Zinc: definición, síntesis, absorción, transporte y distribución

Zinc es un elemento químico que lleva el símbolo de elemento Zn. Junto con de hierro, cobre, manganeso, Etc, zinc Pertenece al grupo de los metales de transición, en el que ocupa una posición especial debido a propiedades similares a los metales alcalinotérreos, como calcio y magnesio (→ configuración electrónica relativamente estable). En la tabla periódica, zinc tiene el número atómico 30 y se encuentra en el cuarto período y, según el recuento desactualizado, en el segundo subgrupo (grupo de zinc), análogo a los metales alcalinotérreos como el segundo grupo principal. Según la nomenclatura actual de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), el zinc se encuentra en el grupo 4 con cadmio y mercurio. Debido a su configuración electrónica, el zinc forma fácilmente enlaces coordinativos en organismos vegetales y animales, preferentemente con aminoácidos y proteínas, respectivamente, en el que está presente principalmente como un catión divalente (Zn2 +). Por esta razón, a diferencia de de hierro or cobre, el zinc no está directamente involucrado en reacciones redox (reacciones de reducción / oxidación). Propiedades fisicoquímicas similares, como isoelectricidad, coordinación número, y configuración sp3, son la razón por la cual antagonista (opuesto) interacciones ocurren entre zinc y cobre. En el organismo de los mamíferos, el zinc es una de las sustancias cuantitativamente importantes. oligoelementos, junto con de hierro. Su participación casi integral en las reacciones biológicas más diversas hace que el zinc sea uno de los más importantes oligoelementos. Su esencialidad (vitalidad) para los procesos biológicos se demostró hace más de 100 años con la ayuda de estudios en plantas. El contenido de zinc de los alimentos, que suele variar entre 1 y 100 mg por kg de peso fresco o porción comestible, varía mucho según las condiciones de crecimiento y producción. Alimentos de origen animal, como carnes magras de músculo rojo, aves, despojos, crustáceos y mariscos, como ostras y Cangrejos, algunos tipos de pescado, como el arenque y el eglefino, Huevos, y los productos lácteos, como los quesos duros, son buenas fuentes de zinc debido a la unión preferencial del oligoelemento a proteínas. Alimentos ricos en proteínas de origen vegetal, como cereales integrales, legumbres, frutos secos y semillas, también tienen altos niveles de zinc. Sin embargo, si los componentes proteicos se eliminan de los productos vegetales crudos, como los cereales, mediante molienda o descamación durante la producción de alimentos, el contenido de zinc también suele reducirse. Por ejemplo, los productos de harina blanca tienen bajas concentraciones de zinc [2, 5, 6-9, 12, 18, 19, 23]. La contribución de un alimento al suministro de zinc está determinada menos por el contenido absoluto de zinc que por la relación de absorción-inhibir para promover los constituyentes de los alimentos. Los factores que inhiben o promueven el zinc. absorción se discuten a continuación.

Resorción

Absorción (captación a través del intestino) de zinc se produce en todo el intestino delgado, predominantemente en el duodeno (duodeno) y yeyuno (yeyuno), tanto por un mecanismo activo como pasivo. A concentraciones luminales bajas (en el tracto intestinal), el zinc es absorbido por los enterocitos (células del intestino delgado). epitelio) en forma de Zn2 + por medio del transportador de metales divalentes-1 (DMT-1), que transporta metales de transición divalentes junto con protones (H +), o unidos a péptidos, presumiblemente como un complejo de glicina-glicina-histidina-zinc, por medio de soportes específicos de zinc, los llamados Zip proteínas. Este proceso depende de la energía y se satura a altas concentraciones de zinc intraluminal. La cinética de saturación del mecanismo de transporte activo hace que el zinc sea absorbido adicionalmente (captado) paracelularmente (masa transferencia a través de espacios intercelulares) por difusión pasiva a altas dosis, pero esto no tiene consecuencias en las dietas normales. En los enterocitos, el zinc se une a proteínas específicas, de las cuales se han identificado dos hasta ahora: la metalotioneína (MT, proteína citosólica de unión a metales pesados ​​con alto contenido de azufre (S) -aminoácido que contiene cisteina (alrededor del 30% en moles), que puede unir 7 moles de zinc por mol) y la proteína intestinal rica en cisteína (que afecta al dram) (CRIP). Ambas proteínas son responsables del transporte de zinc a través del citosol (componentes líquidos de la célula) a la membrana basolateral (en dirección opuesta al intestino) por un lado, y del almacenamiento de zinc intracelular (dentro de la célula) por el otro. MT y CRIP en enterocitos se correlaciona (está interrelacionado) con el contenido de zinc del dieta. Mientras que la síntesis de MT es inducida (desencadenada) por una mayor ingesta de zinc, la expresión de CRIP, que tiene una afinidad de unión de zinc pronunciada (unión fuerza), ocurre predominantemente con bajo aporte de zinc alimentario (dietético). Almacenando el exceso de zinc en forma de tioneína de zinc y liberándolo al sangre sólo cuando es necesario, la metalotioneína actúa como una reserva de zinc intracelular o tampón para controlar la concentración de Zn2 + libre. MT se considera el sensor más importante para la regulación de la homeostasis del zinc. El transporte de Zn2 + a través de la membrana basolateral de los enterocitos hacia el torrente sanguíneo está mediado por sistemas de transporte específicos, por ejemplo, por el transportador de zinc-1 (ZnT-1). En la leche materna, podrían descubrirse ligandos o proteínas de unión a zinc de bajo peso molecular específicos que, debido a su buena digestibilidad y su proceso de absorción específico, aumentan la captación intestinal de zinc en el recién nacido incluso antes de que se formen otros mecanismos de absorción. Por el contrario, el zinc en la vaca leche se une a la caseína, una mezcla de varias proteínas, algunas de las cuales son difíciles de digerir. En consecuencia, el zinc de las mujeres leche exhibe significativamente más alto biodisponibilidad que de vaca leche. La tasa de absorción de zinc es en promedio entre 15-40% y depende del estado de suministro anterior - estado nutricional - o requerimiento fisiológico y de la presencia de ciertos componentes dietéticos. Mayor requerimiento de zinc, por ejemplo durante el crecimiento, embarazo y estado de deficiencia, conduce a una mayor absorción de los alimentos (30-100%) como resultado de una mayor expresión de DMT-1, proteínas Zip y CRIP en los enterocitos. Por el contrario, cuando el cuerpo está bien abastecido de zinc, la tasa de absorción de los alimentos es baja porque, por un lado, el mecanismo de transporte activo (DMT-1, proteínas Zip) está regulado a la baja (regulado a la baja) y, por otro lado, el oligoelemento se une cada vez más a MT y permanece como zinc tioneína en el mucosa células (células de la mucosa del intestino delgado). Los siguientes componentes dietéticos promueven la absorción intestinal de zinc:

  • Ligandos de bajo peso molecular que se unen al zinc y se absorben como un complejo.
    • La vitamina C (ácido ascórbico), el citrato (ácido cítrico) y el ácido picolínico (ácido piridin-2-carboxílico, intermedio en el metabolismo del aminoácido triptófano) promueven la absorción de zinc en concentraciones fisiológicas, mientras que se inhibe cuando se ingieren dosis altas.
    • Aminoácidos, Tales como cisteina, metionina, glutamina e histidina, por ejemplo, de carnes y cereales, cuyo contenido de zinc tiene un alto biodisponibilidad.
  • Las proteínas de los alimentos de origen animal, como la carne, los huevos y el queso, son fácilmente digeribles y se caracterizan por una alta biodisponibilidad de la porción de zinc de sus complejos de aminoácidos.
  • Quelantes naturales o sintéticos (compuestos que pueden fijar cationes divalentes o polivalentes libres en complejos estables en forma de anillo), como el citrato (ácido cítrico) de frutas y el EDTA (ácido etilendiaminotetraacético), que se utiliza, entre otras cosas, como conservante. y el fármaco, por ejemplo, en el envenenamiento por metales, estimulan la absorción de zinc en cantidades fisiológicas al unir el zinc de otros complejos, mientras que esto se inhibe cuando se ingieren dosis altas

Los siguientes ingredientes dietéticos inhiben la absorción de zinc en dosis más altas [1-3, 5, 8, 12, 14-16, 18, 19, 22, 23, 25]:

  • Minerales, Tales como calcio - ingesta de grandes cantidades de calcio, por ejemplo, a través de suplementos (suplementos dietéticos).
    • El calcio forma complejos insolubles de zinc-fitato de calcio con zinc y ácido fítico (hexafosfato de mioinositol de cereales y legumbres), que disminuyen la absorción intestinal de zinc y aumentan las pérdidas entéricas de zinc.
    • El calcio divalente (Ca2 +) compite con el Zn2 + en la membrana del enterocito apical (que mira hacia el intestino) por los sitios de unión de DMT-1 y desplaza al zinc de este mecanismo de transporte
  • Los oligoelementos, como hierro y cobre - suministro de altas dosis de preparaciones de hierro (II) y cobre (II), respectivamente.
    • El hierro trivalente (Fe3 +) tiene un efecto menos inhibidor que el hierro bivalente (Fe2 +), lo que perjudica la absorción de zinc ya en una proporción Fe: Zn de 2: 1 a 3: 1
    • La inhibición de la captación de Zn2 + en los enterocitos (células del epitelio del intestino delgado) por Fe2 + y Cu2 +, respectivamente, ocurre por desplazamiento de DMT-1
    • El hemiron (Fe2 + unido en una molécula de porfirina como componente de proteínas, como la hemoglobina) no tiene ningún efecto sobre la absorción de zinc.
    • En la deficiencia de hierro, la absorción de zinc aumenta.
  • Metales pesados, como cadmio
    • Los alimentos ricos en cadmio incluyen linaza, hígado, hongos, moluscos y otros mariscos, así como cacao en polvo y algas secas.
    • Los fertilizantes artificiales a veces contienen altos niveles de cadmio, lo que conduce al enriquecimiento de las tierras agrícolas y, por lo tanto, a casi todos los alimentos con el metal pesado.
    • El cadmio inhibe la absorción de zinc en altas concentraciones por un lado formando complejos poco solubles, especialmente cadmio tetravalente, por otro lado por desplazamiento de DMT-1, si el cadmio está presente en forma divalente (Cd2 +)
  • La fibra dietética, como la hemicelulosa y la lignina del salvado de trigo, completan el zinc y, por lo tanto, privan al oligoelemento de la absorción intestinal.
  • Ácido fítico (éster hexafosfórico de mioinositol con propiedades complejantes) de cereales y legumbres: formación de complejos insolubles de zinc-fitato de calcio, que reduce tanto la absorción intestinal de zinc de los alimentos como la reabsorción de zinc endógeno.
  • Los glucósidos y glucosinolatos del aceite de mostaza, respectivamente (compuestos químicos que contienen azufre (S) y nitrógeno (N) formados a partir de aminoácidos), que se encuentran en vegetales como el rábano, la mostaza, el berro y el repollo, tienden a formar complejos en niveles altos. concentraciones
  • Los taninos (taninos vegetales), por ejemplo, del té verde y negro y el vino, pueden unir zinc y reducir su biodisponibilidad.
  • Quelantes, como EDTA (ácido etilendiaminotetraacético, agente complejante de seis dentados que forma complejos de quelatos particularmente estables con cationes divalentes o polivalentes libres).
  • Alcoholismo crónico, abuso de laxantes (abuso de laxantes): el alcohol y los laxantes estimulan el tránsito intestinal, por lo que el zinc administrado por vía oral no puede ser absorbido lo suficiente por la mucosa intestinal (mucosa intestinal) y se excreta predominantemente en las heces.

La ausencia de sustancias inhibidoras de la absorción, como el ácido fítico, y la unión del zinc a proteínas o proteínas fácilmente digeribles. aminoácidos, Tales como cisteina, metionina, glutamina e histidina, son la razón por la que el zinc es más biodisponible a partir de alimentos de origen animal, como la carne, Huevos, pescados y mariscos, que de alimentos de origen vegetal, como productos de cereales y legumbres [1, 2, 6-8, 16, 18, 23]. En los vegetarianos estrictos que consumen predominantemente cereales y legumbres y cuyas dietas tienen, por tanto, una alta relación fitato / zinc (> 15: 1), la absorción intestinal de zinc disminuye, lo que puede aumentar sus necesidades de zinc hasta en un 50%. Sin embargo, algunos estudios han demostrado que cuando los alimentos ricos en fitatos se consumen durante un período de tiempo más prolongado, la capacidad de absorción intestinal del organismo se adapta a las condiciones más difíciles, por lo que se puede asegurar una absorción suficiente de zinc. A diferencia de los adultos, los niños aún no pueden adaptar la absorción intestinal a condiciones específicas, por lo que los niños alimentados con vegetarianos son más sensibles a la ingesta insuficiente de zinc. El mayor requerimiento de zinc durante el crecimiento aumenta aún más el riesgo de deficiencia de zinc en jóvenes vegetarianos. La biodisponibilidad de zinc de alimentos ricos en fitatos se puede aumentar mediante la activación o adición de la enzima fitasa. La fitasa se encuentra naturalmente en las plantas, incluido el germen y el salvado de los granos de cereales, y en los microorganismos y conduce a la hidrólisis después de la activación por efectos físicos, como la molienda y el hinchamiento de los granos, o como componente de microorganismos, como ácido láctico bacterias y levaduras, que sirven al proceso de fermentación (degradación microbiana de sustancias orgánicas con fines de conservación, desprendimiento de masa, mejora de llaves, digestibilidad, etc.). ), a la escisión hidrolítica (degradación por reacción con agua) de ácido fítico en los alimentos. En consecuencia, el zinc de la harina integral acidificada pan tiene una mayor biodisponibilidad que el pan integral no acidificado La absorción de zinc de los alimentos ricos en fitatos también puede incrementarse por una alta proporción de proteínas animales en el dieta, por ejemplo, al comer alimentos integrales pan y requesón juntos. El amino ácidos liberados durante la digestión de las proteínas intestinales se unen al zinc y así previenen la formación de complejos de zinc-fitato no absorbibles. Además de los componentes dietéticos enumerados, las condiciones luminales como el pH y la intensidad digestiva, hígado, páncreas (páncreas) y riñón función, enfermedades parasitarias, infecciones, procedimientos quirúrgicos, estrés y hormonas como la serie 2 Prostaglandinas (hormonas tisulares derivadas del ácido araquidónico (ácido graso omega-6)) también pueden afectar la absorción intestinal de zinc. Mientras que la prostaglandina-E2 (PGE2) promueve el transporte de zinc a través de la pared intestinal hacia el torrente sanguíneo, la prostaglandina-F2 (PGF2) conduce a la reducción de la absorción de zinc.

Transporte y distribución en el cuerpo

Con un promedio concentración de aproximadamente 20-30 mg / kg de peso corporal, correspondiente a un contenido corporal total de un adulto de aproximadamente 1.5-2.5 g, el zinc representa el segundo oligoelemento esencial más abundante en el organismo humano después del hierro [3, 6-8, 19, 23 ]. En tejidos y órganos, la mayor parte del zinc (95-98%) está presente intracelularmente (dentro de las células). Sólo una pequeña proporción del zinc corporal se encuentra en el espacio extracelular (fuera de las células). Tanto el zinc intracelular como el extracelular se unen predominantemente a proteínas. Tejidos y órganos con la mayor concentración de zinc incluyen iris (apertura del ojo coloreada por pigmentos que regula la incidencia de la luz) y retina (retina) del ojo, testículos (Testículos), próstata, islotes de Langerhans del páncreas (conjuntos de células en el páncreas, que registran ambos sangre glucosa niveles y producen y secretan / secretan insulina), hueso, hígado, riñón, pelo, piel y uñasy urinario vejiga y miocardio (corazón músculo). En términos de cantidad, el músculo (60%, ~ 1,500 mg) y el hueso (20-30%, ~ 500-800 mg) contienen la mayor cantidad de zinc. En las células de los tejidos y órganos antes mencionados, el zinc es un componente integral y / o cofactor de numerosos CRISPR-CasXNUMX, especialmente del grupo de las oxidorreductasas (enzimas que catalizan reacciones de oxidación y reducción) e hidrolasas (enzimas que escinden compuestos hidrolíticamente (por reacción con agua)). Además, el zinc intracelular está parcialmente unido a la metalotioneína, cuya síntesis es inducida por concentraciones elevadas de zinc. MT almacena el exceso de zinc y lo mantiene disponible para funciones intracelulares. La inducción de la expresión de MT también ocurre por hormonas, Tales como glucocorticoides (esteroide hormonas de la corteza suprarrenal), glucagón (hormona peptídica responsable de aumentar sangre glucosa niveles) y epinefrina (estrés hormona y neurotransmisor de la médula suprarrenal), que juega un papel especialmente en la enfermedad y estrés y conduce a la redistribución del zinc en el organismo. Por ejemplo, en insulina-dependiente diabetes mellitus, se puede observar una redistribución de zinc, con niveles de zinc en plasma y eritrocitos y leucocitos aumentando en correlación con el grado de hiperglucemia (sangre elevada glucosa niveles). Solo alrededor del 0.8% (~ 20 mg) del inventario corporal total de zinc se localiza en la sangre (61-114 µmol / l), de los cuales el 12-22% está en el plasma y el 78-88% en los componentes celulares de la sangre. - eritrocitos (las células rojas de la sangre), leucocitos (Las células blancas de la sangre), plaquetas. En el plasma, más de la mitad del zinc (~ 67%) está débilmente unido a albúmina (proteína globular) y aproximadamente un tercio está fuertemente unido a alfa-2-macroglobulina, como caeruloplasmina. Además, vinculante a transferrina (beta-globulina, que es principalmente responsable del transporte de hierro), gammaglobulinas, como inmunoglobulina A y G (anticuerpos) y amino ácidos, como la cisteína y la histidina. Las concentraciones plasmáticas de zinc son 11-17 µmol / l (70-110 µg / dl) y están influenciadas por el sexo, la edad, el ritmo circadiano (ritmo corporal interno), la ingesta de alimentos, el estado proteico, el estado hormonal, el estrés y los mecanismos reguladores de absorción (captación) y excreción (eliminación), entre otros factores [1-3, 12, 18, 19, 23]. Mientras que las reacciones de fase aguda (respuestas inflamatorias agudas al daño tisular como una respuesta inmune no específica del cuerpo), esfuerzo físico, estrés, infecciones, crónicas enfermedades, hipoalbuminemia (disminución albúmina concentración en plasma sanguíneo), anticonceptivos orales (píldoras anticonceptivas) y embarazo Lead para aumentar la absorción de zinc en los tejidos y, por lo tanto, disminuir la concentración sérica de zinc, corticosteroides (hormonas esteroides de la corteza suprarrenal), citocinas (proteínas que regulan el crecimiento y la diferenciación celular), como la interleucina-1 y la interleucina-6, la ingesta de alimentos y la congestión venosa durante la toma de muestras de sangre provoca un aumento de la concentración sérica de zinc. Hay poca respuesta de los niveles séricos de zinc a la ingesta marginal (límite) o desnutrición y catabolismo (metabolismo de descomposición), porque se mantiene constante mediante la liberación de zinc del tejido muscular y / o óseo. Por lo tanto, incluso en un estado de deficiencia, la concentración sérica de zinc todavía puede estar dentro del rango normal, razón por la cual el nivel sérico de zinc tiene un uso muy limitado para determinar el estado de zinc. En adultos, la concentración de zinc por célula sanguínea en leucocitos excede el de plaquetas y eritrocitos en un factor de aproximadamente 25. En relación con el contenido en sangre completa, los eritrocitos contienen 80-84%, plaquetas alrededor del 4% y los leucocitos alrededor del 3% de zinc. En los eritrocitos, el zinc se encuentra predominantemente (80-88%) en la anhidrasa carbónica (enzima dependiente de zinc que cataliza la conversión de carbono dióxido y agua a hidrógeno carbonato y viceversa: CO2 + H2O ↔ HCO3- + H +) y aproximadamente 5% unido a Cu / Zn superóxido dismutasa (dependiente de cobre y zinc antioxidante enzima que convierte los aniones superóxido en hidrógeno peróxido: 2O2- + 2H + → H2O2 + O2). En los leucocitos, el oligoelemento se encuentra principalmente en un enlace con la fosfatasa alcalina (enzima dependiente de zinc que elimina fosfato grupos de varios moléculas, como las proteínas, por escisión hidrolítica de ácido fosfórico ésteres y funciona más eficazmente a un pH alcalino). Además de CRISPR-CasXNUMX enumerados, el zinc presente en las células sanguíneas se une a la metalotioneína, dependiendo del estado de zinc de la célula. Con mucho, la secreción más rica en zinc del cuerpo es esperma, cuya concentración de zinc excede la del plasma sanguíneo en un factor de 100. A diferencia del oligoelemento hierro, el organismo no tiene grandes reservas de zinc. La reserva de zinc metabólicamente activa o rápidamente intercambiable es relativamente pequeña y asciende a 2.4-2.8 mmol (157-183 mg). Está representado principalmente por el zinc del plasma sanguíneo, hígado, páncreas, riñón y bazo, que puede liberar el oligoelemento con relativa rapidez después de una rápida absorción. Los órganos y tejidos, como huesos, músculos y eritrocitos (glóbulos rojos), por otro lado, absorben el zinc lentamente y lo retienen durante mucho tiempo, con la administración of vitamina D aumento de la retención. El pequeño tamaño de la reserva de zinc metabólicamente activo es la razón por la que la ingesta marginal puede Lead a síntomas de deficiencia si se altera la adaptación (ajuste) a la ingesta. Por esta razón, la ingesta dietética continua de zinc es esencial. Varios transportadores transmembrana están involucrados en la y regulación del zinc a nivel intercelular e intracelular. Mientras que DMT-1 transporta Zn2 + a las células, transportadores de zinc específicos (ZnT-1 a ZnT-4) son responsables de transportar Zn2 + tanto dentro como fuera de las células, con ZnT-1 y ZnT-2 actuando solo como exportadores. La expresión de DMT-1 y ZnT se produce en muchos órganos y tejidos diferentes. Por ejemplo, ZnT-1 se expresa principalmente en el intestino delgado y ZnT-3 se expresa solo en el cerebro y testículos. Este último sistema de transporte conduce a la acumulación vesicular de zinc, lo que sugiere una participación en la espermatogénesis. El lugar y la medida en que se sintetizan DMT-1 y ZnT-1 a ZnT-4, respectivamente, está influenciado, entre otras cosas, por factores hormonales, así como por los factores nutricionales y nutricionales individuales. salud estado - independiente de la concentración de metalotioneína ... Por ejemplo, reacciones inflamatorias agudas, infecciones y estrés, respectivamente, los corticosteroides (hormonas esteroides de la corteza suprarrenal) y las citocinas (proteínas que regulan el crecimiento y la diferenciación de las células) inducen un aumento de la expresión intracelular de la transmembrana transportadores y, por lo tanto, aumentó la captación de Zn2 + en las células tisulares y la liberación de Zn2 + en el torrente sanguíneo, respectivamente.

Excreción

El zinc se excreta principalmente (~ 90%) a través del intestino en las heces. Esto incluye tanto el zinc no absorbido de los alimentos como el zinc de los enterocitos exfoliados (células del intestino delgado). epitelio). Además, hay zinc contenido en páncreas (páncreas), biliares (bilis) y secreciones intestinales (intestino), que liberan el oligoelemento en la luz intestinal. En pequeña medida (≤ 10%), el zinc se excreta a través de los riñones en la orina. Otras pérdidas ocurren a través de piel, pelo, sudor, semen y ciclo menstrual. Similar al oligoelemento cobre, la homeostasis (mantener un ambiente interno constante) del zinc está regulada principalmente por la excreción entérica (excreción a través del intestino) además de la absorción intestinal. A medida que aumenta la ingesta oral, también aumenta la excreción fecal de zinc (<0.1 a varios mg / día) y viceversa. Por el contrario, el nivel de excreción renal de zinc (150-800 µg / d) no se ve afectado por el suministro de zinc, siempre que no haya una marcada deficiencia de zinc. En diversas condiciones, como inanición y postoperatorio (después de procedimientos quirúrgicos), así como en enfermedades, como síndrome nefrótico (enfermedad de los corpúsculos renales), diabetes mellitus, crónico alcohol consumo, cirrosis alcohólica (enfermedad hepática crónica en etapa terminal) y porfiria (enfermedad metabólica hereditaria caracterizada por una alteración en la biosíntesis del pigmento rojo hemo), la excreción renal de zinc puede aumentar. La rotación general de zinc es relativamente lenta. La vida media biológica del zinc es de 250 a 500 días, probablemente debido al zinc del piel, hueso y músculo esquelético.