Chuyển hóa khoáng chất và nguyên tố vi lượng

Khoáng chất và nguyên tố vi lượng là các vi chất dinh dưỡng vô cơ thiết yếu cho quá trình chuyển hóa của con người, bao gồm các khoáng chất đa lượng như calci, magiê và phosphor, đến các nguyên tố vi lượng như sắt, kẽm, đồng, selen và iod. Chúng đóng vai trò là đồng yếu tố enzyme, thành phần cấu trúc, chất điện giải, và là thành phần của hormone và protein vận chuyển oxy. Cơ thể duy trì nồng độ của chúng thông qua quá trình hấp thu, lưu trữ và tái chế được điều hòa chặt chẽ.

Definition

Chuyển hóa khoáng chất và nguyên tố vi lượng là nghiên cứu về sự hấp thu, phân bố, lưu trữ và vai trò sinh lý của các vi chất dinh dưỡng vô cơ thiết yếu, chúng hoạt động như các đồng yếu tố enzyme, yếu tố cấu trúc, chất điện giải và thành phần của metalloprotein và hormone.

Scope

Chủ đề này bao gồm các chức năng sinh hóa của các khoáng chất và nguyên tố vi lượng thiết yếu, cách cơ thể điều hòa hàm lượng của chúng, và vai trò chuyển hóa của các nguyên tố chính bao gồm sắt, kẽm, đồng, selen, iod, calci và magiê. Chủ đề này xem xét chuyển hóa khoáng chất dưới góc độ sinh hóa và không bao gồm việc quản lý lâm sàng các rối loạn khoáng chất.

Core questions

• Sắt, kẽm, đồng, selen và iod đóng vai trò sinh hóa nào?
• Cân bằng khoáng chất toàn cơ thể được điều hòa như thế nào khi hầu hết các nguyên tố vi lượng không thể dễ dàng bài tiết?
• Các khoáng chất đa lượng như calci và magiê khác biệt về chức năng như thế nào so với các nguyên tố vi lượng?

Key concepts

• Khoáng chất đa lượng so với nguyên tố vi lượng
• Metalloenzyme và đồng yếu tố kim loại
• Sắt và vận chuyển oxy / xúc tác oxy hóa khử
• Điều hòa sắt bởi hepcidin-ferroportin
• Kẽm trong xúc tác và điều hòa gen
• Selen và selenoprotein
• Iod và tổng hợp hormone tuyến giáp
• Magiê là một enzyme và đồng yếu tố ATP

Mechanisms

Các nguyên tố vi lượng hoạt động chủ yếu bằng cách liên kết với protein tại các vị trí xúc tác hoặc cấu trúc. Sắt được kết hợp vào các cụm haem và sắt-lưu huỳnh, cho phép vận chuyển oxy và truyền điện tử. Vì cơ thể không có con đường điều hòa để bài tiết sắt, sự cân bằng được kiểm soát ở giai đoạn hấp thu bởi trục hepcidin-ferroportin (Hentze, 2010). Kẽm đóng vai trò cả xúc tác và cấu trúc, bao gồm các motif ngón tay kẽm của các yếu tố phiên mã; đồng là một đồng yếu tố trong các oxidase và trong quá trình huy động sắt; selen được kết hợp dưới dạng selenocystein vào các selenoprotein như glutathione peroxidase; và iod được cấu tạo thành hormone tuyến giáp. Trong số các khoáng chất đa lượng, calci hoạt động như một khoáng chất cấu trúc và tín hiệu nội bào, và magiê ổn định ATP và được nhiều enzyme yêu cầu (Volpe, 2013).

Clinical relevance

Sinh hóa khoáng chất giải thích tại sao thiếu sắt gây thiếu máu, thiếu iod gây bướu cổ và suy giảm phát triển, và thiếu kẽm làm suy giảm tăng trưởng và miễn dịch, và tại sao sự rối loạn trong xử lý đồng hoặc sắt là nguyên nhân của các hội chứng quá tải và thiếu hụt di truyền (Hentze, 2010). Mục này chỉ dành cho mục đích tham khảo và giáo dục, không cung cấp hướng dẫn về liều lượng hoặc điều trị.

Epidemiology

Thiếu sắt, iod và kẽm là một trong những vấn đề vi chất dinh dưỡng phổ biến nhất trên toàn cầu, với những ảnh hưởng lớn đến thiếu máu, sự phát triển của trẻ em và miễn dịch; sự phân bố dân số của những thiếu hụt này được đề cập trong chủ đề thiếu hụt và độc tính.

Evidence & guidelines

Lượng tham chiếu và giới hạn trên có thể dung nạp đối với khoáng chất và nguyên tố vi lượng được xác định trong khuôn khổ Lượng tham chiếu chế độ ăn uống (IOM, 2001), và các tài liệu sinh hóa tổng hợp được tìm thấy trong các sách giáo khoa tiêu chuẩn (Ross et al., 2014).

History

Tính thiết yếu của khoáng chất được thiết lập dần dần: vai trò của sắt trong máu được công nhận vào thế kỷ XIX, mối liên hệ của iod với bướu cổ và chức năng tuyến giáp đã thúc đẩy việc iod hóa muối trong y tế công cộng sớm, và các nguyên tố vi lượng kẽm, selen và các nguyên tố khác được chứng minh là thiết yếu thông qua các nghiên cứu về thiếu hụt trong thế kỷ XX, đỉnh điểm là sự hiểu biết hiện đại về metalloprotein và cân bằng nội môi nguyên tố vi lượng được điều hòa.

Debates

Nên đánh giá tình trạng sắt trong cơ thể và quản lý cân bằng của nó ở cấp độ dân số như thế nào?

Vì sắt được điều hòa ở giai đoạn hấp thu và có khả năng gây hại khi dư thừa, các dấu ấn sinh học tốt nhất về tình trạng sắt và sự cân bằng giữa việc ngăn ngừa thiếu hụt và tránh quá tải vẫn là những câu hỏi đang được nghiên cứu tích cực trong khoa học dinh dưỡng.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa khoáng chất đa lượng và nguyên tố vi lượng là gì?

Các khoáng chất đa lượng như calci, magiê và phosphor được yêu cầu với số lượng lớn hơn và thường đóng vai trò cấu trúc và chất điện giải, trong khi các nguyên tố vi lượng như sắt, kẽm, đồng và selen được cần với số lượng nhỏ hơn nhiều và chủ yếu hoạt động như các đồng yếu tố trong metalloprotein.

Tại sao cân bằng sắt được điều hòa ở giai đoạn hấp thu thay vì bài tiết?

Cơ thể thiếu một con đường được điều hòa để bài tiết sắt, vì vậy hàm lượng sắt toàn cơ thể được kiểm soát chủ yếu bằng cách điều chỉnh sự hấp thu ở ruột và giải phóng sắt từ các kho dự trữ thông qua hệ thống hepcidin-ferroportin.