Minerální (živiny) - Mineral (nutrient)
V souvislosti s výživou, je minerál je chemický prvek požadované jako esenciální živiny by organismy vykonávat funkce nezbytné pro život. Čtyři hlavní strukturní prvky v lidském těle podle hmotnosti ( kyslík , vodík , uhlík a dusík ) však obvykle nejsou zahrnuty v seznamech hlavních živin (minerály jsou považovány za „minerál“ pro rostliny, protože často jsou v hnojivech). Tyto čtyři prvky tvoří asi 96% hmotnosti lidského těla a zbytek tvoří hlavní minerály (makrominerály) a drobné minerály (nazývané také stopové prvky).
Živinové minerály, které jsou prvky, nemohou být biochemicky syntetizovány živými organismy. Rostliny získávají minerály z půdy . Většina minerálů v lidské stravě pochází z pojídání rostlin a zvířat nebo z pitné vody. Jako skupina jsou minerály jednou ze čtyř skupin základních živin, z nichž další jsou vitamíny , esenciální mastné kyseliny a esenciální aminokyseliny . Pět hlavních minerálů v lidském těle je vápník , fosfor , draslík , sodík a hořčík . Všechny zbývající prvky v lidském těle se nazývají „stopové prvky“. Stopové prvky, které mají v lidském těle specifickou biochemickou funkci, jsou síra , železo , chlor , kobalt , měď , zinek , mangan , molybden , jód a selen .
Většina chemických prvků , které organismy přijímají, je ve formě jednoduchých sloučenin. Rostliny absorbují rozpuštěné prvky v půdách, které následně požírají býložravci a všežravci, kteří je jedí, a živly se pohybují vzhůru potravním řetězcem . Větší organismy mohou také konzumovat půdu ( geofágii ) nebo využívat nerostné zdroje, jako jsou slané lízy , k získání omezených minerálů nedostupných z jiných dietních zdrojů.
Bakterie a houby hrají zásadní roli při zvětrávání primárních prvků, které vede k uvolňování živin pro jejich vlastní výživu a pro výživu jiných druhů v ekologickém potravinovém řetězci . Jeden prvek, kobalt , je zvířatům k dispozici pouze poté, co byl bakteriemi zpracován na složité molekuly (např. Vitamín B 12 ). Minerály používají zvířata a mikroorganismy k procesu mineralizace struktur, nazývaného biomineralizace , sloužící ke stavbě kostí, mušlí , skořápek , exoskeletů a měkkýšů .
Základní chemické prvky pro člověka
Je známo, že pro podporu biochemických procesů u člověka je zapotřebí nejméně dvacet chemických prvků, které slouží strukturálním a funkčním rolím, stejně jako elektrolyty .
Kyslík, vodík, uhlík a dusík jsou v těle nejhojnějšími prvky a tvoří asi 96% hmotnosti lidského těla. Vápník tvoří 920 až 1200 gramů dospělé tělesné hmotnosti, přičemž 99% z něj je obsaženo v kostech a zubech. To je asi 1,5% tělesné hmotnosti. Fosfor se vyskytuje v množství asi 2/3 vápníku a tvoří asi 1% tělesné hmotnosti člověka. Ostatní hlavní minerály (draslík, sodík, chlor, síra a hořčík) tvoří pouze asi 0,85% hmotnosti těla. Těchto jedenáct chemických prvků (H, C, N, O, Ca, P, K, Na, Cl, S, Mg) dohromady tvoří 99,85% těla. Zbývajících ~ 18 ultratrace minerálů tvoří pouhých 0,15% těla, což je pro průměrného člověka celkem asi sto gramů. Celkové zlomky v tomto odstavci jsou částky WP: CALC na základě součtu procent z článku o chemickém složení lidského těla
Existují různé názory na základní povahu různých ultratrace prvků u lidí (a dalších savců), a to i na základě stejných údajů. Neexistuje například vědecký konsenzus ohledně toho, zda je chrom u lidí zásadním stopovým prvkem. Spojené státy a Japonsko označují chrom jako základní živinu, ale Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA), zastupující Evropskou unii, otázku v roce 2014 přezkoumal a nesouhlasí.
Většina známých a navrhovaných minerálních živin má relativně nízkou atomovou hmotnost a je přiměřeně běžná na pevnině nebo pro sodík a jód v oceánu:
Nutriční prvky v periodické tabulce | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H | On | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Li | Být | B | C | N. | Ó | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | PROTI | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Tak jako | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rb | Sr | Y | Zr | Pozn | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | v | Sn | Sb | Te | Já | Xe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Čs | Ba | * | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Na | Rn | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fr | Ra | ** | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* | Los Angeles | Ce | Pr | Nd | Odpoledne | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
** | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Dopoledne | Cm | Bk | Srov | Es | Fm | Md | Ne |
Legenda:
Prvky kvantity
Základní stopové prvky
USA a nikoli Evropská unie je považují za základní stopové prvky
Navrhovaná funkce z účinků deprivace nebo aktivní metabolické manipulace, ale žádná jasně identifikovaná biochemická funkce u lidí
Omezené nepřímé důkazy o stopových výhodách nebo biologickém působení u savců
Žádný důkaz biologického účinku u savců, ale zásadní u některých nižších organismů.
(V případě lanthanu definice základní živiny jako nepostradatelné a nenahraditelné není zcela použitelná kvůli extrémní podobnosti lanthanoidů . Je známo, že stabilní rané lanthanoidy až po Sm stimulují růst různých organismů využívajících lanthanoidy .) |
Role v biologických procesech
Dietní prvek | RDA/AI Muž/Žena (USA) [mg] | UL (USA a EU) [mg] | Kategorie | Dietní zdroje s vysokou hustotou živin |
Termín pro nedostatek | Termín pro přebytek |
---|---|---|---|---|---|---|
Draslík | 4700 | NE ; NE | Systémový elektrolyt a je nezbytný pro koregulaci ATP se sodíkem | Sladké brambory, rajče, brambory, fazole, čočka, mléčné výrobky, plody moře, banán, švestky, mrkev, pomeranč | hypokalémie | hyperkalémie |
Chlór | 2300 | 3600; NE | Potřebné pro produkci kyseliny chlorovodíkové v žaludku a při funkci buněčné pumpy | Kuchyňská sůl (chlorid sodný) je hlavním dietním zdrojem. | hypochloremie | hyperchlorémie |
Sodík | 1500 | 2300; NE | Systémový elektrolyt a je nezbytný pro koregulaci ATP s draslíkem | Kuchyňská sůl (chlorid sodný, hlavní zdroj), mořská zelenina , mléko a špenát . | hyponatrémie | hypernatrémie |
Vápník | 1000 | 2500; 2 500 | Potřebný pro zdraví svalů, srdce a trávicího systému, buduje kosti, podporuje syntézu a funkci krevních buněk | Mléčné výrobky , vejce, konzervované ryby s kostmi (losos, sardinky), zelená listová zelenina , ořechy , semínka , tofu, tymián, oregano, kopr, skořice. | hypokalcémie | hyperkalcémie |
Fosfor | 700 | 4000; 4000 | Složka kostí (viz apatit ), buněk při zpracování energie, DNA a ATP (jako fosfát) a mnoha dalších funkcí | Červené maso, mléčné výrobky, ryby , drůbež, chléb, rýže, oves. V biologických kontextech je obvykle vnímán jako fosfát | hypofosfatémie | hyperfosfatemie |
Hořčík | 420/320 | 350; 250 | Vyžaduje se pro zpracování ATP a pro kosti | Špenát, luštěniny , ořechy, semena, celozrnné produkty, arašídové máslo, avokádo |
hypomagnezémie , nedostatek hořčíku |
hypermagnezémie |
Žehlička | 18/18 | 45; NE | Vyžaduje se pro mnoho proteinů a enzymů, zejména hemoglobinu, aby se zabránilo anémii | Maso, plody moře, ořechy, fazole, hořká čokoláda | nedostatek železa | porucha přetížení železem |
Zinek | 11/8 | 40; 25 | Vyžadováno pro několik tříd enzymů, jako jsou matricové metaloproteinázy , jaterní alkoholová dehydrogenáza , karboanhydráza a zinkové prstové proteiny | Ústřice*, červené maso, drůbež, ořechy, celozrnné produkty, mléčné výrobky | nedostatek zinku | toxicita zinku |
Mangan | 2,3/1,8 | 11; NE | Požadovaný kofaktor pro superoxiddismutázu | Obilí, luštěniny, semena, ořechy, listová zelenina, čaj, káva | nedostatek manganu | manganismus |
Měď | 0,9 | 10; 5 | Požadovaný kofaktor pro cytochrom c oxidázu | Játra, mořské plody, ústřice, ořechy, semena; některé: celozrnné produkty, luštěniny | nedostatek mědi | toxicita mědi |
Jód | 0,150 | 1,1; 0,6 | Vyžaduje se pro syntézu hormonů štítné žlázy | Mořské řasy ( řasy nebo kombu )*, zrna, vejce, jodizovaná sůl | nedostatek jódu / struma | jodismus Hypertyreóza |
Chrom | 0,035/0,25 | NE ; NE | Podílí se na metabolismu glukózy a lipidů, ačkoli jeho mechanismy účinku v těle a množství potřebná pro optimální zdraví nejsou přesně definována | Brokolice, hroznová šťáva (zejména červená), maso, celozrnné produkty | Nedostatek chromu | Toxicita chromu |
Molybden | 0,045 | 2; 0,6 | Vyžaduje se pro fungování xanthinoxidázy , aldehydooxidázy a sulfit oxidázy | Luštěniny, celozrnné produkty, ořechy | nedostatek molybdenu | toxicita molybdenu |
Selen | 0,055 | 0,4; 0,3 | Je nezbytný pro aktivitu antioxidačních enzymů, jako je glutathionperoxidáza | Para ořechy, plody moře, orgánové maso, maso, obilí, mléčné výrobky, vejce | nedostatek selenu | selenóza |
Kobalt | žádný | NE ; NE | Vyžaduje se při syntéze vitaminu B 12 , ale protože k syntéze vitaminu jsou zapotřebí bakterie , je obvykle považován za součást vitaminu B 12, který pochází z pojídání zvířat a potravin živočišného původu (vejce ...) | Otrava kobaltem |
RDA = doporučený dietní příspěvek ; AI = dostatečný příjem; UL = přípustná horní úroveň příjmu ; Uvedené obrázky jsou pro dospělé ve věku 31-50 let, muže nebo ženy, které nejsou těhotné ani kojící
* Jedna porce mořských řas překračuje americký UL 1100 μg, ale ne 3000 μg UL stanovený Japonskem.
Krevní koncentrace minerálů
Minerály jsou v krvi zdravé lidské bytosti přítomny v určitých hmotnostních a molárních koncentracích. Následující obrázek ukazuje koncentrace každého z chemických prvků diskutovaných v tomto článku, od středu doprava doprava. V závislosti na koncentracích jsou některé v horní části obrázku, zatímco jiné v dolní části. Na obrázku jsou relativní hodnoty dalších složek krve, jako jsou hormony. Na obrázku jsou minerály barevně zvýrazněny purpurově .
Dietní výživa
Odborníci na výživu mohou doporučit, aby minerály byly nejlépe dodávány požitím konkrétních potravin bohatých na požadované chemické prvky. Tyto prvky mohou být přirozeně přítomny v potravinách (např. Vápník v mléce) nebo mohou být přidány do potraviny (např. Pomerančový džus obohacený vápníkem; jodizovaná sůl obohacená jódem ). Doplňky stravy mohou být formulovány tak, aby obsahovaly několik různých chemických prvků (jako sloučeniny), kombinaci vitamínů a/nebo jiných chemických sloučenin nebo jeden prvek (jako sloučenina nebo směs sloučenin), jako je vápník ( uhličitan vápenatý , citrát vápenatý) ) nebo hořčík ( oxid hořečnatý ) nebo železo (síran železnatý, bis-glycinát železa).
Dietní zaměření na chemické prvky pochází z zájmem o podporu biochemické reakce z metabolismu s požadovanými elementárních prvků. Bylo prokázáno, že k udržení optimálního zdraví jsou potřebné úrovně příjmu určitých chemických prvků. Dieta může splňovat všechny požadavky na chemické prvky v těle, i když doplňky mohou být použity, pokud některá doporučení nejsou dietou adekvátně splněna. Příkladem může být dieta s nízkým obsahem mléčných výrobků, a tedy nesplnění doporučení pro vápník.
Bezpečnost
Rozdíl mezi doporučeným denním příjmem a těmi, které jsou považovány za bezpečné horní limity (UL), může být malý. Například pro vápník stanovil americký úřad pro kontrolu potravin a léčiv doporučený příjem pro dospělé nad 70 let na 1 200 mg/den a UL na 2 000 mg/den. Evropská unie také stanoví doporučená množství a horní limity, které nejsou vždy v souladu s USA. Stejně tak Japonsko, které stanoví UL pro jód na 3000 μg oproti 1100 pro USA a 600 pro EU. V tabulce výše se zdá, že hořčík je anomálií, protože doporučený příjem pro dospělé muže je 420 mg/den (ženy 350 mg/den), zatímco UL je nižší než doporučená dávka 350 mg. Důvodem je, že UL je specifická pro konzumaci více než 350 mg hořčíku najednou, ve formě doplňku stravy, protože to může způsobit průjem. Potraviny bohaté na hořčík tento problém nezpůsobují.
Prvky považovány za možná nezbytné pro člověka, ale nepotvrzené
Mnoho ultratrace prvků bylo navrženo jako zásadní, ale taková tvrzení obvykle nebyla potvrzena. Definitivní důkaz účinnosti pochází z charakterizace biomolekuly obsahující prvek s identifikovatelnou a testovatelnou funkcí. Jeden problém s identifikací účinnosti je ten, že některé prvky jsou při nízkých koncentracích neškodné a jsou všudypřítomné (příklady: křemík a nikl v pevné látce a prachu), takže důkaz účinnosti chybí, protože nedostatky je obtížné reprodukovat. Je známo, že ultratrace prvky některých minerálů, jako je křemík a bór, hrají určitou roli, ale přesná biochemická podstata není známa a u jiných, jako je arsen, existuje podezření, že hrají roli ve zdraví, ale se slabšími důkazy.
Živel | Popis | Přebytek |
---|---|---|
Bróm | Možná důležitý pro architekturu bazální membrány a vývoj tkáně, jako potřebný katalyzátor pro výrobu kolagenu IV . | bromismus |
Arsen | Nezbytné u modelů krys, křečků, koz a kuřat, ale u lidí nebyl proveden žádný výzkum. | otrava arsenem |
Nikl | Nikl je základní složkou několika enzymů , včetně ureázy a hydrogenázy . Ačkoli to není požadováno lidmi, některé jsou považovány za vyžadované střevními bakteriemi, jako je například ureáza vyžadovaná některými odrůdami Bifidobacterium . U lidí může být nikl kofaktorem nebo strukturní složkou určitých metaloenzymů zapojených do hydrolýzy , redoxních reakcí a genové exprese . Nedostatek niklu zpomaluje růst u koz, prasat a ovcí a snižuje koncentraci cirkulujícího hormonu štítné žlázy u potkanů. | Toxicita niklu |
Fluor | Fluor (jako fluorid ) není považován za základní prvek, protože ho lidé nevyžadují pro růst ani pro udržení života. Výzkum naznačuje, že primární zubní přínos fluoridu nastává na povrchu při topické expozici. Z minerálů v této tabulce je fluorid jediným, pro který americký lékařský institut zavedl adekvátní příjem . | Otrava fluoridem |
Boron | Bor je základní rostlinnou živinou , nezbytnou především pro zachování integrity buněčných stěn. Ukázalo se, že bor je nezbytný pro dokončení životního cyklu u zástupců všech království života. U zvířat bylo prokázáno, že doplňkový bór snižuje vylučování vápníku a aktivuje vitamín D. | Žádné akutní účinky (LD50 kyseliny borité je 2,5 gramu na kilogram tělesné hmotnosti)
Chronické účinky dlouhodobé expozice vysokým dávkám boru nejsou plně objasněny |
Lithium | Na základě plazmatických koncentrací lithia, biologické aktivity a epidemiologických pozorování existují důkazy, nikoli přesvědčivé, že lithium je základní živinou. | Toxicita lithia |
Stroncium | Bylo zjištěno, že stroncium se podílí na využití vápníku v těle. Má podpůrný účinek na příjem vápníku do kosti při mírných dietních hladinách stroncia, ale rachitogenní (produkující křivici) účinek na vyšších dietních úrovních. | Některé formy křivice |
jiný | Křemík a vanad mají zavedené, i když specializované, biochemické role jako strukturní nebo funkční kofaktory v jiných organismech, a možná, dokonce pravděpodobně, jsou používány savci (včetně lidí). Naproti tomu wolfram , rané lanthanoidy a kadmium mají specializované biochemické využití v některých nižších organismech, ale zdá se, že tyto prvky nejsou savci využívány. Mezi další prvky považované za možná zásadní patří hliník , germánium , olovo , rubidium a cín . | Násobek |
Minerální ekologie
Minerály mohou být bioinženýrovány bakteriemi, které působí na kovy, aby katalyzovaly rozpouštění minerálů a srážení . Minerální živiny jsou recyklovány bakteriemi distribuovanými po celém světě v půdách, oceánech, sladkých vodách , podzemních vodách a ledovcových meltwater systémech. Bakterie absorbují rozpuštěné organické látky obsahující minerály, když pohlcují květy fytoplanktonu . Minerální živiny procházejí tímto mořským potravinovým řetězcem , od bakterií a fytoplanktonu až po bičíkovce a zooplankton , které jsou pak konzumovány jiným mořským životem . V terestrických ekosystémech , houby mají podobné role jako bakterie , mobilizace nerosty z ohledu na nepřístupné jinými organismy, pak transportu získané živin do místních ekosystémů .
Viz také
Reference
Další čtení
- Humphry Bowen (1966) Stopové prvky v biochemii . Akademický tisk .
- Humphrey Bowen (1979) Chemie životního prostředí prvků . Academic Press, ISBN 0-12-120450-2 .