Metabolismo dello zinco

Lo zinco è un oligoelemento essenziale nel metabolismo per la crescita e lo sviluppo di tutti gli esseri viventi. Il corpo umano ne contiene mediamente 2 grammi, in particolare 2,5 grammi per i maschi e 1,5 grammi per le femmine. Quindi anche i fabbisogni giornalieri sono differenti a seconda del genere: 12 mg per maschi, 9 mg per le femmine.

Lo zinco nelle rocce e nel suolo

Lo zinco è il 23^o elemento chimico più abbondante nella crosta terrestre e si stima che una tonnellata di essa ne contenga 80 g. Il più comune minerale di zinco, contenuto nelle rocce e nei sedimenti, si chiama sfalerite o blenda (ZnS). L’azione corrosiva di sostanze acide, composti ossidanti e dei microrganismi del terreno porta lo zinco a staccarsi, a disciogliersi nell’acqua come Zn²⁺ e a rendersi disponibile per l’assorbimento radicale da parte delle piante. Gli animali erbivori assumono lo zinco dalle piante tramite l’alimentazione, e allo stesso modo lo zinco viene assimilato successivamente dai carnivori. Infine lo zinco ritorna al terreno in seguito alla degradazione della sostanza organica di origine animale e vegetale.

Le funzioni dello zinco negli animali

Lo zinco, assunto con il cibo viene attaccato dai succhi gastrici acidi e disciolto nei liquidi. Successivamente, nel duodeno, il succo pancreatico basico agisce in modo da legare Zn²⁺ ad alcune molecole organiche come il fitato. Poi, proseguendo nel tubo digerente, circa il 30% dello zinco assunto con gli alimenti è assorbito nell’intestino tenue e passa nel sangue, la quota che non viene assorbita è eliminata con le feci. Nel sangue lo zinco si lega per l’80% all’albumina e il rimanente 20% si lega all’α₂-macroglobulina. Tuttavia solo lo 0,1% dello zinco in corpo si trova nel sangue o nella matrice extracellulare, ben il 99% dello zinco è contenuto all’interno delle cellule. Il sangue provvede infatti alla distribuzione dello zinco nei vari tessuti in quantità diverse: il 60% si ritrova nei muscoli, il 30% nelle ossa, il 5% nella pelle e il 5% nel fegato come riserva (Fig. 1).

Metabolismo cellulare dello zinco

La quantità di zinco all’interno delle cellule (Fig. 2) è regolata da proteine detossificanti e scambiatrici chiamate metallotioneine. Le metallotioneine cedono lo zinco ad altre metalloproteine a seconda delle necessità. Pertanto, la maggior parte dello zinco rimane sempre legata a proteine cellulari, e la quantità di Zn²⁺ libero resta eccezionalmente bassa. Lo zinco entra ed esce dalle cellule attraversando le membrane cellulari grazie a delle proteine trasportatrici:

• le proteine ZIP importano lo zinco nel citoplasma,
• le ZnT invece lo veicolano all’interno di vescicole cellulari o all’esterno delle cellule.

Il traffico di vescicole contenenti zinco nelle sinapsi di precise aree del cervello svolge un ruolo importante e benefico per le funzioni di apprendimento e memoria a lungo termine. Inoltre lo zinco mantiene in funzione i recettori della dopamina, contribuendo così al buonumore.

Proteine contenenti zinco

Nel metabolismo animale sono numerosissimi gli enzimi che utilizzano lo zinco come cofattore:

• In alcune lo zinco fa parte del sito attivo dell’enzima, che altrimenti non funzionerebbe (funzione catalitica).
• In altre lo zinco si trova nei pressi del sito attivo e coadiuva l’azione catalitica di un altro ione metallico, come nella superossido dismutasi SOD1 (funzione cocatalitica).
• Un’altra situazione è quella in cui la presenza dello zinco è necessaria affinché la proteina mantenga la sua struttura (funzione strutturale). Come esempio di questa categoria ci sono i fattori di trascrizione con dominio a dito di zinco (zinc finger): proteine che interagiscono con precise sequenze di DNA, per attivarne l’espressione genica (Fig. 3). Tramite queste proteine lo zinco può controllare l’espressione delle metallotioneine, quella dei trasportatori ZIP e ZnT e il loro metabolismo a seconda delle esigenze del momento.

Zinco negli enzimi

Tra gli enzimi contenenti zinco si ricordano:

• le proteasi, che rompono le catene delle proteine, sfruttando il legame temporaneo tra lo Zn²⁺ e una molecola d’acqua. Tra di esse la più studiata è la carbossipeptidasi A.
• l’anidrasi carbonica, enzima contenuto nei globuli rossi che trasforma l’anidride carbonica in ione bicarbonato, rilasciando ioni H⁺. Questo si verifica nei capillari dei tessuti periferici, laddove gli H⁺ agiscono sulla struttura dell’emoglobina in modo da farle rilasciare l’ossigeno.
• la fosfatasi alcalina, che stacca i gruppi fosfato dalle catene carboniose. La sua presenza nel plasma sanguigno, ha un importante valore diagnostico.
• l’alcoldeidrogenasi, che opera un’ossidazione trasformando gli alcoli in aldeidi con l’impiego di NAD⁺ come coenzima .
• la DNA polimerasi, che duplica il DNA affinché le cellule possano dividersi ognuna in due cellule figlie.
• la RNA polimerasi, che ricopia i geni contenuti nel DNA su di un filamento di RNA in un passaggio del processo dell’espressione genica chiamato trascrizione.
• la superossido dismutasi SOD1, che contrasta la formazione dei radicali liberi.

Per il suo coinvolgimento nell’attivazione del patrimonio genetico attraverso i domini a dito di zinco, questo elemento è fondamentale per il differenziamento cellulare. Perciò lo zinco è particolarmente importante in tessuti che richiedono un rapido ricambio di cellule che si duplicano e muoiono per apoptosi sia durante lo sviluppo embrionale sia nelle prime fasi della crescita. In particolare l’assunzione di zinco influenza positivamente lo sviluppo del sistema immunitario, la salute della pelle e la crescita di capelli e unghie.

Tossicità dello zinco per gli organismi acquatici

Lo ione Zn²⁺ interagisce molto bene con l’acqua e per questa ragione può accumularsi con facilità nei mari e negli oceani. Tuttavia, si tratta di uno ione positivo piuttosto reattivo, che nelle soluzioni acquose può legarsi con ioni a carica negativa. Da questo legame si formano dei sali poco solubili, i quali come conseguenza tendono a precipitare. Oltre una cerca concentrazione quindi, lo zinco rende l’acqua torbida, ne abbassa il pH e diventa tossico per gli esseri viventi. I pesci sono particolarmente sensibili allo zinco che si deposita sulle loro branchie e ne ostacola i normali scambi gassosi, inoltre per la sua elevata affinità con l’acqua e la sua reattività, lo zinco in eccesso influenza negativamente l’equilibrio idro-salino.

Ulteriori ruoli svolti dallo zinco nel metabolismo delle piante

Lo zinco che viene assorbito dalle radici delle piante agisce nelle sue concentrazioni ideali come una sostanza fertilizzante, che svolge le sue funzioni benefiche sul metabolismo energetico della pianta, sui suoi meccanismi di difesa e sulla crescita. A livelli bassi, lo ione Zn²⁺ attiva l’enzima triptofano sintasi, producendo il triptofano, un aminoacido che gli animali di norma non sono capaci di produrre, e che quindi devono per forza di cose assumere attraverso l’alimentazione. Il triptofano, una volta prodotto, può entrare a far parte delle strutture delle proteine, ma nelle piante è anche utilizzato per produrre le auxine, ormoni vegetali che stimolano la crescita delle piante, fanno maturare i frutti e difendono le piante dalle malattie e dagli stress ambientali. Lo zinco svolge inoltre importanti funzioni per le piante, poiché fa parte di alcuni enzimi responsabili della produzione della clorofilla e della conversione degli zuccheri in amido.

Le cellule delle piante rispetto agli animali possono resistere meglio all’eccesso di zinco, poiché possono confinarlo all’interno di vescicole più grandi chiamate vacuoli. Per questa ragione le verdure in foglia sono particolarmente ricche di zinco, oltre ai legumi nei quali lo zinco si trova combinato con le proteine di riserva.

Fonti

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• SINU (Societa’ Italiana di Nutrizione Umana); LARN – Livelli di assunzione di riferimento di nutrienti ed energia per la popolazione italiana – V revisione; 2024; Biomedia; ISBN 9788886154765.

Crediti Immagini

• Immagine in evidenza: https://guna.com/it/wp-content/uploads/sites/2/2023/03/ARTICOLI-FB-1200X630-4.jpg
• Figura 1: https://www.researchgate.net/profile/Taiho-Kambe/publication/278791874/figure/fig1/AS:391912335921152@1470450590454/Scheme-for-zinc-distribution-in-the-body-Dietary-zinc-is-absorbed-in-the-small-intestine.png
• Figura 2: https://www.researchgate.net/publication/297607690/figure/fig1/AS:340123561545731@1458103184671/Cellular-zinc-homeostasis-is-controlled-by-the-cooperative-function-of-metallothioneins.png
• Figura 3: https://it.wikipedia.org/wiki/Dito_di_zinco#/media/File:Zinc_finger_DNA_complex.png