金屬元素鋅的抗氧化性探究

俞園園

陜西省可降解生物醫(yī)用材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北大學(xué)化工學(xué)院 陜西·西安 710069）

摘 要：鋅是人體內(nèi)含量最為豐富的一種營養(yǎng)必需成分，對體內(nèi)多種生物大分子的的結(jié)構(gòu)和功能以及300多種酶促反應(yīng)的進(jìn)行起著不可或缺的作用。同時(shí)，金屬元素鋅在機(jī)體的抗氧化作用方面也發(fā)揮著重要作用。針對鋅與抗氧化作用之間的關(guān)系進(jìn)行初步探究。

關(guān)鍵詞：鋅 抗氧化 自由基

中圖分類號：Q581 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-093-02

1 概述

研究表明，金屬元素鋅與生物體的多種生理過程密切相關(guān)，包括細(xì)胞增殖、個(gè)體繁殖、機(jī)體免疫、抗自由基氧化等。鋅是機(jī)體細(xì)胞內(nèi)最廣泛存在的一種微量元素，在基因穩(wěn)定性和功能性方面發(fā)揮著重要作用，在保護(hù)生物體的細(xì)胞成分免于被氧化損傷方面具有重要意義。本文將對鋅元素的抗氧化性進(jìn)行初探。

2 機(jī)理

2.1 鋅與銅/鋅超氧化物歧化酶（CuZn SOD）

鋅是CuZn SOD的必需組分之一，而CuZn SOD是機(jī)體細(xì)胞抵御活性氧自由基（ROS，reactive oxygen species）的第一道重要防線，其功能在于清除超氧陰離子自由基（O2·-），機(jī)理如下所示：

2.2 鋅與過渡金屬

鋅能夠阻斷過渡金屬，如鐵和銅的氧化還原反應(yīng)。大部分生物分子不會(huì)被氧氣、超氧化物或過氧化氫嚴(yán)重?fù)p傷，但能被羥自由基氧化。當(dāng)一個(gè)自由電子轉(zhuǎn)移到過氧化氫分子上就會(huì)生成羥自由基（HO·）。

e- + H2O2 → HO· + OH-

過渡金屬通過Fenton反應(yīng)給過氧化氫分子提供自由電子而產(chǎn)生羥自由基。

Fe2+ + H2O2 → HO· + OH- + Fe3+

Cu+ + H2O2 → HO· + OH- + Cu2+

通過與過渡金屬競爭結(jié)合位點(diǎn)，鋅能夠減弱過渡金屬提供自由電子的能力，并降低其發(fā)生類似Fenton反應(yīng)的可能性，從而阻止過渡金屬產(chǎn)生羥自由基。

另一方面，鋅能夠阻止蛋白質(zhì)上的巰基被氧化。目前研究較多的是 -氨基酮戊酸脫氫酶。鋅通過阻止酶上的巰基被氧化而生成二硫鍵以保護(hù)該種酶不被氧化失活。鋅對其他一些含巰基的蛋白質(zhì)也有保護(hù)作用，如二氫乳清酸酶、微管蛋白、鋅指蛋白、內(nèi)氨酰tRNA合成酶以及法尼基轉(zhuǎn)移酶等。但并不是對所有含巰基的蛋白質(zhì)都具有保護(hù)作用，例如鋅金屬硫蛋白在鋅存在時(shí)仍與羥自由基反應(yīng)生成二硫鍵，并導(dǎo)致鋅原子減少。

2.3 鋅與金屬硫蛋白

鋅通過調(diào)節(jié)金屬硫蛋白的代謝來實(shí)現(xiàn)其抗氧化作用。作為一種低分子量蛋白質(zhì)，金屬硫蛋白在鋅的體內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面起著重要作用，并具有潛在的抗氧化活性。鋅通過金屬轉(zhuǎn)錄因子1（MTF-1）的活化作用來誘導(dǎo)表達(dá)富含半胱氨酸的金屬硫蛋白。鋅與MTF-1直接結(jié)合并使其活化，MTF-1再與金屬應(yīng)激因子相結(jié)合以誘導(dǎo)基因表達(dá)生成蛋白質(zhì)，例如金屬硫蛋白。金屬硫蛋白自身就能夠清除羥自由基。因此，金屬硫蛋白缺乏可導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞抗氧化防御體系受損，并使細(xì)胞對氧化壓力的敏感性增強(qiáng)。

3 鋅缺乏與氧化易感性間的關(guān)系

盡管目前還不完全清楚鋅的抗氧化機(jī)制，但已明確缺鋅對機(jī)體細(xì)胞的抗氧化能力有顯著影響。細(xì)胞在缺鋅培養(yǎng)基中生長時(shí)氧化成分的產(chǎn)量較高。缺鋅小鼠體內(nèi)的氧化性蛋白增加，且DNA損傷的幾率增大。已有體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，缺鋅時(shí)自由基數(shù)量增多，損傷增加。例如，與鋅量充足組的小鼠相比，缺鋅組小鼠中發(fā)生四氯化碳中毒和脂質(zhì)過氧化作用的幾率較高。綜上，缺鋅使機(jī)體氧化損傷的易感性增強(qiáng)。另一方面，補(bǔ)鋅有助于抵抗氧化損傷和由ROS引起的疾病。因此，通過保護(hù)細(xì)胞DNA免受氧化損傷，鋅的抗氧化作用在保持機(jī)體細(xì)胞的DNA完整性方面具有重要意義。

在機(jī)體細(xì)胞的正常新陳代謝過程中會(huì)產(chǎn)生ROS。但在一定的壓力條件下，如營養(yǎng)不良，ROS的生成量增加并超過機(jī)體抗氧化體系的防御能力，從而引起氧化損傷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，與氧化壓力有關(guān)的病理學(xué)和疾病可能不完全由氧化損傷引起。ROS也可作為信號分子引發(fā)病理學(xué)癥狀。因此，缺鋅在慢性疾病，如糖尿病和癌癥的發(fā)展中所起的作用比單純引起氧化損傷更為復(fù)雜。除此之外，機(jī)體中鋅的水平還會(huì)影響體內(nèi)的氧化還原敏感信號，并最終改變在壓力響應(yīng)、DNA修復(fù)和細(xì)胞凋亡過程中的信號路徑。

4 展望

綜上所述，缺鋅會(huì)導(dǎo)致機(jī)體對氧化壓力的敏感性增加，而且有證據(jù)表明氧化壓力是引發(fā)多種慢性疾病的重要促成因素之一。因此，補(bǔ)鋅劑的制備及其安全性和營養(yǎng)功能性評價(jià)成為近年來的研究熱點(diǎn)。

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