stringtranslate.com

Калий в биологии

Натрий -калиевый насос — важнейший фермент, регулирующий уровень натрия и калия в клетках.

Калий является основным внутриклеточным ионом для всех типов клеток , играя при этом важную роль в поддержании баланса жидкости и электролитов . [1] [2] Калий необходим для функционирования всех живых клеток и, таким образом, присутствует во всех растительных и животных тканях. Он находится в особенно высоких концентрациях в растительных клетках, а в смешанном рационе он наиболее сконцентрирован во фруктах. Высокая концентрация калия в растениях, связанная со сравнительно очень низким количеством натрия там, исторически привела к тому, что калий был впервые выделен из золы растений ( поташ ), что, в свою очередь, дало элементу его современное название. Высокая концентрация калия в растениях означает, что интенсивное производство сельскохозяйственных культур быстро истощает почвы калия, а сельскохозяйственные удобрения потребляют 93% химического производства калия современной мировой экономики.

Функции калия и натрия в живых организмах совершенно различны. Животные, в частности, используют натрий и калий по-разному для генерации электрических потенциалов в клетках животных, особенно в нервной ткани . Истощение калия у животных, включая людей, приводит к различным неврологическим дисфункциям. Характерные концентрации калия в модельных организмах составляют: 30–300 мМ в E. coli , 300 мМ в почкующихся дрожжах, 100 мМ в клетках млекопитающих и 4 мМ в плазме крови. [3]

Функция в растениях

Основная роль калия в растениях заключается в обеспечении ионной среды для метаболических процессов в цитозоле , и как таковой он выполняет функции регулятора различных процессов, включая регуляцию роста. [4] Растениям требуются ионы калия (K + ) для синтеза белка и для открытия и закрытия устьиц , что регулируется протонными насосами , чтобы сделать окружающие замыкающие клетки либо набухшими , либо вялыми . Дефицит ионов калия может ухудшить способность растения поддерживать эти процессы. Калий также участвует в других физиологических процессах, таких как фотосинтез , синтез белка , активация некоторых ферментов , транспорт флоэмных растворов фотоассимилятов в исходные органы и поддержание баланса катионов и анионов в цитозоле и вакуоли . [5]

Функция у животных

Калий является основным катионом (K + , положительный ион) внутри клеток животных , в то время как натрий (Na + ) является основным катионом снаружи клеток животных. Разница между концентрациями этих заряженных частиц вызывает разницу в электрическом потенциале между внутренней и внешней частью клеток, известную как мембранный потенциал . Баланс между калием и натрием поддерживается ионными переносчиками в клеточной мембране . Все калиевые ионные каналы являются тетрамерами с несколькими консервативными вторичными структурными элементами. Было решено множество структур калиевых каналов , включая потенциалзависимые , [6] [7] [8] лигандзависимые , [9] [10] [11] [12] [13] тандемно-поровые , [14] [15] [16] и каналы внутреннего выпрямления , [17] [18] [19] [20] [21] из прокариот и эукариот . Потенциал клеточной мембраны, создаваемый ионами калия и натрия, позволяет клетке генерировать потенциал действия — «всплеск» электрического разряда. Способность клеток производить электрический разряд имеет решающее значение для таких функций организма, как нейротрансмиссия , сокращение мышц и работа сердца. [22]

Рекомендации по питанию

Национальная медицинская академия США (NAM) от имени США и Канады устанавливает рекомендуемые нормы потребления , включая предполагаемые средние потребности (EAR) и рекомендуемые нормы потребления (RDA) или адекватные нормы потребления (AI) для случаев, когда недостаточно информации для установления EAR и RDA.

Для мальчиков и девочек в возрасте до 9 лет рекомендуемые нормы калия составляют: 400  мг калия для детей в возрасте от 0 до 6 месяцев, 860  мг калия для детей в возрасте от 7 до 12 месяцев, 2000  мг калия для детей в возрасте от 1 до 3 лет и 2300  мг калия для детей в возрасте от 4 до 8 лет.

Для мужчин в возрасте 9 лет и старше рекомендуемые нормы калия составляют: 2500  мг калия для мужчин в возрасте от 9 до 13 лет, 3000  мг калия для мужчин в возрасте от 14 до 18 лет и 3400  мг для мужчин в возрасте 19 лет и старше.

Для женщин в возрасте 9 лет и старше рекомендуемая норма калия составляет: 2300  мг калия для женщин в возрасте от 9 до 18 лет и 2600  мг калия для женщин в возрасте 19 лет и старше.

Для беременных и кормящих женщин AIs для калия составляют: 2600  мг калия для беременных женщин в возрасте от 14 до 18 лет, 2900  мг для беременных женщин в возрасте 19 лет и старше; кроме того, 2500  мг калия для кормящих женщин в возрасте от 14 до 18 лет и 2800  мг для кормящих женщин в возрасте 19 лет и старше. Что касается безопасности, NAM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (ULs) для витаминов и минералов, но для калия доказательств было недостаточно, поэтому UL не был установлен. [23] [24]

В 2019 году Национальная академия наук, инженерии и медицины пересмотрела адекватное потребление калия до 2600 мг/день для женщин в возрасте 19 лет и старше, которые не беременны и не кормят грудью, и 3400 мг/день для мужчин в возрасте 19 лет и старше. [25] [26]

Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) называет коллективный набор информации Диетическими референтными значениями, с Референтным потреблением населения (PRI) вместо RDA и Средней потребностью вместо EAR. AI и UL определяются так же, как в Соединенных Штатах. Для людей в возрасте 15 лет и старше AI устанавливается на уровне 3500 мг/день. AI для беременности составляет 3500 мг/день, для лактации — 4000 мг/день. Для детей в возрасте от 1 до 14 лет AI увеличиваются с возрастом с 800 до 2700 мг/день. Эти AI ниже, чем RDA в США. [27] EFSA рассмотрело тот же вопрос безопасности и решило, что недостаточно данных для установления UL для калия. [28]

Маркировка

Для маркировки пищевых продуктов и диетических добавок в США количество в порции выражается в процентах от суточной нормы (%DV). Для маркировки калия 100% суточной нормы составляли 3500 мг, но по состоянию на май 2016 года она была пересмотрена до 4700 мг. [29] [30] Таблица старых и новых суточных норм для взрослых приведена в Reference Daily Intake .

Добавки

20 мЭкв (781 мг) калия из глюконата калия (4680 мг) или цитрата калия (2040 мг), смешанных с половиной стакана (1,12 дл) воды, можно принимать от двух до четырех раз в день ежедневно. [31] [32]

Маркировка

Из-за риска поражения тонкого кишечника Управление по контролю за продуктами и лекарствами США требует, чтобы некоторые соли калия (например, хлорид калия ), содержащие более 99 мг (около 1,3 мЭкв), были маркированы предупреждением. [33]

Источники пищи

Употребление разнообразных продуктов, содержащих калий, является лучшим способом получить его достаточное количество. Продукты с высоким содержанием калия включают киви , апельсиновый сок , картофель , кокос , авокадо , абрикосы , пастернак и репу , хотя многие другие фрукты , овощи , бобовые и мясо содержат калий.

Распространенные продукты с высоким содержанием калия: [34]

Продукты, содержащие наибольшую концентрацию: [34]

Дефицит

Высокое кровяное давление/гипертония

Диеты с низким содержанием калия увеличивают риск гипертонии, инсульта и сердечно-сосудистых заболеваний. [36] [37]

Гипокалиемия

Острая нехватка калия в жидкостях организма может вызвать потенциально фатальное состояние, известное как гипокалиемия . Гипокалиемия обычно возникает из-за потери калия через диарею , диурез или рвоту. Симптомы связаны с изменениями мембранного потенциала и клеточного метаболизма. Симптомы включают мышечную слабость и судороги, паралитическую непроходимость кишечника , отклонения от нормы на ЭКГ, паралич кишечника, снижение рефлекторной реакции и (в тяжелых случаях) паралич дыхания, алкалоз и аритмию .

В редких случаях регулярное употребление большого количества черной солодки приводило к гипокалиемии. Солодка содержит соединение ( глицирризин ), которое увеличивает выделение калия с мочой. [38]

Недостаточное потребление

Взрослые женщины в США потребляют в среднем половину АИ, мужчины — две трети. Для всех взрослых менее 5% превышают АИ. [39] Аналогично, в Европейском Союзе широко распространено недостаточное потребление калия. [40]

Побочные эффекты и токсичность

Желудочно-кишечные симптомы являются наиболее распространенными побочными эффектами добавок калия, включая тошноту, рвоту, дискомфорт в животе и диарею. Прием калия во время еды или прием микрокапсулированной формы калия может уменьшить желудочно-кишечные побочные эффекты.

Гиперкалиемия — самая серьезная неблагоприятная реакция на калий. Гиперкалиемия возникает, когда калий накапливается быстрее, чем почки могут его вывести. Чаще всего она встречается у людей с почечной недостаточностью . Симптомы гиперкалиемии могут включать покалывание в руках и ногах, мышечную слабость и временный паралич. Самым серьезным осложнением гиперкалиемии является развитие аномального сердечного ритма ( аритмии ), что может привести к остановке сердца.

Хотя гиперкалиемия редко встречается у здоровых людей, пероральный прием более 18 граммов за один раз у лиц, не привыкших к высоким дозам, может привести к гиперкалиемии.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Pohl, Hanna R.; Wheeler, John S.; Murray, H. Edward (2013). "Глава 2. Натрий и калий в здоровье и болезни". В Astrid Sigel, Helmut Sigel и Roland KO Sigel (ред.). Взаимосвязи между ионами основных металлов и болезнями человека . Ионы металлов в науках о жизни. Том 13. Springer. стр. 29–47. doi :10.1007/978-94-007-7500-8_2. ISBN 978-94-007-7499-5. PMID  24470088.
  2. ^ * Clausen, Michael Jakob Voldsgaard; Poulsen, Hanne (2013). "Гомеостаз натрия/калия в клетке". В Banci, Lucia (ред.). Metallomics and the Cell . Metal Ions in Life Sciences. Том 12. Springer. С. 41–67. doi :10.1007/978-94-007-5561-1_3. ISBN 978-94-007-5560-4. PMID  23595670.электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN  1559-0836 электронная- ISSN  1868-0402 
  3. ^ Майло, Рон; Филипс, Роб. «Биология клетки в цифрах: каковы концентрации различных ионов в клетках?». book.bionumbers.org . Архивировано из оригинала 20 апреля 2017 г. Получено 23 марта 2017 г.
  4. ^ Ли, РА; Вин Джонс, РГ (1984). «Гипотеза, связывающая критические концентрации калия для роста с распределением и функциями этого иона в растительной клетке». New Phytologist . 97 (1): 1–13. doi : 10.1111/j.1469-8137.1984.tb04103.x . JSTOR  2434189.
  5. ^ Хопкинс, WG и Хунер, NPA Введение в физиологию растений 4-е издание
  6. ^ Santoss JS, Asmar-Rovira GA, Han GW, Liu W, Syeda R, Cherezov V, Baker KA, Stevens RC, Montal M (декабрь 2012 г.). «Кристаллическая структура порового модуля потенциалзависимого канала K+ в закрытом состоянии в липидных мембранах». J Biol Chem . 287 (51): 43063–70. doi : 10.1074/jbc.M112.415091 . PMC 3522301. PMID  23095758 . 
  7. ^ Long SB, Campbell EB, Mackinnon R (август 2005 г.). «Кристаллическая структура зависимого от напряжения канала семейства Shaker у млекопитающих». Science . 309 (5736): 897–903. Bibcode :2005Sci...309..897L. doi : 10.1126/science.1116269 . PMID  16002581. S2CID  6072007.
  8. ^ Jiang Y, Lee A, Chen J, et al. (май 2003 г.). "Рентгеновская структура зависимого от напряжения канала K+". Nature . 423 (6935): 33–41. Bibcode :2003Natur.423...33J. doi :10.1038/nature01580. PMID  12721618. S2CID  4347957.
  9. ^ Jiang Y, Lee A, Chen J, Cadene M, Chait BT, MacKinnon R (май 2002). «Кристаллическая структура и механизм кальций-управляемого калиевого канала». Nature . 417 (6888): 515–22. Bibcode :2002Natur.417..515J. doi :10.1038/417515a. PMID  12037559. S2CID  205029269.
  10. ^ Юань П., Леонетти М.Д., Пико А.Р., Хсюн И., МакКиннон Р. (июль 2010 г.). «Структура аппарата активации Ca2+-канала BK человека при разрешении 3,0 А». Science . 329 (5988): 182–6. Bibcode :2010Sci...329..182Y. doi :10.1126/science.1190414. PMC 3022345 . PMID  20508092. 
  11. ^ Wu Y, Yang Y, Ye S, Jiang Y (июль 2010 г.). «Структура кольца ворот из человеческого канала большой проводимости Ca(2+)-управляемого K(+)». Nature . 466 (7304): 393–7. doi :10.1038/nature09252. PMC 2910425 . PMID  20574420. 
  12. ^ Leonetti MD, Yuan P, Hsiung Y, Mackinnon R (ноябрь 2012 г.). «Функциональный и структурный анализ pH- и потенциал-управляемого канала K+ человека SLO3». Proc Natl Acad Sci USA . 109 (47): 19274–9. Bibcode : 2012PNAS..10919274L. doi : 10.1073/pnas.1215078109 . PMC 3511096. PMID  23129643 . 
  13. ^ Kong C, Zeng W, Ye S, Chen L, Sauer DB, Lam Y, Derebe MG, Jiang Y (2012). «Отдельные механизмы ворот, выявленные структурами многолигандного управляемого K(+) канала». eLife . 1 : e00184. doi : 10.7554/eLife.00184 . PMC 3510474 . PMID  23240087. 
  14. ^ Brohawn SG, del Mármol J, MacKinnon R (январь 2012 г.). «Кристаллическая структура человеческого K2P TRAAK, липид- и механочувствительного ионного канала K+». Science . 335 (6067): 4s36–41. Bibcode :2012Sci...335..436B. doi :10.1126/science.1213808. PMC 3329120 . PMID  22282805. 
  15. ^ Miller AN, Long SB (январь 2012 г.). «Кристаллическая структура двухпорового домена калиевого канала человека K2P1». Science . 335 (6067): 432–6. Bibcode :2012Sci...335..432M. doi :10.1126/science.1213274. PMID  22282804. S2CID  206537279.
  16. ^ Dong YY, Pike AC, Mackenzie A, McClenaghan C, Aryal P, Dong L, Quigley A, Grieben M, Goubin S, Mukhopadhyay S, Ruda GF, Clausen MV, Cao L, Brennan PE, Burgess-Brown NA, Sansom MS, Tucker SJ, Carpenter EP (март 2015 г.). "Механизмы управления каналом K2P, выявленные структурами TREK-2 и комплексом с Prozac". Science . 347 (6227): 1256–9. Bibcode :2015Sci...347.1256D. doi :10.1126/science.1261512. PMC 6034649 . PMID  25766236. 
  17. ^ Clarke OB, Caputo AT, Hill AP, Vandenberg JI, Smith BJ, Gulbis JM (июнь 2010 г.). «Переориентация домена и вращение внутриклеточной сборки регулируют проводимость в калиевых каналах Kir». Cell . 141 (6): 1018–29. doi : 10.1016/j.cell.2010.05.003 . PMID  20564790. S2CID  14484301.
  18. ^ Kuo A, Gulbis JM, Antcliff JF, Rahman T, Lowe ED, Zimmer J, Cuthbertson J, Ashcroft FM, Ezaki T, Doyle DA (июнь 2003 г.). «Кристаллическая структура калиевого канала KirBac1.1 в закрытом состоянии». Science . 300 (5627): 1922–6. Bibcode :2003Sci...300.1922K. doi : 10.1126/science.1085028 . PMID  12738871. S2CID  2703162.
  19. ^ Whorton MR, MacKinnon R (сентябрь 2011 г.). «Кристаллические структуры канала K+ млекопитающих GIRK2 и регуляция пропускания белками G, PIP2 и натрием». Cell . 147 (1): 199–208. doi :10.1016/j.cell.2011.07.046. PMC 3243363 . PMID  21962516. 
  20. ^ Nishida M, MacKinnon R (декабрь 2002 г.). «Структурная основа внутреннего выпрямления: цитоплазматическая пора внутреннего выпрямителя, управляемого G-белком GIRK1, при разрешении 1,8 А». Cell . 111 (7): 957–65. doi : 10.1016/S0092-8674(02)01227-8 . PMID  12507423. S2CID  15788511.
  21. ^ Tao X, Avalos JL, Chen J, MacKinnon R (декабрь 2009 г.). «Кристаллическая структура эукариотического сильного внутреннего выпрямляющего K+ канала Kir2.2 при разрешении 3,1 А». Science . 326 (5960): 1668–74. Bibcode :2009Sci...326.1668T. doi :10.1126/science.1180310. PMC 2819303 . PMID  20019282. 
  22. ^ Микко Хеллгрен; Ларс Сандберг; Олле Эдхольм (2006). «Сравнение двух прокариотических калиевых каналов (K ir Bac1.1 и KcsA) в исследовании симуляции молекулярной динамики (МД)». Biophys. Chem . 120 (1): 1–9. doi :10.1016/j.bpc.2005.10.002. PMID  16253415.
  23. ^ Национальные академии наук, инженерии и медицины (2019). «Калий: диетические референтные дозы для адекватности». В Столлингс, Вирджиния А.; Харрисон, Меган; Ория, Мария (ред.). Диетические референтные дозы натрия и калия . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. doi : 10.17226/25353 . ISBN 978-0-309-48834-1. PMID  30844154.
  24. ^ Столлингс, Вирджиния А.; Харрисон, Меган; Ория, Мария, ред. (5 марта 2019 г.). Диетические рекомендуемые нормы потребления натрия и калия – Публикация. Национальные академии наук, инженерии и медицины. doi : 10.17226/25353. ISBN 978-0-309-48834-1. PMID  30844154. S2CID  104464967 . Получено 13 мая 2019 г. . {{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )
  25. ^ «Справочные значения потребления натрия и калия в рационе обновлены в новом отчете; введена новая категория для натрия на основе снижения риска хронических заболеваний» (пресс-релиз). Национальные академии наук, инженерии и медицины . 5 марта 2019 г. Получено 29 января 2022 г.
  26. ^ Национальные академии наук, инженерии и медицины; Отдел здравоохранения и медицины; Совет по пищевым продуктам и питанию; Комитет по пересмотру рекомендуемых норм потребления натрия и калия (март 2019 г.). Ория М., Харрисон М., Столлингс В. А. (ред.). Рекомендуемые нормы потребления натрия и калия. Издательство National Academies Press . doi : 10.17226/25353. ISBN 978-0-309-48834-1. PMID  30844154. S2CID  104464967. Идентификатор книжной полки: NBK538102 . Получено 13 ноября 2022 г. .
  27. ^ «Обзор рекомендуемых значений диетического питания для населения ЕС, разработанный Группой EFSA по диетическим продуктам, питанию и аллергиям» (PDF) . 2017. Архивировано (PDF) из оригинала 28.08.2017.
  28. ^ Допустимые верхние уровни потребления витаминов и минералов (PDF) , Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов, 2006, архив (PDF) из оригинала 2016-03-16
  29. ^ "Федеральный регистр 27 мая 2016 г. Маркировка пищевых продуктов: Пересмотр этикеток с информацией о пищевой ценности и пищевых добавках. Страница FR 33982" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 8 августа 2016 г.
  30. ^ "Daily Value Reference of the Dietary Supplement Label Database (DSLD)". База данных этикеток диетических добавок (DSLD) . Архивировано из оригинала 7 апреля 2020 г. . Получено 16 мая 2020 г. .
  31. ^ «Добавка калия (пероральный путь, парентеральный путь). Правильное использование — Mayo Clinic». www.mayoclinic.org .
  32. ^ "NCATS Inxight Drugs — ГЛЮКОНАТ КАЛИЯ". drugs.ncats.io .
  33. ^ «Управление пищевых добавок — Калий». ods.od.nih.gov .
  34. ^ ab "Топ-10 продуктов с самым высоким содержанием калия + Одна страница для печати". myfooddata . Архивировано из оригинала 2014-09-11.
  35. ^ "Центральный FoodData". fdc.nal.usda.gov .
  36. ^ Aburto NJ, Hanson S, Gutierrez H, Hooper L, Elliott P, Cappuccio FP (2013). «Влияние повышенного потребления калия на сердечно-сосудистые факторы риска и заболевания: систематический обзор и метаанализы». BMJ . 346 : f1378. doi :10.1136/bmj.f1378. PMC 4816263 . PMID  23558164. 
  37. ^ D'Elia L, Barba G, Cappuccio FP, Strazzullo P (2011). «Потребление калия, инсульт и сердечно-сосудистые заболевания: метаанализ перспективных исследований». J. Am. Coll. Cardiol . 57 (10): 1210–9. doi : 10.1016/j.jacc.2010.09.070 . PMID  21371638.
  38. ^ Mumoli N, Cei M (2008). «Гипокалиемия, вызванная солодкой». Int. J. Cardiol . 124 (3): e42–4. doi :10.1016/j.ijcard.2006.11.190. PMID  17320224.
  39. ↑ Что мы едим в Америке, NHANES 2013-2014. Архивировано 24 февраля 2017 г. на Wayback Machine .
  40. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2011-07-13 . Получено 2007-01-30 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )Потребление энергии и питательных веществ в Европейском Союзе

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки