит достаточное количество цинка [5].
Цинк является отличной кислотой Льюиса, то есть акцептором электронной пары, благодаря чему он полезен как катализатор в ферментативных реакциях [7]. Ион также имеет изменчивую координационную геометрию, которая используется белками для быстрого изменения конформации для выполнения биологических реакций [8]. Как пример можно привести карбоангидразу и карбоксипептидазу. Первый в крови превращает СО в Н2СО3, и он же катализирует обратную реакцию. Без данного фермента реакция требовала б в миллионы раз больше времени или высокую щелочную среду с рН 10 и даже выше. Второй ферментирует расщепление пептидных связей во время переваривания белков. Между концевым пептидом и С=О группу присоединенной к цинку, образуется координатная ковалентная связь, которая придает углероду положительный заряд. Это способствует создать гидрофобный карман на ферменте рядом с цинком, который притягивает неполярную часть перевариваемого белка [9].
Цинковые пальцы - это структурный мотив белка, который характеризуется координацией одного или двух ионов цинка для стабилизации складки. Белки цинковых пальцев подразделяются на различные группы и семейства исходя из трехмерной структуры. Так же их разделяют относительно идентичности лигандов и первичной структуры белка. Но, несмотря на огромное разнообразие белков с цинковым пальцем почти все они функционируют как модули взаимодействия с ДНК, РНК. Подсчитано, что до 1% генома человека кодируют белки с цинковым пальцем. Различия в них заключается для изменения специфичности для связывания конкретного белка [10]. Сам цинковый палец состоит около из 20 аминокислот, ионов цинка. Zn2+ связывает 2 гистидина и 2 цистеина. 7п!-это домен содержащий множество
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7
3(4/2), April, 2023
пальцевидных выступов, образующие контакты с молекулой-мишенью. Некоторые связывают цинк, а некоторые связывают другие металлы, например, железо или даже процесс может проходить без металлов. Мотивы могут находиться в нескольких неродственных супер семействах белков, различных по последовательности и структуре. Они показывают значительную универсальность в связывании, так между представителями одного класса одни связывают ДНК, другие белок. К примеру, мотивные белки могут участвовать в развитии эпителия, клеточной адгезии, сворачивании белка, ремоделировании хроматина, в транскрипции, трансляции, транспортировке нуклеиновых кислот. Сами мотивы являются стабильными и не претерпевают конформационным изменениям при связывании с молекулой мишенью.
Цинксодержащие нейроны - это клетки, которые имеют везикулы с 7п2+ в пресинаптических утолениях, работают вместе с кальцием в проведении импульсов. Такие нейроны входят в подкласс глутаминергических нейронов. Цинксодержащие нейроны были обнаружены во всей нервной системе даже в гиппокампе, миндалевидном теле и неокортиксе. Ионы цинка являются мощными модуляторами аминокислотных рецепторов особенно рецептора N метил-Э-аспартата (КМОА). По одной из теорий цинк секретируемый из пресинаптической щели способен контролировать «окно» постсинаптической возбудимости, подавляя повышенное возбуждения путем угнетения в ММОА-рецепторов. При этом он практически не влияет на физиологическую частоту возбуждений [12].
Цинк участвует в нескольких клеточных процессах, включая апоптоз или запрограммированную гибель клеток. Во время апоптоза цинк играет двойную роль как незаменимого, так и токсического элемента. Он действует как проапоптотический фактор, активируя каспазы, семейство протеазных ферментов, играющих решающую роль в апоптозе, и способствуя высвобождению цитохрома с из митохондрий. С другой стороны, цинк также играет антиапоптотическую роль, предотвращая чрезмерную активацию каспаз и снижая выработку активных форм кислорода (АФК), которые могут повредить клетку. Баланс между этими двумя ролями цинка определяет, подвергается ли клетка апоптозу или выживает [13].
У больных с сахарным диабетом и недостатком цинка при его введении наблюдалось повышение секреции цинка и улучшения состояния. Это привело к большим количеством исследованиям. Так на сегодняшний день достоверным считается информация о том, что 7п2+ и Са2+. В Р-клетках островковой системы пре-проинсулин образует проинсулин путем отщепления специальной
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7
3(4/2), April, 2023
сигнальной последовательности. Далее проинсулин транспортируется в комплекс Гольджи, где секвестрируется в 7п2+ и Са2+, обогащенные секреторные везикулы в форме агрегированных 7п2+ и Са2+ содержащих гексамерных комплексов, обозначаются как (7п2+)2(Са2+) (Proin)6. В последующем в везикулах после отщепления С-пептида трипсин- и карбоксипептидаза подобными ферментами комплекс (7п2+)2(Са2+) (Ргот)6 превращается в (7п2+)2(Са2+) (1п)6 [14]. Удаление С-пептида приводит к сильному снижению растворимости из-за чего этот комплекс кристаллизируется. Такая форма является специальной неактивной формой хранения гормона инсулина, который должен сначала превратиться в мономер инсулина [15]. Перед образованием мономера из гексамера образуются димеры инсулина, два димера комбинируясь образуют тетрамер (7п2+)2(1п)4 который при обогощении еще одним димером образует гексамер [15]. Таким образом и проинсулиновые гранулы и инсулиновые гранулы связаны с 7п2+, кроме того 7п2+ необходим для образования из проинсулиновых гексамер нерастворимых инсулиновыъ кристаллов [16,17]. Следовательно, для корректной гексамеризации и процессинга инсулина в Р-клетке необходим 7п2+, это и объясняет экспрессию большого количества 7п-транспортных белков в Р-клетках [18]. Следующим этапом кристаллический инсулин секретируется из Р-клеток, кристаллы растворяются и гексамер диссоциирует на активные мономеры инсулина и ионы 7п2+, приводящее к быстрому снижению осмотического давления ионов 7п2+ и изменение рН с кислой 5,5 до 7,4. При этом при гипергликемии повышенное содержание 7п2+ могут играть весомую роль при гибели клеток по паракринному механизму и приводить к развитию сахарного диабета 2 типа [17].
Согласно ВОЗ по исследованию и обработке эякулята предполагает референсное значение нормы 7п >2,4 мкмоль/эякулят [19]. В семенную жидкость цинк поступает главным образом из предстательной железы в виде комплекса с цитратом. Интересно подметить что в предстательной железе цинка больше в 87 раз чем в плазме крови [20]. Так же в больших значениях можно обнаружить в клетках Лейдига, в сперматогониях типа В и сперматозоидах [21]. Именно сперматозоид служит носителем запаса 7п для нормального течения дробления и даже фиксации бластулы в полость матки. Стоит упомянуть о важной непрямой, но очень сильном антиоксидантной функции этого иона. Цинк являясь активатором металлотионеинов - белков с низкой молекулярной массой, способных препятствовать окислительному стрессу и регялтором супероксиддисмутазы-фермента, разрушающего
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7
(E)ISSN:2181-1784 www.oriens.uz 3(4/2), April, 2023
супероксидный радикал, сохраняет клетку от излишней кислородной агрессии, проявляя непрямое мощное антиоксидантное влияние.
ВЫВОД
Микроэлемент, не имеющий депо хранения в организме человека. Который при нехватке в пищевом рационе быстро снижается может иметь огромную биохимическую и физиологическую роль. В данном обзоре было продемонстрированы некоторые из функций цинка, в здоровом организме человека. Так среди основных действий /п2+ можно подметить его специфический способ соединения пептидами с образованием цинковых пальцев, его активирующее влияние на ферменты, его роль в передаче импульсов в ЦНС, важное значение в репродуктивной системе мужчин и многое другое.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)
1. The role of zinc in genomic stability / R. Sharif [et al.] // Mutat Res. — 2012. — Vol. 733. — P. 111-121.
2. Andreini, C. A bioinformatics view of zinc enzymes / C. Andreini, I. Bertini // J. Inorg. Biochem. — 2012. — Vol. 111. — P. 150- 156.
3. Bitanihirwe, B. K. Zinc: the brain's dark horse / B. K. Bitanihirwe, M. G. Cunningham // Synapse. — 2009. — Vol. 63. — P. 1029-1049.
4. Лифляндский, Владислав Геннадьевич. Новейшая энциклопедия незаменимых веществ: витамины, минералы и другие биологически активные вещества. ОЛМА Медиа Групп, 2004.
5. Барановский, А. Ю. "Диетология." (2012).
6. Шейбак, В. М. Биологическая роль цинка и перспективы медицинского применения цинк-содержащих препаратов / В. М. Шейбак, Л. Н. Шейбак. — Гродно, 2003. — 82 стр
7. Institute of Medicine (US) Panel on Micronutrients. Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc. Washington (DC): National Academies Press (US); 2001. PMID: 25057538.
8. Стипанук, Марта Х. (2006). Биохимические, физиологические и молекулярные аспекты питания человека. W. B. Saunders Company. Стр. 10431067
9. Гринвуд и Эрншоу, 1997, стр. 1224-1225
SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7
3(4/2), April, 2023
10. Берг Дж.М. (апрель 1990). "Цинковые пальцы и другие домены,
макромолекулами". Журнал биологической химии. 265 (12): 6513-6.
11. Laity JH, Lee BM, Wright PE. Zinc finger proteins: new insights into structural and functional diversity. Curr Opin Struct Biol. 2001 Feb;11(1):39-46. doi: 10.1016/s0959-440x(00)00167-6. PMID: 11179890.
12. Frederickson CJ, Moncrieff DW. Zinc-containing neurons. Biol Signals. 1994 May-Jun;3(3): 127-39. doi: 10.1159/000109536. PMID: 7531563.
13. Perry DK, Smyth MJ, Stennicke HR, Salvesen GS, Duriez P, Poirier GG, Hannun YA. Zinc is a potent inhibitor of the apoptotic protease, caspase-3. A novel target for zinc in the inhibition of apoptosis. J Biol Chem. 1997 Jul 25;272(30):18530-3. doi: 10.1074/jbc.272.30.18530. PMID: 9228015.
14. Cadmium-113 nuclear magnetic resonance studies of bovine insulin: two-zinc insulin hexamer specifically binds calcium / J. L. Sudmeier [et al.] // Science - 2001. - Vol.212. - P.560-562.
15. Chausmer, A. B. Zinc, insulin and diabetes / A.B. Chausmer //J. Am Coll Nutr -1998. - Vol.17. - P.109- 115
16. Dunn, M. F. Zinc-ligand interactions modulate assembly and stability of the insulin hexamer - a review / M. F. Dunn // Biometals - 2005. - Vol.18. - P.295-303
17. Zinc homeostasis in metabolic syndrome and diabetes / X. Miao [et al.] // Front. Med. - 2013. - Vol.7. - P.31-52.
18. Wijesekara, N. Zinc, a regulator of islet function and glucose homeostasis/ N. Wijesekara, F. Chimienti, M. B. Wheeler // Diabetes Obes Metab - 2009. - Vol.11. -P.202-214.
19. WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. World Health Organization. 2010. Geneva (Switzerland): WHO Press
20. Favier A.E. The role of zinc in reproduction. Hormonal mechanisms. Biol Trace Elem Res. 1992;32:363-382. Doi: 10.1007/BF02784623.
21. Kambe T., Tsuji T., Hashimoto A., Itsumura N. The physiological, biochemical, and molecular roles of zinc transporters in zinc homeostasis and metabolism. Physiol Rev. 2015;95(3):749-784. Doi: 10.1152/ physrev.00035.2014
связывающие металлы. Элементы для взаимодействия между
