zinek je chemický prvek nesoucí symbol prvku Zn. Spolu s železo, měď, mangan, Atd., zinek patří do skupiny přechodných kovů, ve kterých zaujímá zvláštní postavení díky vlastnostem podobným kovům alkalických zemin, jako např vápník a magnézium (→ relativně stabilní konfigurace elektronů). V periodické tabulce zinek má atomové číslo 30 a je ve 4. období a - podle zastaralého počítání - ve 2. podskupině (skupina zinku) - obdobně jako kovy alkalických zemin jako 2. hlavní skupina. Podle současné nomenklatury IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) je zinek ve skupině 12 s kadmium a rtuť. Díky své elektronové konfiguraci zinek snadno vytváří koordinační vazby v rostlinných a živočišných organismech, přednostně s aminokyseliny a Proteinů, ve kterém je primárně přítomen jako dvojmocný kation (Zn2 +). Z tohoto důvodu, na rozdíl od železo or měď, zinek není přímo zapojen do redoxní reakce (redukční / oxidační reakce). Podobné fyzikálně-chemické vlastnosti, jako je izoelektřina, koordinace počet a konfigurace sp3 jsou důvodem, proč antagonistické (opačné) interakcí se vyskytují mezi zinkem a měď. V organismu savců je zinek jedním z kvantitativně důležitých stopové prvky, spolu s železo. Jeho téměř všezahrnující účast na nejrůznějších biologických reakcích činí zinek jednou z nejdůležitějších stopové prvky. Jeho zásadnost (vitalita) pro biologické procesy byla prokázána před více než 100 lety pomocí studií na rostlinách. Obsah zinku v potravinách, který se obvykle pohybuje mezi 1 a 100 mg na kg čerstvé hmotnosti nebo jedlé porce, se velmi liší v závislosti na podmínkách růstu a výroby. Potraviny živočišného původu, jako je libové červené svalové maso, drůbež, droby, korýši a korýši, například ústřice a krabi, některé druhy ryb, jako je sleď a treska jednoskvrnná, vajíčkaa mléčné výrobky, jako jsou tvrdé sýry, jsou dobrým zdrojem zinku díky preferenční vazbě stopového prvku na Proteinů. Potraviny bohaté na bílkoviny rostlinného původu, jako jsou celozrnné výrobky, luštěniny, ořechy a semena, také mají vysokou hladinu zinku. Pokud jsou však bílkovinné složky odstraněny ze surových rostlinných produktů, jako jsou obiloviny, mletím nebo peeling během výroby potravin je obvykle také snížen obsah zinku. Například výrobky z bílé mouky mají nízkou koncentraci zinku [2, 5, 6-9, 12, 18, 19, 23]. Podíl potraviny na dodávce zinku je určen méně absolutním obsahem zinku než poměrem vstřebávání- inhibuje až podporuje složky potravin. Faktory, které inhibují nebo podporují zinek vstřebávání jsou popsány níže.
Resorpce
Vstřebávání (absorpce střevem) zinku se vyskytuje v celém tenké střevo, převážně v EU duodenum (duodenum) a jejunum (jejunum), aktivním i pasivním mechanismem. Při nízkých luminálních koncentracích (ve střevním traktu) je zinek absorbován do enterocytů (buněk tenkého střeva) epitel) ve formě Zn2 + pomocí dvojmocného transportéru kovů (DMT-1), který transportuje dvojmocné přechodné kovy společně s protony (H +) nebo je vázán peptidem, pravděpodobně jako komplex glycin-glycin-histidin-zinek, pomocí nosičů specifických pro zinek, tzv. Zip Proteinů. Tento proces je energeticky závislý a saturuje se při vysokých intraluminálních koncentracích zinku. Kinetika nasycení aktivního transportního mechanismu způsobuje, že zinek je dodatečně absorbován (absorbován) paracelulárně (hmota přenos přes mezibuněčné prostory) pasivní difúzí při vysokých dávkách, ale u běžné stravy to nemá žádný vliv. V enterocytech je zinek vázán na specifické proteiny, z nichž byly dosud identifikovány dva - metalothionein (MT, cytosolický protein vázající těžké kovy s vysokým obsahem síra Aminokyselina obsahující (S) cystein (přibližně 30 mol%), které mohou vázat 7 mol zinku na mol) a střevní protein bohatý na cystein (ovlivňující DRAM) (CRIP). Oba proteiny jsou odpovědné za transport zinku přes cytosol (tekuté složky buňky) do bazolaterální membrány (odvrácené od střeva) na jedné straně a za intracelulární (uvnitř buňky) ukládání zinku na straně druhé. MT a CRIP v enterocytech koreluje (je ve vzájemném vztahu) s obsahem zinku v strava. Zatímco syntéza MT je indukována (spouštěna) zvýšeným příjmem zinku, exprese CRIP, která má výraznou afinitu k vazbě na zinek (vazba pevnost), se vyskytuje převážně při nízkém přísunu zinku (ze stravy). Skladováním přebytečného zinku ve formě thioneinu zinku a jeho uvolňováním do krev pouze v případě potřeby působí metalothionein jako intracelulární zásoba zinku nebo pufr pro kontrolu koncentrace volného Zn2 +. MT je považován za nejdůležitější senzor pro regulaci homeostázy zinku. Transport Zn2 + přes bazolaterální membránu enterocytů do krevního řečiště je zprostředkován specifickými transportními systémy, například transportérem zinku-1 (ZnT-1). v mateřské mlékomohly by být objeveny specifické nízkomolekulární ligandy nebo proteiny vázající zinek, které díky své dobré stravitelnosti a specifickému absorpčnímu procesu zvyšují absorpci zinku střevem u novorozence ještě před vytvořením dalších absorpčních mechanismů. Naproti tomu zinek u krav mléko je vázán na kasein, směs několika proteinů, z nichž některé jsou obtížně strávitelné. Proto zinek od žen mléko vykazuje výrazně vyšší hodnoty biologická dostupnost než z krav mléko. Míra absorpce zinku je v průměru mezi 15–40% a závisí na předchozím stavu zásobování - nutričním stavu - nebo fyziologických požadavcích a na přítomnosti určitých složek stravy. Zvýšená potřeba zinku, například během růstu, těhotenství a stav nedostatku vede ke zvýšené absorpci z potravy (30-100%) v důsledku zvýšené exprese DMT-1, proteinů Zip a CRIP v enterocytech. Naproti tomu, když je tělo dobře zásobeno zinkem, je míra absorpce z potravy nízká, protože na jedné straně je aktivní transportní mechanismus - DMT-1, proteiny Zip - downregulovaný (downregulovaný) a na druhé straně stopový prvek je stále více vázán MT a zůstává jako thionein zinečnatý v sliznice buňky (buňky sliznice tenké střevo). Střevní absorpci zinku podporují následující složky stravy:
- Nízkomolekulární ligandy, které vážou zinek a jsou absorbovány jako komplex.
- Vitamin C (kyselina askorbová), citrát (kyselina citrónová) a kyselina pikolinová (kyselina pyridin-2-karboxylová, intermediární v metabolismu aminokyseliny tryptofanu) podporují absorpci zinku ve fyziologických koncentracích, zatímco toto je inhibováno při požití vysokých dávek
- Aminokyseliny, Jako cystein, methionin, glutamin a histidin například z masa a obilovin, jejichž obsah zinku je vysoký biologická dostupnost.
- Proteiny z potravin živočišného původu, jako je maso, vejce a sýry, jsou snadno stravitelné a vyznačují se vysokou biologickou dostupností zinkové části jejich komplexů aminokyselin
- Přírodní nebo syntetické chelátory (sloučeniny, které mohou fixovat volné dvojmocné nebo vícemocné kationty ve stabilních komplexech ve tvaru kruhu), jako je citrát (kyselina citronová) z ovoce a EDTA (kyselina ethylendiamintetraoctová), která se používá mimo jiné jako konzervační látka a léky, například při otravě kovy, stimulují absorpci zinku ve fyziologických množstvích vazbou zinku z jiných komplexů, zatímco toto je inhibováno při požití vysokých dávek
Následující složky stravy inhibují absorpci zinku při vyšších dávkách [1-3, 5, 8, 12, 14-16, 18, 19, 22, 23, 25]:
- Minerály, Jako vápník - příjem vysokého množství vápníku, například prostřednictvím doplňky (doplňky stravy).
- Vápník tvoří nerozpustné komplexy zinku a fytátu vápenatého se zinkem a kyselinou fytovou (myo-inositol hexafosfát z obilovin a luštěnin), které snižují vstřebávání zinku ve střevě a zvyšují enterické ztráty zinku.
- Dvojmocný vápník (Ca2 +) soutěží se Zn2 + na apikální (střevně orientované) enterocytové membráně o vazebná místa DMT-1 a vytěsňuje zinek z tohoto transportního mechanismu
- Stopové prvky, jako je železo a měď - dodávka vysokých dávek přípravků železa (II) a mědi (II).
- Trojmocné železo (Fe3 +) má menší inhibiční účinek než dvojmocné železo (Fe2 +), což zhoršuje absorpci zinku již v poměru Fe: Zn 2: 1 až 3: 1
- Inhibice absorpce Zn2 + do enterocytů (buněk epitelu tenkého střeva) Fe2 +, respektive Cu2 +, nastává vytěsněním z DMT-1
- Hemiron (Fe2 + vázaný v molekule porfyrinu jako složka bílkovin, jako je hemoglobin) nemá žádný vliv na absorpci zinku
- Při nedostatku železa se zvyšuje absorpce zinku
- Těžké kovy, jako je kadmium
- Mezi potraviny bohaté na kadmium patří lněné semínko, játra, houby, měkkýši a další měkkýši, stejně jako kakaový prášek a sušené mořské řasy.
- Umělá hnojiva někdy obsahují vysoké hladiny kadmia, což vede k obohacení zemědělské půdy, a tedy téměř všech potravin o těžké kovy
- Kadmium inhibuje absorpci zinku ve vysokých koncentracích na jedné straně tvorbou špatně rozpustných komplexů, zejména čtyřmocného kadmia, na druhé straně vytěsňováním z DMT-1, pokud je kadmium přítomno v dvojmocné formě (Cd2 +)
- Vláknina, jako je hemicelulóza a lignin z pšeničných otrub, komplexní zinek, a tím zbavují stopový prvek střevní absorpce.
- Kyselina fytová (hexafosforečný ester myo-inositolu s komplexačními vlastnostmi) z obilovin a luštěnin - tvorba nerozpustných komplexů fytátu zinečnato-vápenatého, snižující jak střevní vstřebávání zinku z potravy, tak reabsorpci endogenního zinku
- Glykosidy hořčičného oleje a glukosinoláty (chemické sloučeniny obsahující síru (S) - a dusík (N) vytvořené z aminokyselin), které se nacházejí v zelenině, jako je ředkev, hořčice, řeřicha a zelí, mají tendenci tvořit komplexy ve vysokém koncentrace
- Triesloviny (rostlinné taniny), například ze zeleného a černého čaje a vína, jsou schopny vázat zinek a snižovat jeho biologickou dostupnost
- Chelátory, jako je EDTA (kyselina ethylendiamintetraoctová, komplex komplexu šesti dentátů, který vytváří zvláště stabilní chelátové komplexy s volnými dvojmocnými nebo vícemocnými kationty).
- Chronický alkoholismus, zneužívání projímadel (zneužívání projímadel) - alkohol a projímadla stimulují střevní průchod, přičemž orálně dodávaný zinek nemůže být dostatečně absorbován střevní sliznicí (střevní sliznice) a je převážně vylučován stolicí
Absence látek inhibujících absorpci, jako je kyselina fytová, a vazba zinku na snadno stravitelné bílkoviny nebo aminokyseliny, Jako cystein, methionin, glutamin a histidin, jsou důvodem, že zinek je biologicky dostupnější z potravin živočišného původu, jako je maso, vajíčka, ryby a mořské plody, než z potravin rostlinného původu, jako jsou obilné výrobky a luštěniny [1, 2, 6-8, 16, 18, 23]. U přísných vegetariánů, kteří konzumují převážně obiloviny a luštěniny a jejichž strava má vysoký poměr fytátu k zinku (> 15: 1), je snížena absorpce zinku ve střevě, což může zvýšit jejich potřebu zinku až o 50%. Některé studie však ukázaly, že když se potraviny bohaté na fytáty konzumují po delší dobu, schopnost střevní absorpce organismu se přizpůsobuje obtížnějším podmínkám, takže lze zajistit dostatečnou absorpci zinku. Na rozdíl od dospělých ještě děti nejsou schopny přizpůsobit absorpci ve střevech konkrétním podmínkám, takže děti krmené vegetariány jsou citlivější na nedostatečný příjem zinku. Zvýšená potřeba zinku během růstu dále zvyšuje riziko nedostatek zinku u mladých vegetariánů. The biologická dostupnost zinku z potravin bohatých na fytáty lze zvýšit aktivací nebo přidáním enzymu fytázy. Fytáza se přirozeně vyskytuje v rostlinách, včetně klíčků a otrub obilných zrn, a v mikroorganismech a vede k hydrolýze po aktivaci fyzikálními účinky, jako je mletí a bobtnání zrna, nebo jako složka mikroorganismů, jako je například kyselina mléčná bakterie a kvasinky, které slouží procesu fermentace (mikrobiální degradace organických látek za účelem konzervace, kypření těsta, zlepšení chuť, stravitelnost atd.). ), na hydrolytické štěpení (degradace reakcí s voda) kyseliny fytové v potravinách. V důsledku toho zinek z okyseleného celozrnného chléb má vyšší biologickou dostupnost než z nekyseleného celozrnného chleba. Absorpci zinku z potravin bohatých na fytáty lze také zvýšit vysokým podílem živočišných bílkovin v strava, například jíst celozrnně chléb a tvaroh dohromady. Amino kyseliny uvolňované během trávení bílkovinami ve střevě váží zinek a zabraňují tak tvorbě nevstřebatelných komplexů zinek-fytát. Kromě uvedených složek stravy jsou luminální podmínky, jako je pH a intenzita trávení, játra, pankreas (pankreas) a ledvina funkce, parazitární nemoci, infekce, chirurgické zákroky, stres, a hormonů například série-2 prostaglandiny (tkáňové hormony odvozené od kyseliny arachidonové (omega-6 mastné kyseliny)) mohou také ovlivnit vstřebávání zinku ve střevě. Zatímco prostaglandin-E2 (PGE2) podporuje transport zinku střevní stěnou do krevního řečiště, prostaglandin-F2 (PGF2) vede ke snížení absorpce zinku.
Transport a distribuce v těle
S průměrem koncentrace asi 20–30 mg / kg tělesné hmotnosti, což odpovídá celkovému obsahu těla v dospělosti asi 1.5–2.5 g, představuje zinek po železa druhý nejhojnější základní stopový prvek v lidském organismu [3, 6-8, 19, 23 ]. Ve tkáních a orgánech je většina zinku (95-98%) přítomna intracelulárně (v buňkách). Pouze malá část zinku v těle se nachází v extracelulárním prostoru (mimo buňky). Jak intracelulární, tak extracelulární zinek jsou převážně vázány na proteiny. Tkáně a orgány s nejvyššími koncentrace zinku zahrnují kosatec (clona oka zbarvená pigmenty, která reguluje dopad světla) a sítnice (sítnice) oka, varlata (varlata), prostaty, Langerhansovy ostrůvky slinivky břišní (kolekce buněk ve slinivce břišní, které oba registrují krev glukóza úrovně a vyrábět a vylučovat / vylučovat inzulín), kost, játra, ledvina, vlasy, kůže a nehtya moči měchýř a myokardu (srdce sval). Pokud jde o množství, největší množství zinku obsahuje sval (60%, ~ 1,500 20 mg) a kost (30–500%, ~ 800–XNUMX mg). V buňkách výše uvedených tkání a orgánů je zinek nedílnou součástí a / nebo kofaktorem mnoha enzymy, zejména ze skupiny oxidoreduktáz (enzymy, které katalyzují oxidační a redukční reakce) a hydroláz (enzymy, které hydrolyticky štěpí sloučeniny (reakcí s voda)). Kromě toho je intracelulární zinek částečně vázán na metalothionein, jehož syntéza je indukována zvýšenými koncentracemi zinku. MT ukládá přebytečný zinek a udržuje ho k dispozici pro intracelulární funkce. Indukce exprese MT nastává také hormonů, Jako glukokortikoidy (steroid hormonů z kůry nadledvin), glukagon (peptidový hormon zodpovědný za zvyšování krev glukóza hladiny) a epinefrin (stres hormon a neurotransmiter z dřeně nadledvin), která hraje roli zejména u nemocí a stres a vede k redistribuci zinku v organismu. Například v inzulín-závislý cukrovka lze pozorovat redistribuci zinku s hladinami zinku v plazmě a erytrocyty a leukocyty rostoucí v korelaci s rozsahem hyperglykémie (zvýšená krev glukóza úrovně). Pouze asi 0.8% (~ 20 mg) z celkového tělesného zásob zinku je lokalizováno v krvi (61-114 µmol / l), z nichž 12-22% je v plazmě a 78-88% v buněčných složkách krve - erytrocyty (červené krvinky), leukocyty (bílé krvinky), destičky. V plazmě je více než polovina zinku (~ 67%) volně vázána albumin (globulární protein) a přibližně jedna třetina je pevně vázána na alfa-2-makroglobulin, jako je caeruloplasmin. Kromě toho vazba na transferin (beta-globulin, který je hlavně zodpovědný za transport železa), gama-globuliny, jako je imunoglobulin A a G (protilátky) a amino kyseliny, jako je cystein a histidin, lze pozorovat. Koncentrace zinku v plazmě jsou 11–17 µmol / l (70–110 µg / dl) a jsou ovlivněny pohlavím, věkem, cirkadiánním rytmem (vnitřní tělesný rytmus), příjmem potravy, stavem bílkovin, stavem hormonů, stresem a regulačními mechanismy absorpce (absorpce) a vylučování (odstranění), mezi jinými faktory [1-3, 12, 18, 19, 23]. Zatímco reakce akutní fáze (akutní zánětlivé reakce na poškození tkáně jako nespecifická imunitní reakce těla), fyzická námaha, stres, infekce, chronické nemoci, hypalbuminemie (snížená albumin koncentrace v krevní plazmě), orální antikoncepční prostředky (antikoncepční pilulky) a těhotenství vést ke zvýšenému příjmu zinku do tkání a tím ke snížení koncentrace zinku v séru, kortikosteroidů (steroidní hormony z kůry nadledvin), cytokinů (proteiny, které regulují růst a diferenciaci buněk), jako je interleukin-1 a interleukin-6, příjem potravy a venózní kongesce během odběru krve vede ke zvýšení koncentrace zinku v séru. Existuje malá reakce sérových hladin zinku na mezní (hraniční) příjem nebo podvýživa a katabolismus (metabolismus rozkladu), protože je udržován konstantní uvolňováním zinku ze svalu a / nebo kostní tkáně. Tedy i ve stavu deficitu může být koncentrace zinkového séra stále v normálním rozmezí, a proto je hladina zinkového séra pro stanovení stavu zinku jen velmi omezená. U dospělých je koncentrace zinku na krvinku v leukocyty přesahuje to destičky a erytrocyty faktorem asi 25. Ve vztahu k obsahu v plné krvi obsahují erytrocyty 80-84%, destičky asi 4% a leukocyty asi 3% zinku. V erytrocytech se zinek nachází převážně (80-88%) na karboanhydrázě (enzym závislý na zinku, který katalyzuje přeměnu uhlík oxid a voda na vodík uhličitan a naopak: CO2 + H2O ↔ HCO3- + H +) a přibližně 5% vázáno na Cu / Zn superoxid dismutázu (závislou na mědi a zinku) antioxidant enzym, který převádí superoxidové anionty na vodík peroxid: 2O2- + 2H + → H2O2 + O2). V leukocytech je stopový prvek hlavně ve vazbě s alkalickou fosfatázou (enzym závislý na zinku, který se odstraňuje) fosfát skupiny z různých molekuly, jako jsou proteiny, hydrolytickým štěpením kyselina fosforečná estery a nejúčinněji pracuje při alkalickém pH). Navíc k enzymy uvedené, zinek přítomný v krevních buňkách je vázán na metalothionein, v závislosti na stavu zinku v buňce. Zdaleka nejvíce sekrece bohaté na zinek v těle je spermie, jehož koncentrace zinku převyšuje koncentraci v krevní plazmě o faktor 100. Na rozdíl od železa se stopovými prvky nemá organismus velké zásoby zinku. Metabolicky aktivní nebo rychle vyměnitelná skupina zinku je relativně malá a činí 2.4-2.8 mmol (157-183 mg). Je zastoupen hlavně zinkem krevní plazmy, játra, slinivka břišní, ledvina a slezina, který může po rychlé absorpci relativně rychle uvolnit stopový prvek. Orgány a tkáně, jako jsou kosti, svaly a erytrocyty (červené krvinky), na druhé straně absorbují zinek pomalu a dlouhodobě ho zadržují, přičemž správa of vitamin D zvýšení retence. Malá velikost skupiny metabolicky aktivního zinku je důvodem, proč může rychle dojít k meznímu příjmu vést na příznaky nedostatku, pokud je narušena adaptace (přizpůsobení) na příjem. Z tohoto důvodu je nezbytný nepřetržitý dietní příjem zinku. V projektu je zapojena řada transmembránových transportních nosičů distribuce a regulace zinku na mezibuněčné a intracelulární úrovni. Zatímco DMT-1 transportuje Zn2 + do buněk, specifické transportéry zinku (ZnT-1 až ZnT-4) jsou zodpovědné za transport Zn2 + do buněk i z nich, přičemž ZnT-1 a ZnT-2 působí pouze jako vývozci. Exprese DMT-1 a ZnT se vyskytuje v mnoha různých orgánech a tkáních. Například ZnT-1 je primárně vyjádřen v tenké střevo a ZnT-3 je vyjádřen pouze v mozek a varlata. Posledně uvedený transportní systém vede k vezikulární akumulaci zinku, což naznačuje zapojení do spermatogeneze. Kde a do jaké míry jsou syntetizovány DMT-1, respektive ZnT-1 až ZnT-4, je mimo jiné ovlivněno hormonálními faktory, jakož i individuálními nutričními a zdraví stav - nezávislý na koncentraci metalothioneinu ... Například akutní zánětlivé reakce, infekce a stres, kortikosteroidy (steroidní hormony z kůry nadledvin) a cytokiny (proteiny, které regulují růst a diferenciaci buněk) vyvolávají zvýšenou intracelulární expresi transmembrány transportní nosiče a tím zvýšený příjem Zn2 + do buněk tkáně a uvolňování Zn2 + do krevního řečiště.
Vylučování
Zinek se vylučuje primárně (~ 90%) střevem stolicí. To zahrnuje jak neabsorbovaný zinek z potravy, tak zinek z exfoliovaných enterocytů (buněk tenkého střeva epitel). Kromě toho je zinek obsažen v pankreatu (pankreasu), žlučových cestách (žluč) a střevní (střevní) sekrece, které uvolňují stopový prvek do střevního lumenu. V malé míře (≤ 10%) se zinek vylučuje ledvinami močí. K dalším ztrátám dochází prostřednictvím kůže, vlasy, pot, sperma a menstruační cyklus. Podobně jako stopový prvek měď je homeostáza (udržování konstantního vnitřního prostředí) zinku primárně regulována kromě střevní absorpce také enterálním vylučováním (vylučování střevem). Jak se zvyšuje orální příjem, zvyšuje se také vylučování zinku stolicí (<0.1 až několik mg / den) a naopak. Naproti tomu úroveň vylučování zinku ledvinami (150–800 µg / d) zůstává ovlivněna dodávkou zinku - za předpokladu, že není nedostatek zinku. Za různých podmínek, jako je hladovění a pooperační (po chirurgických zákrocích), stejně jako u nemocí, jako je nefrotický syndrom (onemocnění ledvinných tělísek), cukrovka mellitus, chronický alkohol spotřeba, alkoholická cirhóza (konečné stadium chronického onemocnění jater) a porfyrie (dědičné metabolické onemocnění charakterizované poruchou biosyntézy hemu červeného krevního pigmentu), může dojít ke zvýšení vylučování zinku ledvinami. Celkový obrat zinku je relativně pomalý. Biologický poločas zinku je 250-500 dní, pravděpodobně kvůli zinku zinku kůže, kost a kosterní sval.
