Mineral- und Spurenelementstoffwechsel

Mineralien und Spurenelemente sind die anorganischen Mikronährstoffe, die für den menschlichen Stoffwechsel unerlässlich sind. Sie reichen von Makromineralien wie Kalzium, Magnesium und Phosphor bis hin zu Spurenelementen wie Eisen, Zink, Kupfer, Selen und Jod. Sie dienen als Enzymkofaktoren, strukturelle Komponenten, Elektrolyte und Bestandteile von Hormonen und sauerstofftransportierenden Proteinen. Der Körper hält ihre Konzentrationen durch streng regulierte Absorption, Speicherung und Wiederverwertung aufrecht.

Definition

Der Mineral- und Spurenelementstoffwechsel ist die Untersuchung der Absorption, Verteilung, Speicherung und physiologischen Rollen der essentiellen anorganischen Mikronährstoffe, die als Enzymkofaktoren, Strukturelemente, Elektrolyte und Bestandteile von Metalloproteinen und Hormonen fungieren.

Scope

Dieses Thema behandelt die biochemischen Funktionen essentieller Mineralien und Spurenelemente, wie ihr Körpergehalt reguliert wird und die metabolischen Rollen wichtiger Elemente wie Eisen, Zink, Kupfer, Selen, Jod, Kalzium und Magnesium. Es behandelt den Mineralstoffwechsel als biochemisches Thema und schließt die klinische Behandlung von Mineralstoffstörungen aus.

Core questions

• Welche biochemischen Rollen spielen Eisen, Zink, Kupfer, Selen und Jod?
• Wie wird das Mineralstoffgleichgewicht des gesamten Körpers reguliert, wenn die meisten Spurenelemente nicht leicht ausgeschieden werden können?
• Wie unterscheiden sich Makromineralien wie Kalzium und Magnesium funktionell von Spurenelementen?

Key concepts

• Makromineralien versus Spurenelemente
• Metalloenzyme und Metallkofaktoren
• Eisen und Sauerstofftransport / Redoxkatalyse
• Hepcidin-Ferroportin-Regulation von Eisen
• Zink in Katalyse und Genregulation
• Selen und Selenoproteine
• Jod und Schilddrüsenhormonsynthese
• Magnesium als Enzym- und ATP-Kofaktor

Mechanisms

Spurenelemente wirken größtenteils, indem sie an Proteine an katalytischen oder strukturellen Stellen binden. Eisen wird in Häm- und Eisen-Schwefel-Clustern eingebaut, die den Sauerstofftransport und den Elektronentransfer ermöglichen. Da der Körper keine regulierte Route zur Eisenausscheidung besitzt, wird das Gleichgewicht bei der Absorption durch die Hepcidin-Ferroportin-Achse gesteuert (Hentze, 2010). Zink erfüllt sowohl katalytische als auch strukturelle Aufgaben, einschließlich der Zinkfinger-Motive von Transkriptionsfaktoren; Kupfer ist ein Kofaktor in Oxidasen und bei der Eisenmobilisierung; Selen wird als Selenocystein in Selenoproteine wie Glutathionperoxidasen eingebaut; und Jod wird in Schilddrüsenhormone integriert. Unter den Makromineralien fungiert Kalzium als Strukturmineral und intrazelluläres Signal, und Magnesium stabilisiert ATP und wird von vielen Enzymen benötigt (Volpe, 2013).

Clinical relevance

Die Mineralstoffbiochemie erklärt, warum Eisenmangel Anämie verursacht, Jodmangel Kropf und Entwicklungsstörungen, und Zinkmangel Wachstum und Immunität beeinträchtigt, und warum eine gestörte Handhabung von Kupfer oder Eisen ererbten Überladungs- und Mangelsyndromen zugrunde liegt (Hentze, 2010). Dieser Eintrag dient als Referenz und zur Bildung und bietet keine Dosierungs- oder Behandlungsanleitung.

Epidemiology

Eisen-, Jod- und Zinkmangel gehören zu den weltweit am weitesten verbreiteten Mikronährstoffproblemen mit erheblichen Auswirkungen auf Anämie, kindliche Entwicklung und Immunität; die Populationsverteilung dieser Mängel wird im Thema Mangel und Toxizität behandelt.

Evidence & guidelines

Referenzaufnahmen und tolerierbare obere Grenzwerte für Mineralien und Spurenelemente sind im Rahmen der Dietary Reference Intake (IOM, 2001) definiert, und integrierte biochemische Darstellungen finden sich in Standardlehrbüchern (Ross et al., 2014).

History

Die Essentialität von Mineralien wurde schrittweise etabliert: Die Rolle des Eisens im Blut wurde im neunzehnten Jahrhundert erkannt, die Verbindung von Jod zu Kropf und Schilddrüsenfunktion führte zur frühen öffentlichen Jodierung von Salz, und die Spurenelemente Zink, Selen und andere wurden im zwanzigsten Jahrhundert durch Mangelstudien als essentiell nachgewiesen, was im modernen Verständnis von Metalloproteinen und der regulierten Spurenelement-Homöostase gipfelte.

Debates

Wie sollte der Eisenstatus des Körpers beurteilt und sein Gleichgewicht auf Bevölkerungsebene gemanagt werden?

Da Eisen bei der Absorption reguliert wird und im Überschuss potenziell schädlich ist, bleiben die besten Biomarker des Eisenstatus und das Gleichgewicht zwischen der Verhinderung von Mangel und der Vermeidung von Überladung aktive Fragen in der Ernährungsforschung.

Seminal works

• hentze-2010-mtm
• volpe-2013
• iom-minerals-2001

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem Makromineral und einem Spurenelement?

Makromineralien wie Kalzium, Magnesium und Phosphor werden in größeren Mengen benötigt und erfüllen oft strukturelle und Elektrolytfunktionen, während Spurenelemente wie Eisen, Zink, Kupfer und Selen in viel kleineren Mengen benötigt werden und hauptsächlich als Kofaktoren innerhalb von Metalloproteinen wirken.

Warum wird der Eisenhaushalt eher bei der Absorption als durch Ausscheidung reguliert?

Dem Körper fehlt ein regulierter Weg zur Eisenausscheidung, daher wird der Gesamtkörpereisengehalt hauptsächlich durch die Anpassung der intestinalen Absorption und der Eisenfreisetzung aus Speichern über das Hepcidin-Ferroportin-System gesteuert.