Метаболизм минералов и микроэлементов

Минералы и микроэлементы — это неорганические микронутриенты, необходимые для метаболизма человека, от макроэлементов, таких как кальций, магний и фосфор, до микроэлементов, таких как железо, цинк, медь, селен и йод. Они служат кофакторами ферментов, структурными компонентами, электролитами и составными частями гормонов и кислородтранспортирующих белков, а организм поддерживает их концентрацию посредством строго регулируемого всасывания, хранения и рециркуляции.

Definition

Метаболизм минералов и микроэлементов — это изучение всасывания, распределения, хранения и физиологических ролей незаменимых неорганических микронутриентов, которые функционируют как кофакторы ферментов, структурные элементы, электролиты и компоненты металлопротеинов и гормонов.

Scope

Эта тема охватывает биохимические функции незаменимых минералов и микроэлементов, способы регуляции их содержания в организме, а также метаболические роли ключевых элементов, включая железо, цинк, медь, селен, йод, кальций и магний. Она рассматривает метаболизм минералов как биохимическую тему и исключает клиническое лечение минеральных расстройств.

Core questions

• Какие биохимические роли играют железо, цинк, медь, селен и йод?
• Как регулируется общий минеральный баланс организма, если большинство микроэлементов не могут быть легко выведены?
• Чем макроэлементы, такие как кальций и магний, функционально отличаются от микроэлементов?

Key concepts

• Макроэлементы против микроэлементов
• Металлоферменты и металлические кофакторы
• Транспорт железа и кислорода / окислительно-восстановительный катализ
• Регуляция железа гепцидин-ферропортином
• Цинк в катализе и регуляции генов
• Селен и селенопротеины
• Йод и синтез гормонов щитовидной железы
• Магний как ферментный и АТФ-кофактор

Mechanisms

Микроэлементы действуют в основном путем связывания с белками в каталитических или структурных центрах. Железо включается в гем и железо-серные кластеры, которые обеспечивают транспорт кислорода и перенос электронов, и поскольку организм не имеет регулируемого пути для выведения железа, баланс контролируется на уровне всасывания осью гепцидин-ферропортин (Hentze, 2010). Цинк выполняет как каталитические, так и структурные роли, включая мотивы цинковых пальцев транскрипционных факторов; медь является кофактором в оксидазах и в мобилизации железа; селен включается в виде селеноцистеина в селенопротеины, такие как глутатионпероксидазы; а йод входит в состав гормонов щитовидной железы. Среди макроэлементов кальций действует как структурный минерал и внутриклеточный сигнал, а магний стабилизирует АТФ и необходим многим ферментам (Volpe, 2013).

Clinical relevance

Биохимия минералов объясняет, почему дефицит железа вызывает анемию, дефицит йода — зоб и нарушение развития, а дефицит цинка — нарушение роста и иммунитета, а также почему нарушение обмена меди или железа лежит в основе наследственных синдромов перегрузки и дефицита (Hentze, 2010). Эта запись предназначена для справки и образования и не содержит рекомендаций по дозировке или лечению.

Epidemiology

Дефицит железа, йода и цинка являются одними из наиболее распространенных проблем с микронутриентами в мире, оказывая значительное влияние на анемию, развитие детей и иммунитет; популяционное распределение этих дефицитов рассматривается в теме «Дефицит и токсичность».

Evidence & guidelines

Рекомендуемые нормы потребления и допустимые верхние пределы для минералов и микроэлементов определены в рамках системы Dietary Reference Intake (IOM, 2001), а интегрированные биохимические данные можно найти в стандартных учебниках (Ross et al., 2014).

History

Незаменимость минералов устанавливалась постепенно: роль железа в крови была признана в девятнадцатом веке, связь йода с зобом и функцией щитовидной железы привела к ранней общественной йодизации соли, а микроэлементы цинк, селен и другие были показаны как незаменимые в исследованиях дефицита в двадцатом веке, что привело к современному пониманию металлопротеинов и регулируемого гомеостаза микроэлементов.

Debates

Как следует оценивать статус железа в организме и управлять его балансом на популяционном уровне?

Поскольку железо регулируется на уровне всасывания и потенциально вредно в избытке, лучшие биомаркеры статуса железа и баланс между предотвращением дефицита и избеганием перегрузки остаются активными вопросами в науке о питании.

Seminal works

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

Frequently asked questions

В чем разница между макроэлементом и микроэлементом?

Макроэлементы, такие как кальций, магний и фосфор, требуются в больших количествах и часто выполняют структурные и электролитные функции, тогда как микроэлементы, такие как железо, цинк, медь и селен, необходимы в гораздо меньших количествах и действуют в основном как кофакторы в составе металлопротеинов.

Почему баланс железа регулируется на уровне всасывания, а не выведения?

В организме отсутствует регулируемый путь выведения железа, поэтому общее содержание железа в организме контролируется главным образом путем регулирования кишечного всасывания и высвобождения железа из запасов через систему гепцидин-ферропортин.