stringtranslate.com

Минерал (питательное вещество)

Карбоангидраза — фермент , которому необходим цинк (серая сфера около центра изображения), необходимый для выдыхания углекислого газа.

В контексте питания минерал — это химический элемент . Некоторые «минералы» необходимы для жизни, но большинство — нет. [1] [2] [3] Минералы — это одна из четырех групп незаменимых питательных веществ; другие — это витамины , незаменимые жирные кислоты и незаменимые аминокислоты . [4] Пять основных минералов в организме человека — это кальций , фосфор , калий , натрий и магний . [2] Остальные минералы называются « микроэлементами ». Общепринятыми микроэлементами являются железо , хлор , кобальт , медь , цинк , марганец , молибден , йод , селен [5] и бром ; [6] есть некоторые свидетельства того, что их может быть больше .

Четыре органогенных элемента, а именно углерод , водород , кислород и азот ( CHON ), которые составляют примерно 96% веса человеческого тела , [7] обычно не считаются минералами (питательными веществами). Фактически, в питании термин «минерал» относится в более общем смысле ко всем другим функциональным и структурным элементам, обнаруженным в живых организмах.

Растения получают минералы из почвы . [8] Животные поедают растения, тем самым перемещая минералы вверх по пищевой цепи . Более крупные организмы могут также потреблять почву (геофагия) или использовать минеральные ресурсы, такие как солонцы, для получения минералов.

Наконец, хотя минерал и элементы во многом являются синонимами, минералы биодоступны только в той степени, в которой они могут быть усвоены. Чтобы быть усвоенными, минералы должны быть либо растворимыми, либо легко извлекаемыми потребляющим организмом. Например, молибден является незаменимым минералом, но металлический молибден не имеет никакой пищевой ценности. Многие молибдаты являются источниками молибдена.

Необходимые химические элементы для человека

Известно, что двадцать химических элементов необходимы для поддержания биохимических процессов человека, выполняя структурные и функциональные роли, и есть данные о существовании еще нескольких. [1] [9]

Кислород, водород, углерод и азот являются наиболее распространенными элементами в организме по весу и составляют около 96% веса человеческого тела. Кальций составляет от 920 до 1200 граммов веса взрослого человека, причем 99% его содержится в костях и зубах. Это около 1,5% веса тела. [2] Фосфор встречается в количестве около 2/3 кальция и составляет около 1% веса тела человека. [10] Другие основные минералы (калий, натрий, хлор, сера и магний) составляют всего около 0,85% веса тела. Вместе эти одиннадцать химических элементов (H, C, N, O, Ca, P, K, Na, Cl, S, Mg) составляют 99,85% тела. Остальные ≈18 ультрамикроэлементов составляют всего 0,15% тела или около ста граммов в общей сложности для среднестатистического человека. Общие дроби в этом абзаце представляют собой суммы, полученные путем суммирования процентов из статьи о химическом составе человеческого тела .

Существуют некоторые различия во мнениях относительно сущностной природы различных ультрамикроэлементов в организме человека (и других млекопитающих), даже на основе одних и тех же данных. Например, обсуждается вопрос о том, является ли хром необходимым для человека. Ни один биохимический элемент, содержащий Cr, не был очищен. США и Япония определяют хром как важнейший питательный элемент, [11] [12] но Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA), представляющее Европейский союз, рассмотрело этот вопрос в 2014 году и не согласилось. [13]

Большинство известных и предлагаемых минеральных питательных веществ имеют относительно низкий атомный вес и достаточно распространены на суше, или для натрия и йода, в океане. Они также имеют тенденцию иметь растворимые соединения в физиологических диапазонах pH: элементы без таких растворимых соединений, как правило, либо не являются необходимыми (Al), либо, в лучшем случае, могут быть необходимы только в следовых количествах (Si). [1]

Роли в биологических процессах

RDA = Рекомендуемая суточная норма ; AI = Адекватное потребление; UL = Допустимый верхний уровень потребления ; Приведенные данные относятся к взрослым в возрасте 31–50 лет, мужчинам и женщинам, не беременным и не кормящим грудью.

* Одна порция морских водорослей превышает допустимую норму США в 1100 мкг, но не 3000 мкг, установленную Японией. [35]

Диетическое питание

Диетологи могут рекомендовать, чтобы минералы лучше всего поставлялись при употреблении определенных продуктов, богатых интересующим химическим элементом(ами). Элементы могут естественным образом присутствовать в пище (например, кальций в молоке) или добавляться в пищу (например, апельсиновый сок, обогащенный кальцием; йодированная соль, обогащенная йодом ). Диетические добавки могут быть сформулированы так, чтобы содержать несколько различных химических элементов (в виде соединений), комбинацию витаминов и/или других химических соединений или один элемент (в виде соединения или смеси соединений), например, кальций ( карбонат кальция , цитрат кальция ) или магний ( оксид магния ), или железо ( сульфат железа , бис-глицинат железа). [ необходима цитата ]

Диетический акцент на химических элементах исходит из интереса к поддержке биохимических реакций метаболизма с требуемыми элементарными компонентами. [36] Было показано, что для поддержания оптимального здоровья требуются соответствующие уровни потребления определенных химических элементов. Диета может удовлетворить все потребности организма в химических элементах, хотя добавки могут использоваться, когда некоторые рекомендации не выполняются в достаточной степени диетой. Примером может служить диета с низким содержанием молочных продуктов, и, следовательно, не отвечающая рекомендациям по кальцию.

Растения

Структура ядра Mn4O5Ca в месте выделения кислорода в растениях, иллюстрирующая одну из многих ролей микроэлемента марганца. [37]

Список минералов, необходимых для растений, аналогичен списку для животных. Оба используют очень похожие ферменты, хотя существуют различия. Например, бобовые содержат молибденсодержащую нитрогеназу , а животные — нет. Многие животные полагаются на гемоглобин (Fe) для транспортировки кислорода, а растения — нет. Удобрения часто подбираются для устранения дефицита минералов в определенных почвах. Примерами являются дефицит молибдена , дефицит марганца , дефицит цинка и т. д.

Безопасность

Разрыв между рекомендуемым суточным потреблением и тем, что считается безопасными верхними пределами (UL), может быть небольшим. Например, для кальция Управление по контролю за продуктами и лекарствами США установило рекомендуемое потребление для взрослых старше 70 лет на уровне 1200 мг/день, а UL — на уровне 2000 мг/день. [18] Европейский союз также устанавливает рекомендуемые количества и верхние пределы, которые не всегда соответствуют США. [19] Аналогично, Япония устанавливает UL для йода на уровне 3000 мкг против 1100 для США и 600 для ЕС. [35] В таблице выше магний, по-видимому, является аномалией, поскольку рекомендуемое потребление для взрослых мужчин составляет 420 мг/день (для женщин — 350 мг/день), в то время как UL ниже рекомендуемого — 350 мг. Причина в том, что UL относится только к потреблению более 350 мг магния за один раз в форме пищевой добавки, так как это может вызвать диарею. Продукты, богатые магнием, не вызывают эту проблему. [38]

Элементы, считающиеся потенциально необходимыми для человека, но не подтвержденные

Многие ультраследовые элементы были предложены в качестве необходимых, но такие заявления обычно не подтверждались. Окончательное доказательство эффективности исходит из характеристики биомолекулы, содержащей элемент с идентифицируемой и проверяемой функцией. [5] Одна из проблем с определением эффективности заключается в том, что некоторые элементы безвредны при низких концентрациях и широко распространены (примеры: кремний и никель в твердом веществе и пыли), поэтому доказательств эффективности не хватает, поскольку дефицит трудно воспроизвести. [36] Когда-то считалось, что некоторые элементы играют роль с неизвестной биохимической природой, но доказательства не всегда были убедительными. [5] Например, когда-то считалось, что мышьяк, вероятно, необходим для млекопитающих, [39] но, похоже, он используется только микробами; [6] и хотя хром долгое время считался необходимым микроэлементом на основе моделей грызунов и предполагалось, что он участвует в метаболизме глюкозы и липидов , [40] [41] более поздние исследования окончательно исключили эту возможность. Он все еще может играть роль в передаче инсулинового сигнала, но доказательства этого неясны, и, по-видимому, это происходит только в дозах, не встречающихся в обычных диетах. [6] Бор необходим растениям, [42] [43] [44] , но не животным. [6]

Несущественные элементы иногда могут появляться в организме, когда они химически похожи на существенные элементы (например, Rb + и Cs + заменяют Na + ), поэтому существенность — это не то же самое, что поглощение биологической системой. [1]

Минеральная экология

Различные ионы используются животными и микроорганизмами для процесса минерализации структур, называемого биоминерализацией , используемого для построения костей , ракушек , яичной скорлупы , [52] экзоскелетов и раковин моллюсков . [53] [ необходима цитата ]

Минералы могут быть биоинженерными бактериями, которые воздействуют на металлы, чтобы катализировать растворение и осаждение минералов . [54] Минеральные питательные вещества перерабатываются бактериями, распространенными в почвах, океанах, пресных водах , грунтовых водах и системах талых ледников по всему миру. [54] [55] Бактерии поглощают растворенные органические вещества, содержащие минералы, по мере того как они очищают цветущий фитопланктон . [55] Минеральные питательные вещества циркулируют по этой морской пищевой цепи , от бактерий и фитопланктона до жгутиконосцев и зоопланктона , которые затем поедаются другими морскими обитателями . [54] [55] В наземных экосистемах грибы играют ту же роль, что и бактерии, мобилизуя минералы из веществ, недоступных другим организмам, а затем транспортируя полученные питательные вещества в местные экосистемы . [56] [57]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Zoroddu, Мария Антониетта; Аасет, Ян; Криспони, Гвидо; Медичи, Серенелла; Пеана, Массимилиано; Нурчи, Валерия Марина (2019). «Незаменимые для человека металлы: краткий обзор». Журнал неорганической биохимии . 195 : 120–129. doi :10.1016/j.jinorgbio.2019.03.013.
  2. ^ abc Берданье, Кэролин Д.; Дуайер, Джоанна Т.; Хебер, Дэвид (2013). Справочник по питанию и продуктам питания (3-е изд.). CRC Press. стр. 199. ISBN 978-1-4665-0572-8. Получено 3 июля 2016 г.
  3. ^ "Минералы". MedlinePlus, Национальная медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения США. 22 декабря 2016 г. Получено 24 декабря 2016 г.
  4. ^ "Информационные листы о витаминных и минеральных добавках". Офис диетических добавок, Национальные институты здравоохранения США, Бетесда, Мэриленд. 2016. Получено 19 декабря 2016 .
  5. ^ abc Берданье, Кэролин Д.; Дуайер, Джоанна Т.; Хебер, Дэвид (19 апреля 2016 г.). Справочник по питанию и продуктам питания, третье издание. CRC Press. стр. 211–24. ISBN 978-1-4665-0572-8. Получено 3 июля 2016 г.
  6. ^ abcdefghi Ремик, Кейли; Хелманн, Джон Д. (30 января 2023 г.). «Элементы жизни: биоцентрический тур по периодической таблице». Advances in Microbial Physiology . 82 . PubMed Central: 1–127. doi :10.1016/bs.ampbs.2022.11.001. ISBN 978-0-443-19334-7. PMC  10727122 . PMID  36948652.
  7. ^ "Атомы и жизнь | Спросите биолога". askabiologist.asu.edu . Получено 5 ноября 2024 г. .
  8. ^ "Минералы". Центр информации о микроэлементах, Институт Лайнуса Полинга, Университет штата Орегон, Корваллис, штат Орегон. 2016.
  9. ^ Нельсон, Дэвид Л.; Майкл М. Кокс (15 февраля 2000 г.). Lehninger Principles of Biochemistry, Третье издание (3 Har/Com ed.). WH Freeman. С. 1200. ISBN 1-57259-931-6.
  10. ^ «Фосфор в рационе». MedlinePlus, Национальная медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения США. 2 декабря 2016 г. Получено 24 декабря 2016 г.
  11. ^ Группа по микроэлементам Института медицины (США) (2001). "6, Хром". Диетические рекомендуемые нормы потребления витамина А, витамина К, мышьяка, бора, хрома, хрома, йода, железа, марганца, молибдена, никеля, кремния, ванадия и хрома. National Academies Press (США). стр. 197–223.
  12. ^ «Обзор рекомендуемых норм потребления для японцев (2015 г.)» (PDF) .
  13. ^ "Научное мнение о диетических референтных значениях содержания хрома". Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов . 18 сентября 2014 г. Получено 20 марта 2018 г.
  14. ^ Ультрамикроэлементы. Авторы: Нильсен, Форрест Х. USDA, ARS Источник: Современное питание в здоровье и болезнях / редакторы Морис Э. Шилс и др. Балтимор: Williams & Wilkins, c1999. [ уточнить ] , стр. 283–303. Дата выпуска: 1999.
  15. ^ ab Szklarska D, Rzymski P (май 2019). «Является ли литий микроэлементом? От биологической активности и эпидемиологических наблюдений до обогащения пищевых продуктов». Biol Trace Elem Res . 189 (1): 18–27. doi :10.1007/s12011-018-1455-2. PMC 6443601. PMID  30066063 .  Ошибка цитирования: Именованная ссылка «Szklarska2019» была определена несколько раз с различным содержанием (см. страницу справки ).
  16. ^ ab Enderle J, Klink U, di Giuseppe R, Koch M, Seidel U, Weber K, Birringer M, Ratjen I, Rimbach G, Lieb W (август 2020 г.). «Уровни лития в плазме в общей популяции: поперечный анализ метаболических и диетических коррелятов». Питательные вещества . 12 (8): 2489. doi : 10.3390/nu12082489 . PMC 7468710. PMID  32824874. 
  17. ^ ab McCall AS, Cummings CF, Bhave G, Vanacore R, Page-McCaw A, Hudson BG (июнь 2014 г.). «Бром — важный микроэлемент для сборки каркасов коллагена IV в развитии и архитектуре тканей». Cell . 157 (6): 1380–1392. doi :10.1016/j.cell.2014.05.009. PMC 4144415 . PMID  24906154.  Ошибка цитирования: Именованная ссылка «бром» была определена несколько раз с различным содержанием (см. страницу справки ).
  18. ^ abc "Dietary Reference Intakes (DRIs): Recommended Dietary Allowances and Adequate Intakes" (PDF) . Совет по продовольствию и питанию, Институт медицины, Национальные академии наук . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июня 2022 г. . Получено 25 августа 2023 г. .
  19. ^ ab Верхние допустимые уровни потребления витаминов и минералов (PDF) , Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов, 2006 , получено 4 января 2020 г.
  20. ^ «Руководство по питанию для американцев 2005: Приложение B-1. Пищевые источники калия». Министерство сельского хозяйства США. 2005.
  21. ^ Древновски А. (2010). «Индекс богатых питательными веществами продуктов помогает определить здоровые и доступные продукты» (PDF) . Am J Clin Nutr . 91(suppl) (4): 1095S–1101S. doi : 10.3945/ajcn.2010.28450D . PMID  20181811.
  22. ^ "NHS Choices: Витамины и минералы – Другое" . Получено 8 ноября 2011 г.
  23. ^ Corbridge, DE (1 февраля 1995 г.). Фосфор: очерк его химии, биохимии и технологии (5-е изд.). Амстердам: Elsevier Science Pub Co. стр. 1220. ISBN 0-444-89307-5.
  24. ^ "Фосфор". Институт Лайнуса Полинга, Университет штата Орегон . 2014. Получено 8 сентября 2018 .
  25. ^ «Магний — информационный бюллетень для специалистов здравоохранения». Национальные институты здравоохранения. 2016.
  26. ^ «Железо — Информационный бюллетень о диетических добавках». Национальные институты здравоохранения. 2016.
  27. ^ «Цинк — информационный бюллетень для специалистов здравоохранения». Национальные институты здравоохранения. 2016.
  28. ^ abc Шленкер, Элеанор; Гилберт, Джойс Энн (28 августа 2014 г.). Основы питания и диетотерапии Уильямса. Elsevier Health Sciences. стр. 162–3. ISBN 978-0-323-29401-0. Получено 15 июля 2016 г.
  29. ^ «Йод — информационный бюллетень для специалистов здравоохранения». Национальные институты здравоохранения. 2016.
  30. ^ Джеймсон, Дж. Ларри; Де Гроот, Лесли Дж. (25 февраля 2015 г.). Эндокринология: взрослая и детская. Elsevier Health Sciences. стр. 1510. ISBN 978-0-323-32195-2. Получено 14 июля 2016 г.
  31. ^ Sardesai VM (декабрь 1993 г.). «Молибден: незаменимый микроэлемент». Nutr Clin Pract . 8 (6): 277–81. doi :10.1177/0115426593008006277. PMID  8302261.
  32. ^ Момчилович, Б. (сентябрь 1999 г.). «Отчет о случае острой токсичности молибдена у человека из-за пищевой добавки с молибденом — нового представителя семейства «Lucor metallicum»». Архив промышленной гигиены и токсикологии . 50 (3). De Gruyter: 289–97. PMID  10649845.
  33. ^ «Селен — информационный бюллетень для специалистов здравоохранения». Национальные институты здравоохранения. 2016.
  34. ^ "Витамин B-12 (мкг)" (PDF) . Национальная база данных питательных веществ Министерства сельского хозяйства США для стандартных справочных данных, выпуск 28 . 27 октября 2015 г. Архивировано (PDF) из оригинала 26 января 2017 г. Получено 1 декабря 2022 г.
  35. ^ ab "Обзор рекомендуемых норм потребления пищи для японцев" (PDF) . Министр здравоохранения, труда и благосостояния Японии . 2015. стр. 39. Получено 5 января 2020 г.
  36. ^ ab Lippard, SJ; Berg JM (1994). Принципы бионеорганической химии . Mill Valley, CA: University Science Books. стр. 411. ISBN 0-935702-72-5.
  37. ^ Umena, Yasufumi; Kawakami, Keisuke; Shen, Jian-Ren; Kamiya, Nobuo (май 2011). "Кристаллическая структура фотосистемы II, выделяющей кислород, с разрешением 1,9 Å" (PDF) . Nature . 473 (7345): 55–60. Bibcode :2011Natur.473...55U. doi :10.1038/nature09913. PMID  21499260. S2CID  205224374.
  38. ^ Постоянный комитет Института медицины (США) по научной оценке рекомендуемых норм потребления (1997). "6, Магний". Рекомендуемые нормы потребления кальция, фосфора, магния, витамина D и фторида. National Academies Press (США). стр. 190–249.
  39. ^ Anke M. Arsenic. В: Mertz W. ed., Микроэлементы в питании человека и животных, 5-е изд. Orlando, FL: Academic Press, 1986, 347–372; Uthus EO, Доказательства эссенциальности мышьяка, Environ. Geochem. Health, 1992, 14:54–56; Uthus EO, Эссенциальность мышьяка и факторы, влияющие на ее важность. В: Chappell WR, Abernathy CO, Cothern CR eds., Воздействие мышьяка и здоровье. Northwood, UK: Science and Technology Letters, 1994, 199–208.
  40. ^ Ким, Мён Джин; Андерсон, Джон; Мэллори, Кэролайн (1 февраля 2014 г.). Питание человека. Jones & Bartlett Publishers. стр. 241. ISBN 978-1-4496-4742-1. Получено 10 июля 2016 г.
  41. ^ Гроппер, Сарин С.; Смит, Джек Л. (1 июня 2012 г.). Advanced Nutrition and Human Metabolism. Cengage Learning. стр. 527–528. ISBN 978-1-133-10405-6. Получено 10 июля 2016 г.
  42. ^ Малер, Р. Л. "Необходимые микроэлементы для растений. Бор в Айдахо" (PDF) . Университет Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 1 октября 2009 г. . Получено 5 мая 2009 г. .
  43. ^ "Функции бора в питании растений" (PDF) . US Borax Inc. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2009 г.
  44. ^ Блевинс Д.Г., Лукашевски К.М. (июнь 1998 г.). «Бор в структуре и функции растений». Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol . 49 : 481–500. doi :10.1146/annurev.arplant.49.1.481. PMID  15012243.
  45. ^ Берданье, Кэролин Д.; Дуайер, Джоанна Т.; Хебер, Дэвид (19 апреля 2016 г.). Справочник по питанию и продуктам питания, третье издание. CRC Press. стр. 211–26. ISBN 978-1-4665-0572-8. Получено 3 июля 2016 г.
  46. ^ Sigel, Astrid; Sigel, Helmut; Sigel, Roland KO (27 января 2014 г.). Взаимосвязи между ионами основных металлов и заболеваниями человека. Springer Science & Business Media. стр. 349. ISBN 978-94-007-7500-8. Получено 4 июля 2016 г.
  47. ^ Институт медицины (29 сентября 2006 г.). Диетические рекомендации по потреблению: основное руководство по потребностям в питательных веществах. National Academies Press. стр. 313–19, 415–22. ISBN 978-0-309-15742-1. Получено 21 июня 2016 г.
  48. ^ abc Ultratrace minerals. Авторы: Nielsen, Forrest H. USDA, ARS Источник: Modern nutrition in health and disease / редакторы, Maurice E. Shils ... et al.. Балтимор: Williams & Wilkins, c1999., стр. 283-303. Дата выпуска: 1999 URI: [1]
  49. ^ Kakei M, Sakae T, Yoshikawa M (2012). «Аспекты обработки фторидом для укрепления и реминерализации кристаллов апатита». Журнал биологии твердых тканей . 21 (3): 475–6. doi : 10.2485/jhtb.21.257 . Получено 1 июня 2017 г.
  50. ^ Loskill P, Zeitz C, Grandthyll S, Thewes N, Müller F, Bischoff M, Herrmann M, Jacobs K (май 2013 г.). «Уменьшение адгезии бактерий полости рта к гидроксиапатиту путем обработки фторидом». Langmuir . 29 (18): 5528–33. doi :10.1021/la4008558. PMID  23556545.
  51. ^ Институт медицины (1997). «Фтор». Диетические рекомендации по потреблению кальция, фосфора, магния, витамина D и фторида . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. стр. 288–313. doi :10.17226/5776. ISBN 978-0-309-06403-3. PMID  23115811.
  52. ^ Хантон, П. (2005). «Исследование структуры и качества яичной скорлупы: исторический обзор». Revista Brasileira de Ciencia Avícola . 7 (2): 67–71. дои : 10.1590/S1516-635X2005000200001 .
  53. ^ Currey, JD (1999). «Конструкция минерализованных твердых тканей для их механических функций». Журнал экспериментальной биологии . 202 (Pt 23): 3285–94. doi :10.1242/jeb.202.23.3285. PMID  10562511.
  54. ^ abc Warren LA, Kauffman ME (февраль 2003 г.). «Геонауки. Микробные геоинженеры». Science . 299 (5609): 1027–9. doi :10.1126/science.1072076. PMID  12586932. S2CID  19993145.
  55. ^ abc Azam, F; Fenchel, T; Field, JG; Gray, JS; Meyer-Reil, LA; Thingstad, F (1983). "Экологическая роль микробов водной толщи в море" (PDF) . Mar. Ecol. Prog. Ser . 10 : 257–63. Bibcode :1983MEPS...10..257A. doi : 10.3354/meps010257 .
  56. ^ J. Dighton (2007). «Круговорот питательных веществ сапротрофными грибами в наземных местообитаниях». В Kubicek, Christian P.; Druzhinina, Irina S (ред.). Экологические и микробные отношения (2-е изд.). Berlin: Springer. стр. 287–300. ISBN 978-3-540-71840-6.
  57. ^ Gadd GM (январь 2017 г.). «Геомикология элементарного цикла и трансформаций в окружающей среде» (PDF) . Microbiol Spectr . 5 (1): 371–386. doi :10.1128/microbiolspec.FUNK-0010-2016. ISBN 9781555819576. PMID  28128071. S2CID  4704240.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Пищевые минералы» .