zinc és un element químic que porta el símbol d’element Zn. Juntament amb de ferro, de coure, manganès, Etc, zinc pertany al grup dels metalls de transició, en què ocupa una posició especial a causa de propietats similars als metalls alcalins terrosos, com calci i magnesi (→ configuració d'electrons relativament estable). A la taula periòdica, zinc té el nombre atòmic 30 i es troba al quart període i, segons el recompte obsolet, al 4n subgrup (grup de zinc), anàleg als metalls alcalins terrosos com el 2n grup principal. Segons l’actual nomenclatura IUPAC (Unió Internacional de Química Pura i Aplicada), el zinc es troba al grup 2 amb cadmi i mercuri. A causa de la seva configuració electrònica, el zinc forma fàcilment enllaços coordinatius en organismes vegetals i animals, preferentment amb aminoàcids i proteïnes, respectivament, en què es troba principalment com a catió divalent (Zn2 +). Per aquest motiu, a diferència de de ferro or de coure, el zinc no hi participa directament reaccions redox (reaccions de reducció / oxidació). Propietats fisicoquímiques similars, com ara la isoelectricitat, coordinació nombre i configuració sp3 són el motiu pel qual antagònics (oposats) interaccions es produeixen entre el zinc i de coure. En l’organisme dels mamífers, el zinc és un dels aspectes quantitatius importants oligoelements, conjuntament amb de ferro. La seva participació gairebé total en les reaccions biològiques més diverses fa del zinc un dels més importants oligoelements. La seva essencialitat (vitalitat) per als processos biològics es va demostrar fa més de 100 anys amb l'ajut d'estudis sobre plantes. El contingut de zinc dels aliments, que sol variar entre 1 i 100 mg per kg de pes fresc o porció comestible, varia molt segons el creixement i les condicions de producció. Aliments d’origen animal, com la carn magra del múscul vermell, les aus de corral, les vísceres, els crustacis i els mariscs, com les ostres i crancs, alguns tipus de peixos, com ara l'areng i l'eglefin, ous, i els productes lactis, com els formatges durs, són bones fonts de zinc a causa de la unió preferent del microelement proteïnes. Aliments rics en proteïnes d’origen vegetal, com cereals integrals, llegums, nous i les llavors, també tenen alts nivells de zinc. Tanmateix, si s’eliminen components proteics de productes vegetals crus, com ara cereals, mitjançant mòlta o peeling durant la producció d'aliments, també es redueix el contingut de zinc. Per exemple, els productes de farina blanca tenen baixes concentracions de zinc [2, 5, 6-9, 12, 18, 19, 23]. La contribució d’un aliment al subministrament de zinc es determina menys pel contingut absolut de zinc que per la proporció de absorció-inhibint la promoció dels components dels aliments. Els factors que inhibeixen o promouen el zinc absorció es comenten a continuació.
Resorció
Absorció (la captació a través de l'intestí) de zinc es produeix a tot el intestí prim, predominantment al duodè (duodè) i jejun (jejun), tant per un mecanisme actiu com per un passiu. A baixes concentracions luminals (al tracte intestinal), el zinc s’adopta en enteròcits (cèl·lules de l’intestí prim) epiteli) en forma de Zn2 + mitjançant el transportador de metalls divalent-1 (DMT-1), que transporta metalls de transició divalents juntament amb protons (H +), o units al pèptid, presumiblement com a complex glicina-glicina-histidina-zinc, mitjançant suports específics de zinc, els anomenats Zip proteïnes. Aquest procés és energèticament dependent i satura a altes concentracions de zinc intraluminal. La cinètica de saturació del mecanisme de transport actiu fa que el zinc s’absorbeixi (absorbeixi) de manera paracel·lular (massa transferència a través d’espais intercel·lulars) per difusió passiva a dosis elevades, però això no té cap conseqüència en les dietes normals. En els enteròcits, el zinc s’uneix a proteïnes específiques, de les quals s’han identificat dues fins ara: la metalotioneïna (MT, proteïna citosòlica d’unió a metalls pesants) sofre (S) que conté aminoàcids cisteïna (al voltant del 30% en mol), que pot unir 7 mols de zinc per mol) i la proteïna intestinal rica en cisteïna (que afecta el dram) (CRIP). Les dues proteïnes són responsables del transport del zinc a través del citosol (components líquids de la cèl·lula) a la membrana basolateral (orientada cap a l’intestí) d’una banda, i de l’emmagatzematge de zinc intracel·lular (a l’interior de la cèl·lula), de l’altra. MT i CRIP en enteròcits es correlacionen (estan interrelacionats) amb el contingut de zinc del dieta. Mentre que la síntesi de MT és induïda (desencadenada) per un augment de la ingesta de zinc, l’expressió de CRIP, que té una pronunciada afinitat d’unió al zinc (unió força), es produeix predominantment amb un baix subministrament de zinc alimentari (dietètic). Emmagatzemant l’excés de zinc en forma de zinc tioneïna i alliberant-lo al sang només quan es necessita, la metalotioneïna actua com a reserva o tampó de zinc intracel·lular per controlar el concentració de Zn2 + lliure. La MT es considera el sensor més important per a la regulació de l’homeòstasi del zinc. El transport de Zn2 + a través de la membrana basolateral dels enteròcits al torrent sanguini està mediat per sistemes de transport específics, per exemple, pel transportador de zinc-1 (ZnT-1). En la llet maternaes podrien descobrir lligands o proteïnes específics d’unió al zinc de baix pes molecular que, per la seva bona digestibilitat i el seu procés d’absorció específic, augmenten l’absorció intestinal de zinc al nounat fins i tot abans que es formin altres mecanismes d’absorció. En canvi, el zinc a la vaca llet està unit a la caseïna, una barreja de diverses proteïnes, algunes de les quals són difícils de digerir. En conseqüència, el zinc de les dones llet exhibeix significativament més alt biodisponibilitat que de vaca llet. La taxa d’absorció del zinc oscil·la de mitjana entre el 15-40% i depèn de l’estat de subministrament anterior (estat nutricional) o requisit fisiològic i de la presència de determinats components dietètics. Augment de la necessitat de zinc, per exemple durant el creixement, embaràs i l'estat de deficiència, condueix a una major absorció dels aliments (30-100%) com a resultat d'una major expressió de DMT-1, proteïnes Zip i CRIP en enteròcits. En canvi, quan el cos està ben proveït de zinc, la taxa d’absorció dels aliments és baixa perquè, d’una banda, el mecanisme de transport actiu (DMT-1, proteïnes Zip) està regulat a la baixa (regulat a la baixa) i, d’altra banda, l 'oligoelement està cada vegada més lligat per MT i es manté com a tioneïna de zinc al mucosa cèl·lules (cèl·lules mucoses de la intestí prim). Els components dietètics següents afavoreixen l’absorció intestinal de zinc:
- Lligands de baix pes molecular que s’uneixen al zinc i s’absorbeixen com a complex.
- La vitamina C (àcid ascòrbic), el citrat (àcid cítric) i l’àcid picolínic (àcid piridina-2-carboxílic, intermedis en el metabolisme de l’aminoàcid triptòfan) afavoreixen l’absorció de zinc a concentracions fisiològiques, mentre que això s’inhibeix quan s’ingereixen dosis elevades.
- Els aminoàcids, Com ara cisteïna, metionina, glutamina i la histidina, per exemple, de carn i cereals, amb un contingut elevat de zinc biodisponibilitat.
- Les proteïnes dels aliments d'origen animal, com la carn, els ous i el formatge, són fàcilment digeribles i es caracteritzen per una alta biodisponibilitat de la porció de zinc dels seus complexos d'aminoàcids
- Quelants naturals o sintètics (compostos que poden fixar cations lliures divalents o polivalents en complexos estables amb forma d’anell), com el citrat (àcid cítric) de fruites i l’EDTA (àcid etilendiaminetetraacètic), que s’utilitza, entre altres coses, com a conservant i les drogues, per exemple, en la intoxicació per metalls, estimulen l’absorció de zinc en quantitats fisiològiques mitjançant la unió del zinc d’altres complexos, mentre que això s’inhibeix quan s’ingereixen dosis elevades.
Els ingredients dietètics següents inhibeixen l'absorció de zinc a dosis més altes [1-3, 5, 8, 12, 14-16, 18, 19, 22, 23, 25]:
- Minerals, Com ara calci - La ingesta de grans quantitats de calci, per exemple, a través de suplements (suplements dietètics).
- El calci forma complexos insolubles de zinc i fitat de calci amb zinc i àcid fític (hexafosfat de mioinositol de cereals i llegums), que disminueixen l’absorció intestinal de zinc i augmenten les pèrdues de zinc enteric
- El calci divalent (Ca2 +) competeix amb Zn2 + a la membrana enterocitària apical (cara a l’intestí) pels llocs d’unió al DMT-1 i desplaça el zinc d’aquest mecanisme de transport
- Oligoelements, com ara ferro i coure: subministrament de dosis elevades de preparats de ferro (II) i coure (II), respectivament.
- El ferro trivalent (Fe3 +) té un efecte menys inhibidor que el ferro bivalent (Fe2 +), que perjudica l’absorció de zinc ja en una proporció Fe: Zn de 2: 1 a 3: 1
- La inhibició de la captació de Zn2 + en enteròcits (cèl·lules de l’epiteli intestinal prim) per Fe2 + i Cu2 +, respectivament, es produeix per desplaçament de DMT-1
- L’hemiron (Fe2 + unit a una molècula de porfirina com a component de proteïnes, com l’hemoglobina) no té cap efecte sobre l’absorció de zinc
- En deficiència de ferro, augmenta l’absorció de zinc
- Metalls pesants, com el cadmi
- Els aliments rics en cadmi inclouen llavors de lli, fetge, bolets, mol·luscs i altres mariscs, a més de cacau en pols i algues seques
- Els fertilitzants artificials de vegades contenen alts nivells de cadmi, cosa que condueix a l’enriquiment de les terres agrícoles i, per tant, gairebé tots els aliments amb el metall pesat
- El cadmi inhibeix l’absorció de zinc en concentracions elevades per una banda mitjançant la formació de complexos poc solubles, especialment el cadmi tetravalent, per altra banda per desplaçament de DMT-1, si el cadmi és present en forma divalent (Cd2 +)
- La fibra dietètica, com l’hemicel·lulosa i la lignina del segó de blat, el zinc complex i, per tant, priven l’element traça d’absorció intestinal.
- Àcid fític (èster hexafosfòric del mioinositol amb propietats complexants) de cereals i llegums - formació de complexos insolubles de zinc-càlcit de fitat, reduint tant l’absorció intestinal de zinc dels aliments com la reabsorció de zinc endogen
- Els glicòsids i glucosinolats de l’oli de mostassa, respectivament (compostos químics que contenen sofre (S) i nitrogen (N) formats a partir d’aminoàcids), que es troben en verdures com el rave, la mostassa, el berro i la col, tendeixen a formar complexos concentracions
- Els tanins (tanins vegetals), per exemple, del te i el vi verd i negre, són capaços d’unir el zinc i reduir-ne la biodisponibilitat.
- Quelants, com EDTA (àcid etilendiaminotetraacètic, agent de complexació de sis dentats que forma complexos quelats particularment estables amb cations lliures divalents o polivalents).
- Alcoholisme crònic, abús laxant (abús de laxants): l'alcohol i els laxants estimulen el trànsit intestinal, pel qual el zinc subministrat per via oral no pot ser prou absorbit per la mucosa intestinal (mucosa intestinal) i s'excreta predominantment a les femtes.
L’absència de substàncies inhibidores de l’absorció, com l’àcid fític, i la unió del zinc a proteïnes o fàcilment digeribles aminoàcids, Com ara cisteïna, metionina, glutamina i la histidina, són el motiu pel qual el zinc és més biodisponible a partir d’aliments d’origen animal, com la carn, ous, peixos i mariscs que no pas d’aliments d’origen vegetal, com ara productes cereals i llegums [1, 2, 6-8, 16, 18, 23]. En vegetarians estrictes que consumeixen majoritàriament cereals i llegums i que tenen una dieta amb una elevada relació fitat-zinc (> 15: 1), disminueix l’absorció intestinal de zinc, cosa que pot augmentar les seves necessitats de zinc fins a un 50%. No obstant això, alguns estudis han demostrat que quan es consumeixen aliments rics en fitats durant un període de temps més llarg, la capacitat d’absorció intestinal de l’organisme s’adapta a les condicions més difícils, de manera que es pot garantir una absorció suficient de zinc. A diferència dels adults, els nens encara no són capaços d’adaptar l’absorció intestinal a condicions específiques, de manera que els nens d’alimentació vegetariana són més sensibles a la ingesta insuficient de zinc. L’augment de les necessitats de zinc durant el creixement augmenta encara més el risc de patir deficiència de zinc en vegetarians joves. El biodisponibilitat de zinc dels aliments rics en fitats es pot augmentar mitjançant l’activació o l’addició de l’enzim fitasa. La fitasa apareix de forma natural en les plantes, inclosos el germen i el segó dels grans de cereals, i en els microorganismes i condueix a la hidròlisi després de l’activació per efectes físics, com la mòlta i la inflor de grans, o com a component de microorganismes, com ara àcid làctic els bacteris i llevats, que serveixen al procés de fermentació (degradació microbiana de substàncies orgàniques per a la conservació, afluixament de la massa, millora de sabor, digestibilitat, etc.). ), a escissió hidrolítica (degradació per reacció amb aigua) d’àcid fític en els aliments. En conseqüència, zinc de farina integral acidificada pa té una biodisponibilitat superior a la del pa integral sense acidificar. L’absorció de zinc dels aliments rics en fitats també es pot augmentar amb una elevada proporció de proteïnes animals dieta, com per exemple, menjant farina integral pa i mató junt. L’amino àcids alliberats durant la digestió de proteïnes intestinals s’uneixen al zinc i, per tant, eviten la formació de complexos no absorbibles de zinc-fitat. A més dels components dietètics enumerats, afeccions luminals com el pH i la intensitat digestiva, fetge, pàncrees (pàncrees) i ronyó funció, malalties paràsites, infeccions, procediments quirúrgics, estrèsi les hormones com ara la sèrie-2 prostaglandines (les hormones del teixit derivades de l'àcid araquidònic (àcid gras omega-6)) també poden afectar l'absorció intestinal de zinc. Tot i que la prostaglandina-E2 (PGE2) afavoreix el transport de zinc a través de la paret intestinal al torrent sanguini, la prostaglandina-F2 (PGF2) condueix a la reducció de l’absorció de zinc.
Transport i distribució al cos
Amb una mitjana concentració d’aproximadament 20-30 mg / kg de pes corporal, que correspon a un contingut corporal total d’adults d’1.5-2.5 g, el zinc representa el segon oligoelement essencial més abundant en l’organisme humà després del ferro [3, 6-8, 19, 23 ]. Als teixits i òrgans, la major part del zinc (95-98%) és present intracel·lularment (dins de les cèl·lules). Només una petita proporció de zinc corporal es troba a l’espai extracel·lular (fora de les cèl·lules). Tant el zinc intracel·lular com l’extracel·lular s’uneixen predominantment a les proteïnes. Teixits i òrgans amb el més alt concentració de zinc inclouen Sant Martí (obertura de l'ull acolorida per pigments que regula la incidència de la llum) i retina (retina) de l'ull, testicles (testicles), pròstata, illots de Langerhans del pàncrees (col·leccions de cèl·lules del pàncrees, que ambdues registren sang glucosa nivells i produeixen i secreten / secreten insulina), os, fetge, ronyó, cabell, pell i les ungles, i urinària bufeta i miocardi (cor múscul). Quant a la quantitat, el múscul (60%, ~ 1,500 mg) i l'os (20-30%, ~ 500-800 mg) contenen la major quantitat de zinc. A les cèl·lules dels teixits i òrgans esmentats, el zinc és un component integral i / o cofactor de nombrosos enzims, especialment del grup de les oxidoreductases (enzims que catalitzen les reaccions d’oxidació i reducció) i de les hidrolases (enzims que divideixen els compostos hidrolíticament (per reacció amb aigua)). A més, el zinc intracel·lular està parcialment unit a la metalotioneïna, la síntesi de la qual és induïda per concentracions elevades de zinc. MT emmagatzema l'excés de zinc i el manté disponible per a funcions intracel·lulars. La inducció de l’expressió MT també es produeix per les hormones, Com ara glucocorticoides (esteroide les hormones de l’escorça suprarenal), glucagó (hormona peptídica responsable de l’augment sang glucosa nivells) i epinefrina (estrès hormona i neurotransmissor de la medul·la suprarenal), que juga un paper especialment en la malaltia i estrès i condueix a la redistribució del zinc a l’organisme. Per exemple, a insulina-dependent diabetis mellitus, es pot observar una redistribució del zinc, amb nivells de zinc al plasma i eritròcits i leucòcits augmentant en correlació amb l 'extensió de hiperglucèmia (sang elevada glucosa nivells). Només al voltant del 0.8% (~ 20 mg) de l'inventari corporal total de zinc es localitza a la sang (61-114 µmol / l), dels quals un 12-22% es troba al plasma i un 78-88% als components sanguinis cel·lulars - eritròcits (glòbuls vermells), leucòcits (glòbuls blancs), plaquetes. Al plasma, més de la meitat del zinc (~ 67%) està lligat lliurement albúmina (proteïna globular) i aproximadament un terç està fortament unit a l’alfa-2-macroglobulina, com la caeruloplasmina. A més, vinculant a transferrina (beta-globulina, principalment responsable del transport del ferro), gamma-globulines, com la immunoglobulina A i G (anticossos), i amino àcids, com la cisteïna i la histidina, es van poder observar. Les concentracions plasmàtiques de zinc són d’11-17 µmol / l (70-110 µg / dl) i estan influïdes pel gènere, l’edat, el ritme circadià (ritme intern del cos), la ingesta d’aliments, l’estat de les proteïnes, l’estat hormonal, l’estrès i els mecanismes reguladors de absorció (captació) i excreció (eliminació), entre altres factors [1-3, 12, 18, 19, 23]. Mentre que les reaccions de fase aguda (respostes inflamatòries agudes al dany tissular com a resposta immune no específica del cos), l'esforç físic, l'estrès, les infeccions, la crònica malalties, hipalbuminèmia (disminució albúmina concentració al plasma sanguini), anticonceptius orals (píndoles anticonceptives) i embaràs lead per augmentar la captació de zinc als teixits i, per tant, disminuir la concentració sèrica de zinc, corticosteroides (hormones esteroides de l’escorça suprarenal), citocines (proteïnes que regulen el creixement i la diferenciació cel·lular), com la interleucina-1 i la interleucina-6, la ingesta d’aliments i la congestió venosa durant el mostreig de sang resulta en un augment de la concentració sèrica de zinc. Hi ha poca resposta dels nivells sèrics de zinc a la ingesta marginal o límit desnutrició i el catabolisme (metabolisme de degradació), ja que es manté constant mitjançant l'alliberament de zinc del teixit muscular i / o ossi. Per tant, fins i tot en un estat de deficiència, la concentració sèrica de zinc encara pot estar dins del rang normal, motiu pel qual el nivell sèric de zinc només té un ús molt limitat per determinar l’estat del zinc. En adults, la concentració de zinc per cèl·lula sanguínia en leucòcits supera la de plaquetes i eritròcits en relació amb el contingut de la sang total, els eritròcits contenen un 25-80%, plaquetes al voltant del 4% i els leucòcits al voltant del 3% de zinc. En els eritròcits, el zinc es troba predominantment (80-88%) a l’anhidrasa carbònica (enzim dependent del zinc que catalitza la conversió de carboni diòxid i aigua a hidrogen carbonat i viceversa: CO2 + H2O ↔ HCO3- + H +) i aproximadament un 5% unit a la superòxid dismutasa de Cu / Zn (dependent del coure i del zinc) antioxidant enzim que converteix els anions superòxid en hidrogen peròxid: 2O2- + 2H + → H2O2 + O2). En els leucòcits, l’element traça es troba principalment en un enllaç amb la fosfatasa alcalina (enzim dependent del zinc que elimina fosfat grups de diversos molècules, com les proteïnes, per escissió hidrolítica de àcid fosfòric èsters i funciona de manera més eficaç a un pH alcalí). A més del enzims a la llista, el zinc present a les cèl·lules sanguínies està unit a la metalotioneïna, depenent de l’estat de zinc de la cèl·lula. De lluny, la secreció més rica en zinc del cos és esperma, la concentració de zinc de la qual supera la del plasma sanguini en un factor de 100. A diferència de l’element traça ferro, l’organisme no té grans reserves de zinc. El grup de zinc metabòlicament actiu o intercanviable ràpidament és relativament petit i arriba a 2.4-2.8 mmol (157-183 mg). Es representa principalment pel zinc del plasma sanguini, fetge, pàncrees, ronyó i melsa, que pot alliberar l'element traça relativament ràpidament després d'una ràpida absorció. Els òrgans i els teixits, com ara ossos, músculs i eritròcits (glòbuls vermells), en canvi, absorbeixen el zinc lentament i el retenen durant molt de temps, amb administració of vitamina D augment de la retenció. La petita mida de la piscina de zinc metabòlicament activa és el motiu pel qual la ingesta marginal es pot fer ràpidament lead als símptomes de deficiència si es pertorba l’adaptació (ajustament) a la ingesta. Per aquest motiu, la ingesta dietètica contínua de zinc és fonamental. Hi ha diversos transportistes transmembrana implicats en el transport i regulació del zinc a nivell intercel·lular i intracel·lular. Tot i que el DMT-1 transporta Zn2 + a les cèl·lules, els transportadors específics de zinc (ZnT-1 a ZnT-4) s’encarreguen de transportar Zn2 + dins i fora de les cèl·lules, amb ZnT-1 i ZnT-2 que només actuen com a exportadors. L’expressió de DMT-1 i ZnT es produeix en molts òrgans i teixits diferents. Per exemple, ZnT-1 s'expressa principalment en intestí prim i ZnT-3 només s'expressa en cervell i testicles. Aquest darrer sistema de transport condueix a l'acumulació vesicular de zinc, cosa que suggereix la participació en l'espermatogènesi. On i fins a quin punt se sintetitzen DMT-1 i ZnT-1 a ZnT-4, respectivament, està influït, entre altres coses, per factors hormonals, així com per les health estat: independent de la concentració de metalotioneïna ... Per exemple, les reaccions inflamatòries agudes, les infeccions i l'estrès, respectivament, els corticoides (hormones esteroides de l'escorça suprarenal) i les citoquines (proteïnes que regulen el creixement i la diferenciació de les cèl·lules) indueixen una expressió intracel·lular augmentada de la transmembrana transportadors i, per tant, una major captació de Zn2 + a les cèl·lules del teixit i alliberament de Zn2 + al torrent sanguini, respectivament.
Excreció
El zinc s’excreta principalment (~ 90%) per l’intestí a les femtes. Això inclou tant el zinc no absorbit dels aliments com el zinc dels enteròcits exfoliats (cèl·lules de l’intestí prim epiteli). A més, hi ha zinc contingut en pàncrees (pàncrees), biliar (bilis), i secrecions intestinals (intestinals), que alliberen l’element traça a la llum intestinal. En una petita mesura (≤ 10%), el zinc s’excreta a través dels ronyons per l’orina. Altres pèrdues es produeixen mitjançant pell, cabell, suor, semen i cicle menstrual. De manera similar a l’element traça coure, l’homeòstasi (mantenint un entorn intern constant) del zinc es regula principalment per l’excreció enterica (excreció per l’intestí) a més de l’absorció intestinal. A mesura que augmenta la ingesta oral, també augmenta l'excreció fecal de zinc (<0.1 a diversos mg / d) i viceversa. En canvi, el nivell d’excreció renal de zinc (150-800 µg / d) no es veu afectat pel subministrament de zinc, sempre que no hi hagi deficiència de zinc. En diverses condicions, com la fam i el postoperatori (després de procediments quirúrgics), així com en malalties, com ara síndrome nefròtica (malaltia dels corpuscles renals), diabetis mellitus, crònica alcohol consum, cirrosi alcohòlica (malaltia hepàtica crònica en fase final) i porfíria (malaltia metabòlica hereditària caracteritzada per una alteració de la biosíntesi de l'heme pigmentari de la sang vermella), es pot augmentar l'excreció renal de zinc. La facturació global del zinc és relativament lenta. La vida mitjana biològica del zinc és de 250 a 500 dies, probablement a causa del zinc del pell, múscul ossi i esquelètic.
