Le zinc est un des oligo-éléments indispensables à l'être humain. Il joue un rôle central dans la régulation du système immunitaire, mais aussi dans les mécanismes de division cellulaire et de croissance tissulaire, dans la réponse aux radicaux libres, dans la reproduction, dans certaines pathologies neurologiques et endocriniennes.
Contenu et répartition Chez un homme adulte de 70 kg, on trouve 2 à 3 g de zinc, apportés exclusivement par l'alimentation. Environ 60 % du zinc corporel se trouve dans les muscles, 30 % dans les os, 5 % dans le foie et la peau et le reste (2 à 3 %) dans d'autres tissus. Les plus fortes concentrations se trouvent dans les yeux, les cheveux, les os et les gonades.
Le zinc est avant tout un ion intracellulaire, avec plus de 95 % se trouvant dans les cellules dont 60 % à 80 % dans le cytosol, ou 50 % dans le cytoplasme, 30 à 40 % dans le noyau et 10 % dans la membrane.
Le pool plasmatique de zinc représente 0,1 % du zinc corporel, ce qui explique sa faible sensibilité à un déficit tissulaire. Dans le sang, le zinc se trouve principalement dans les érythrocytes (lié à l'anhydrase carbonique de la membrane), puis lié à diverses protéines (comme l'albumine sérique) et acides aminés (comme l'histidine).
Biochimie Les ions divalents ou trivalents (fer, cuivre) jouent un rôle dans le contrôle des radicaux libres du fait de leur capacité à donner ou à recevoir un électron supplémentaire. Ce n'est pas le cas du zinc à bas potentiel redox et qui réagit comme un acide de Lewis dans les réactions biologiques.
Le zinc joue des rôles clés comme composant structurel, enzymatique ou de signalisation dans des processus biologiques. À l'intérieur des protéines, il peut se lier par différentes coordinences à des atomes d'oxygène, d'azote et de soufre. Dans l'ensemble des protéines (protéome) des eucaryotes, les protéines à zinc représenteraient près de 9 % du total, et plus de 10 % chez les humains.
Zinc et stress oxydatif Le zinc peut jouer un rôle dans le contrôle du stress oxydatif de cinq manières :
En tant que facteur important dans la maintenance d'un taux approprié de métallothionéine (MT) cellulaire, la MT étant une protéine riche en résidus -SH propres à fixer des radicaux libres. La MT est un des ligands du zinc à l'intérieur de la cellule. En tant que composant essentiel de certaines superoxides dismutases (SOD) et augmente l'activité de la catalase. En tant que masque protecteur de groupements thiol ou autres, les rendant moins susceptibles à l'oxydation et prévenant leur interaction délétère avec le fer. En tant que composant essentiel des enzymes de réparation des acides nucléiques. En tant que facteur stimulant ou déclenchant des processus cellulaires protégeant les cellules jusqu'à un moment où les réactions associées à des radicaux libres sont réduites au minimum.
Zinc et équilibre acido-basique L'anhydrase carbonique, une metalloenzyme importante du métabolisme acide-base a besoin de zinc pour assurer sa fonction. Des études in vivo ont démontré que le déficit en zinc réduisait de manière significative l'activité de l'anhydrase carbonique érythrocytaire King JC & Cousis RJ 2006. Zinc. In:"Modern Nutrition in Health & Disease" Shils M, Shike M, Ross C, Caballero B, Cousins R (eds). Lippincott Williams & Wilkins, Baltimore, Philadelphia, 271-285.
Métabolisme du zinc Contrairement au fer, le zinc alimentaire ne peut être retenu ou stocké en quantité suffisante dans l'organisme. Son utilisation indispensable nécessite donc un apport alimentaire régulier et quotidien pour compenser les pertes.
Provenance et absorption Le zinc provient exclusivement de l'alimentation. Il est contenu principalement dans les aliments d'origine animale, d'abord les fruits de mer puis la viande et le foie, les œufs, le lait et les produits laitiers. Des aliments d'origine végétale contiennent du zinc en plus faible quantité tels que noix, haricots, lentilles, légumes, riz et pommes de terre.
L'absorption du zinc provenant de source animale est plus facile pour l'organisme, car les fibres, les phytates, les tannins et les phosphates des végétaux inhibent l'absorption intestinale du zinc. Des médicaments sont aussi inhibiteurs, tels que pénicillamine, valproate de sodium, diurétique et antibiotique.
Le zinc alimentaire est fixé par des transporteurs exprimés à la surface des entérocytes. Il est absorbé au niveau du duodénum et du jéjunum, cette absorption peut être augmentée de 90 % si l'apport alimentaire de zinc est limité.
Cette absorption est active (énergie-dépendante) et saturable. Elle ne dépend pas du statut en zinc de l'organisme (contrairement à celle du fer) mais de la quantité de zinc alimentaire : l'absorption est d'autant plus active que la quantité de zinc alimentaire est faible, et en cas d'excès en zinc alimentaire, l'absorption se poursuit par diffusion passive.
Excrétion La voie principale d'excrétion est digestive : environ 10 mg par jour dans les selles (correspondant surtout à du zinc alimentaire non utilisé) dont une faible part (1 à 2 mg de zinc par jour) provient d'une élimination par les voies biliaires et pancréatiques. Les pertes par l'urine et la sueur sont plus faibles et variables selon l'activité et l'environnement. Cette excrétion peut être augmentée lorsque le zinc est en excès.
Les pertes excessives de zinc surviennent lors de brûlures, hémodialyse, hémolyse, diarrhée, abus d'alcool ou prise de diurétiques.
Les plus fortes concentrations tissulaires de zinc semblent être maintenues par la diminution de l'excrétion fécale endogène, et chez les enfants par un ralentissement de la croissance.
Mouvements et régulation
Le zinc organique se présente sous différentes formes de liaison, transport ou diffusion : le zinc ionique, le zinc lié à des métalloprotéines comme les métallothionéines. Il est aussi utilisé au sein de nombreuses enzymes dites métallo-enzymes et au niveau du matériel génétique comme caractéristique des protéines à doigt de zinc.
Protéines de transport En 2009, 24 protéines de transport de zinc ont été identifiées, réparties en deux classes :
les transporteurs ZnT (Zinc Transporter) numérotés de 1 à 10, qui assurent le transport du zinc présent dans le cytosol vers les organites cellulaires et le milieu extra-cellulaire. les transporteurs ZIP (Zrt/Irt-like Protein) qui transportent le zinc extra-cellulaire dans le milieu intra-cellulaire.
Protéines de liaison Dans le milieu intra-cellulaire, le zinc est utilisé par une protéine de liaison ou métalloprotéine, dont deux types MT-1 et MT-2 régulent le niveau intra-cellulaire de zinc et de cuivre de façon antagoniste (un excès de l'un induit un défaut de l'autre, par utilisation de la même protéine).
Zinc libre Sous forme ionique, le zinc pourrait être impliqué dans la signalisation cellulaire à de très faibles concentrations.
Rôles physiologiques Le zinc joue un rôle majeur dans le développement fœtal et la croissance, la maturation des gonades et la spermatogenèse, les fonctions neurologiques, la cicatrisation et l'immunocompétence.
Son rôle le plus important se situe dans la synthèse des protéines, notamment dans le déclenchement de la lecture du génome (transcription).
Zinc, immunité et maladies infectieuses Le zinc joue un rôle central dans la réponse immunitaire par plusieurs mécanismes :
Le zinc est un cofacteur de plusieurs centaines de métalloenzymes ; Le zinc intervient dans la maturation et la différenciation des lymphocytes B et T, entre autres par une hormone dépendante du zinc : la thymuline, un métallopeptide thymique impliqué dans la maturation des lymphocytes T. Le zinc est un protecteur de l'apoptose des lymphocytes ; Le zinc, médiateur intracellulaire de la réponse immunitaire : soit dans sa forme liée à la métallothionéine, soit dans sa forme stockée dans des « zincosomes » Wellenreuther G « The ligand environment of zinc stored in vesicles » Biochemical & Biophysical Research Communications 2009; 380:198-203. (vésicules intracellulaires du cytosol apparaissant in vitro dans des cellules en milieu riche en zinc).
L'Autorité Européenne de Sécurité Alimentaire (EFSA) a publié une opinion scientifique concluant qu'il y avait une relation de cause à effet entre l'apport en zinc et une fonction immunitaire normale EFSA Journal 2009;7(9):1229 « Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to zinc and function of the immune system » (ID 291, 1757), « DNA synthesis and cell division » (ID 292, 1759), protection of DNA, proteins and lipids from oxidative damage (ID 294, 1758), maintenance of bone (ID 295, 1756), cognitive function (ID 296), fertility and reproduction (ID 297, 300), reproductive development (ID 298), muscle function (ID 299), metabolism of fatty acids (ID 302), maintenance of joints (ID 305), function of the heart and blood vessels (ID 306), prostate function (ID 307), thyroid function (ID 308), acid-base metabolism (ID 360), vitamin A metabolism (ID 361) and maintenance of vision (ID 361) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) 1924/2006..
La littérature scientifique soutient la supplémentation en zinc dans plusieurs cas : infections respiratoires hautes (rhumes) ou basses (grippe, pneumonie) ; diarrhées ; et tout récemment, infection à VIH.
Zinc et synthèse d'ADN Le zinc a un rôle structural, régulateur ou catalytique d'un grand nombre d'enzymes. Il a un rôle important dans la stabilisation du matériel génétique, et est un composant essentiel de certaines enzymes qui participent à la synthèse des acides nucléiques. À peu près 1 % du génome humain code des protéines à doigt de zinc qui jouent un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes.
Zinc et autres métabolismes
Métabolisme osseux Le zinc est un des cofacteurs essentiels de certaines enzymes impliquées dans la synthèse de plusieurs composants de la trame osseuse, et joue ainsi un rôle important dans la régulation de la formation ou de la résorption du tissu osseux. Le zinc joue aussi un rôle structural dans la formation de la trame osseuse. Les cristaux d'hydroxyapatite contiennent du zinc associé à du fluor.
Métabolisme des acides gras Le zinc est nécessaire à la conversion de l'acide linoléique en acide γ-linoléique, ainsi que dans la mobilisation de l'acide di-homo-γ-linoléique dans la synthèse de prostaglandines de série-1 Freake HC, Zinc: Physiology. In "Encyclopedia of Human Nutrition" Caballero B, Allen L, Prentice A (eds). Academic Press, San Diego 2006, 447-454..
Vision Le zinc participe à l'absorption et au métabolisme de micronutriments dont la vitamine A. En particulier, le zinc est nécessaire à la synthèse de la protéine liant le rétinol (RBP). Le zinc participe aussi à la conversion métabolique du rétinol en retinaldéhyde par le biais de la métalloenzyme rétinol déshydrogénase. Cette conversion est une étape critique du cycle de la rétine. Le déficit en zinc se traduit par une mauvaise adaptation à l'obscurité Morrison SA, Zinc deficiency: a cause of abnormal dark adaptation in cirrhotics. Am J Clin Nutr 1978; 31: 276-281..
Fonctions endocrines Le zinc est associé aux gonadotropines et aux hormones sexuelles. L'hypogonadisme est une des manifestations du déficit en zinc. Le système immunitaire est lié aux systèmes nerveux et endocrinien, créant ainsi un réseau homéostasique Goya RG. The immune-neuroendocrine homeostatic network and ageing. Gerontology 1991;37:208– 213. [PubMed: 1916311].. Une thymectomie néonatale chez des mammifères n'a pas d’impact sur le système immunitaire, mais se traduira par des troubles endocriniens chez la souris. Les gonadotropines circulantes et pituitaires sont ainsi très diminuées. La TSH, la prolactine et l’hormone de croissance sont aussi très négativement influencées par la thymectomie. Le zinc joue un rôle non négligeable dans la fertilité masculine et féminine.