Среди металлов, ионы которых входят в состав органических соединений, важное место принадлежит цинку. Биохимики внесли его в группу микроэлементов, чье содержание в клетке не превышает 0,0001 %. Катионы цинка можно встретить как в животных, так и в растительных организмах, где он входит в состав биологически активных веществ, например, таких как гормоны и ферменты, нуклеотиды, липиды и сложные эфиры. Роль цинка в организме человека многообразна: он необходим для правильного обмена веществ, нормального протекания иммунных процессов, осуществления репродуктивной функции. В данной статье мы подробнее рассмотрим свойства соединений, содержащих микроэлемент цинк, а также приведем примеры, иллюстрирующие его значение в поддержании гомеостаза человеческого организма.
Атом цинка как комплексообразователь
Большинство ферментов, обеспечивающих проведение реакций клеточного метаболизма, представляют собой комплексные вещества и содержат ионы железа, магния, меди, цинка. В биохимии они называются металлоорганическими соединениями. Роль цинка в организме человека заключается в том, что он, являясь центральным ионом, входит в состав молекул гормонов, ферментов и других биологически активных веществ, например инсулина, лактатдегидрогеназы, антипротеазного белка крови. Рассмотрим их свойства далее.
Регуляция гликолиза
Одним из этапов энергетического обмена в клетке является гликолиз – бескислородное расщепление глюкозы - основного энергетического вещества клетки. Он осуществляется в присутствии фермента лактатдегидрогеназы и приводит к превращению углевода в молочную кислоту. Избыточное содержание лактата отравляет цитоплазму клетки, для расщепления этого вещества до безвредной пировиноградной кислоты в цитозоле синтезируется цинксодержащий фермент. Его действие приводит к нейтрализации молочной кислоты в клетках сердечной мышцы, нефронах и миоцитах, освобождая цитоплазму от токсина, что подтверждает важную роль цинка в организме человека. Содержание лактатдегидрогеназы в крови используется в диагностике заболеваний, сопровождающихся патологическим усилением обмена веществ, в частности расщепления глюкозы, например, таких как рак печени, желудка, легких, воспалительных процессов почек и дегенеративных изменений в мышцах.
Роль цинка в развитии иммунной системы
Лимфатические узлы, вилочковая железа, красный костный мозг, небные миндалины вырабатывают клетки, обладающие выраженным защитным эффектом против бактерий, вирусов, чужеродных белков и токсинов. Уровень развития иммунной системы решающим образом влияет на состояние здоровья человека и во многом зависит от своевременного формирования защитных элементов: антител, интерферонов, фагоцитов, лимфоцитов, макрофагов. Как установили биохимические исследования, все вышеперечисленные вещества и клетки, борющиеся с инфекционным началом, образуются при непосредственном участии микроэлемента. Важная роль цинка в организме человека заключается в том, что он участвует в формировании Т-лимфоцитов и клеток-киллеров. Они несут основную нагрузку в обезвреживании болезнетворных бактерий и вирусов, вызывающих такие тяжелые заболевания, как туберкулез, пневмония, синдром иммунодефицита и т. д. Кроме того, ионы цинка активируют клеточные гены, отвечающие за своевременную ответную реакцию на стрессовые факторы внешней среды и повышение сопротивляемости организма к ним. Также и гормоны вилочковой железы – тимозин, тимопоэтин и тимулин- становятся активными в присутствии комплексных частиц цинка, что способствует усилению иммунных процессов.
Механизм воздействия микроэлемента на вирусную инфекцию
Чтобы расширить представление о том, какую роль играет цинк в организме человека, рассмотрим его функции в блокировании репликации нуклеиновых кислот и синтеза белковых молекул вирусов. Результаты микробиологических исследований подтвердили факт направленного антивирусного эффекта ионов цинка на возбудителей таких болезней, как герпес, энцефалит, грипп. В частности, микроэлемент способствует выделению в кровь различных видов интерферонов, что помогает на ранних стадиях заболевания купировать стремительное размножение вирусных частиц. В особенности это касается процессов трансляции белков возбудителя, которые оказываются заблокированными. Таким образом, биологическая роль цинка в организме человека заключается в его ярко выраженном противовирусном эффекте, обеспечивающем способность клеток противостоять патогенным агентам.
Как цинк регулирует репродуктивные функции человека?
Способность к размножению и продолжению рода – важнейшее свойство всех видов живых организмов. Для женского организма цинк необходим в период беременности, а его дефицит проявляется в симптомах предменструального синдрома: мигрени, появлении отеков и болевых спазмов. Микроэлемент является наиболее значимым для правильного развития мужской половой системы и фертильности гамет – сперматозоидов. Маскулинный тип формирования тела, нормальное функционирование половых желез – яичек и простаты, жизнеспособность спермы – такова роль цинка в организме мужчины. Цинк в виде комплексообразователя входит в состав важнейшего полового гормона – тестостерона, отвечающего за весь процесс сперматогенеза, репродуктивные свойства и либидо мужчины.
Рост организма и его зависимость от органических соединений цинка
Известно, что передняя доля гипофиза вырабатывает гормон соматотропин, от которого зависят физиологические процессы роста костной ткани. Наряду с гормоном роста в гипоталамусе происходит синтез инсулиноподобных молекул, представляющих собой полипептиды и называемых соматомединами. Они содержат атомы цинка и вместе с соматотропином поступают в кровь, влияя на процессы остеогенеза. Избыточное количество ростовых факторов приводит к таким заболеваниям, как гигантизм и акромегалия (непропорционально длинные конечности), а недостаток гормонов вызывает карликовость. Все вышеприведенные факты подтверждают решающую роль цинка в организме ребенка, процессы роста которого контролируются цинксодержащими гормонами.
Функции фермента карбоангидразы
В процессах катаболизма в клетках и межклеточной жидкости накапливается избыточное количество продуктов распада: уксусного альдегида, сложных эфиров, углекислого газа. Во избежание интоксикации в ферментную группу организма входит карбоангидраза. Она содержит комплексный ион цинка и усиливает реакцию взаимодействия вредных веществ с водой. В результате гидратации токсины нейтрализуются до безвредных для клетки соединений, например угольной кислоты. Фермент наряду с гемоглобином входит в состав эритроцитов всех млекопитающих, а не только человека. Карбоангидраза, содержащая цинк и находящаяся в красных кровяных тельцах, активизирует разложение токсичных кислых солей карбонатной кислоты, которые накапливаются в крови вследствие внутреннего дыхания, до воды и углекислого газа. Этот факт доказывает чрезвычайно важную роль цинка в жизнедеятельности живых организмов.
Цинксодержащий фермент – инсулин
Поджелудочная железа – один из главных органов пищеварительной системы, вырабатывает целый арсенал жизненно важных энзимов и гормонов, одним из которых является инсулин. Он содержит две белковые цепи, способные связываться с ионами цинка. В таком состоянии инсулин воздействует на глюкозу, находящуюся в плазме крови. Он снижает ее избыток, появляющийся после приема углеводов, содержащихся в хлебе, картофеле, кондитерских изделиях. Гормон вырабатывается островками Лангерганса поджелудочной железы, и при его недостаточном выделении у человека развивается сахарный диабет. Важная роль цинка в организме человека заключается еще и в том, что инсулин, содержащий его, также влияет на обмен белков и липидов, приводя к депонированию жира в сальнике и подкожной жировой клетчатке.
Чем опасен недостаток цинка для здоровья человека?
Ранее мы установили факт присутствия микроэлемента в виде центрального атома комплексных органических соединений, представленного в молекулах различных ферментов. Особое место среди них принадлежит биологически активным веществам - карбоксипептидазам, содержащим ионы цинка. Энзимы входят в состав панкреатического сока и необходимы для нормального переваривания пищи в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике. Они также участвуют в синтезе важнейших гормонов, контролирующих обмен веществ: вазопрессина, окситоцина, инсулина. Доказано влияние цинксодержащих карбоксипептидаз на механизмы свертывание крови, репарацию тканей, функции размножения. Очевидно, что дефицит цинка отражается на самочувствии и имеет следующие симптомы: резкое снижение иммунитета, подверженность депрессивным состояниям, нарушения в работе пищеварительной системы, аномалии в развитии репродуктивной функции. Все это может привести к необратимым изменениям в организме человека.
Значение правильного питания в профилактике дефицита цинка
Отличительной особенностью микроэлемента является то, что он медленно усваивается органами пищеварения из продуктов растительного и животного происхождения: говядины, молока, арахиса, тыквенных и кунжутных семян. Снижает всасывание цинка ворсинками эпителия тонкого кишечника избыточное содержание в химусе грубой клетчатки, фолиевой кислоты и ионов меди, кальция и кадмия, являющихся антагонистами цинка. Суточная потребность микроэлемента составляет для детей - от 3 до 7 мг, женщин – 8 мг, мужчин – 11 мг. Кратко роль цинка в организме человека можно охарактеризовать следующим образом: находясь в поджелудочной железе, гонадах, печени, лимфоцитах и мышцах, микроэлемент является жизненно необходимым для правильного протекания метаболических реакций, функционирования пищеварительной, эндокринной и половой систем человека.
