矿物质的作用及其变化

第五讲矿物质的作用及其变化第五讲5.1概述5.2大量元素5.3微量元素5.4生物利用性5.5加工中的变化5.6其他无机质构成生物体的元素，已知有五十多种，除去C、H、O、N四种构成水分和有机物质的元素外，其它元素统称为无机质（矿物质）成分，这些矿物质元素除少量参与有机物的组成（如S、P、Fe）外，大多数均以无机盐的形态存在。矿物质5-1在人及动物体内，矿物质总量不超过体重的4—5%，但却是人和动物体不可缺少的成分，用只含有机成分不含矿物质的食物喂饲小白鼠，小白鼠不久便会死去。在植物体中，矿物质的含量占干重的1—15%，所以蔬菜是人类获得矿物质营养的重要来源。无机质无机质5-2无机质微量元素在整个生命体系中起着重要作用。金属元素最大的特征就是失去电子成为带正电荷的离子。因此存在于生命体液中的是各种形式的金属离子，它们能与生物分子产生各种键和作用，从而在生物体内承担各种各样的功能，如电子转移、载氧、酶的活性中心等。体内微量元素过多过少都将导致人体正常生理功能的紊乱，从而引起各种各样的疾病。矿物质微量元素的分类微量元素根据其在体内生物学作用不同可分为三类：具有特殊生理功能，对维持人体正常生命活动不可缺少的必需微量元素，如铁、锌、铜、硒、锰、碘、钴、钼、氟、钒、铬、镍、锡、硅等，共14种；没有特殊生理功能，也不是机体所必需，亦未发现有毒性的非必需微量元素，如锂、硼、铷、溴等；微量存在就会引起毒性反应的毒性元素，如铅、镉、汞、铊、铝、锑等。一、大量元素（含量0.01%的）1、Ca、Mg、P人及动物体内的钙、Mg、磷三种元素在骨骼中最多，钙、Mg主要以磷酸盐，部分以碳酸盐、氢氧化物及氟化物存在。5-3无机质重要矿物元素的营养功能钙：正常成年人体中含钙量的99%以上存在于骨骼及牙齿中，其它则存在于体液及其它组织中。幼儿及青少年缺钙则会得软骨病和发育不良。钙有抑制神经组织和肌肉的应激性作用，血浆中钙含量过低，人就会发生抽搐现象。无机质重要矿物元素的营养功能5-4不同年龄缺钙的表现为：儿童：夜惊、夜啼、烦躁、盗汗、厌食、方颅、佝偻病、骨骼发育不良、免疫力低下、易感染。青少年：腿软、抽筋、体育成绩不佳、疲倦乏力、烦躁、精力不集中、偏食、厌食、蛀牙、牙齿发育不良、易感冒、易过敏。青壮年：经常性的倦怠、乏力、抽筋、腰酸背痛、易感冒、过敏。孕产妇：小腿痉挛、腰酸背痛、关节痛、浮肿、妊娠高血压等。中老年：腰酸背痛、小腿痉挛、骨质疏松和骨质增生、骨质软化、各类骨折、高血压、心脑血管病、糖尿病、结石、肿瘤等。食物中钙的最好来源是牛奶与绿叶蔬菜、肉类、豆类、水产等，但有些蔬菜，如长老了的菠菜中含草酸及植酸过多，会与钙生成不溶性盐，妨碍钙的吸收。5-5无机质无机质P：约有70—80%的磷和钙、镁生成磷酸盐存在于骨骼及牙齿中。其余则以多种有机磷酸化合物存在于每一个细胞中。磷是人体遗传物质核酸的重要组分，也是人类能量转换的关键物质三磷酸腺苷(ATP)的重要成分，磷还是多种酶的组分，生物膜磷脂的组分，是构成骨骼、牙齿的重要成分，对人体生命活动有十分重要的作用。缺磷会影响钙的吸收而得软骨病，成年人膳食中Ca：P以1：1—1：2为宜，否则钙、磷的吸收都太少。食物中磷的主要来源有豆类、花生、肉类、核桃、蛋黄等，谷物种皮中含磷甚多，但大都是不易消化的植酸状态。5-5无机质无机质在一般人体所具有的2.5升左右的血浆中，含磷约75～100毫克，含钙250毫克。正常情况下，每人每昼夜从尿中排出磷达1000毫克，钙与磷之间的比例对食物的消化、吸收都有重要意义，当食物中钙磷之比为1：2至2：1时，最适宜于钙与磷的吸收。磷参与调节酸、碱平衡，帮助葡萄糖、蛋白质、脂肪的代谢。磷是机体所有细胞中的核糖核酸、脱氧核糖核酸的构成元素之一，对生物体的遗传代谢、生长发育、能量供应等方面都是不可缺少的。磷是生物体所有细胞的必需元素，是维持细胞膜的完整性、发挥细胞机能所必需的。磷脂是细胞膜上的主要脂类组成成分，与膜的通透性有关。它促进脂肪和脂肪酸的分解，预防血中聚集太多的酸或碱，磷的功能也影响血浆及细胞中的酸碱平衡，促进物质吸收，刺激激素的分泌，有益于神经和精神活动。磷能刺激神经肌肉，使心脏和肌肉有规律地收缩。磷帮助细胞分裂、增殖及蛋白的合成，将遗传特征从上一代传至下一代。磷离子对于碳水化合物、脂类和蛋白质的代谢是必需的，它作为辅助因子作用于广大的酶体系，也存在于高能磷酸化合物中。如有机磷酸盐、ATP、磷酸肌酸等具有储存和转移能量的作用。在骨的发育与成熟过程中，钙和磷的平衡有助于无机盐的利用。磷酸盐能调节维生素D的代谢，维持钙的内环境稳定。镁：人体内70%的镁存在于骨骼及牙齿中，其余分布于软组织及体液中，镁是许多酶的激活剂。缺镁会情绪激动，手足抽搐。长期缺镁会使骨质变脆，牙齿生长不良。Mg++广泛分布于植物中，叶绿素中就有，肉和脏器中也富含Mg++，奶中则较少。5-6无机质无机质1、激活多种酶的活性，镁作为多种酶的激活剂参与体内300多种酶促反应。2、对钾、钙通道的抑制作用。3、对骨骼和神经肌肉的作用。镁是骨细胞结构和功能的必需元素，保持骨骼生长和维持。4、对胃肠道和激素的作用。（PTH），甲状旁腺素（PTH）可促使骨骼中钙、镁溶解释放进入血液。镁缺乏的原因主要是摄入不足，吸收障碍，肾脏排出增多。镁主要存在于谷类的麸皮之中，现在粮食加工如此精细，当然随麸皮稻壳丢失太多，精米白面含镁量甚微。有饮酒习惯者，严重干扰镁的吸收，多为镁缺乏。镁缺乏对机体的影响⑴镁缺乏与钙代谢，镁存在的食物部位也多是钙所存在的部位，镁缺乏多伴有钙缺乏，在机体镁耗竭时，钙丢失也相当严重，在严重缺镁的情况下适量补充钙也可对缺镁情况有一定缓解。同理，在严重缺钙时，适量补充些镁也可缓解缺钙的症状，二者可以部分性互相替代。⑵镁缺乏常表现为肌肉震颤、手足抽搐、运动失调、有时听觉过敏和幻觉，严重者出现精神错乱、定向力失常、甚至惊厥、昏迷等。⑶镁缺乏可以使血压升高，加重动脉粥样硬化，诱发心律失常及促进高脂血症的发生。补充镁可以降低血压及血脂作用。⑷镁缺乏与骨质疏松。每日膳食中适量补充镁可以提高骨骼中矿物质含量，改善骨骼强度，锌对骨矿物质有内稳定作用。⑸镁缺乏与糖尿病。镁缺乏可以导致胰岛素抵抗及胰岛素分泌损害，镁缺乏时胰岛素敏感性有显著降低，通过适量补充镁元素，可改善胰岛素的生物活性。2、Na、K及Cl钠、钾在体内几乎完全以离子态存在，一切体液中均含有之，它们主要与Cl-共存，Na+、K+、Cl-是维持体液PH及渗透压最重要的离子。人体中Na+和Cl-主要来自食物中的食盐，K+在食物中普遍存在，以植物中为多，故一般不易缺乏。5-7无机质无机质3、S硫是组成蛋白质、VB1、硫酸软骨素等体内重要物质的成分，硫以无机物（Na+、K+、Mg++的硫酸盐）及有机物（蛋白质）的形态随食物进入体内。5-8无机质无机质（二）微量元素（0.01%）1、铁铁是血红素和一些酶的成分，缺铁时会引起贫血，虽然铁是地球上含量较多的元素，但由于它都是以生物难以利用的形态存在，所以人类很易发生缺铁症，蔬菜中生物可利用态的铁较多，应多食用，而肉类可增加铁的吸收，因为铁可与氨基酸形成可溶性的复合物，利于吸收。5-9无机质无机质铁（Fe）铁是人体内含量最多的微量元素。人体正常铁含量为3-4g，60%以血红蛋白形式存在，其余一般储存在细胞中。铁是血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素的重要组成部分。铁在人体新陈代谢中起着非常重要的作用，它直接参与氧的运输与储存。铁的生理功能铁具有高度的生物学活性，参与血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶及触酶等的合成，并与乙酞辅酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶、细胞色素还原酶的活性相关。三梭酸循环中有1/2以上的酶和因素含铁或铁存在时才能发挥生化作用，完成生理功能1）参与体内氧的转运、交换和组织呼吸过程一是合成血红蛋白红细胞是氧的截体，血红蛋白是它的重要组成成份，血红蛋白由两部分组成，其中一部分是含铁的物质，叫血红素，它是一种Fe2+的络合物，在其分子中四个卟啉环把铁原子包围在中间，2价铁原子好像处于蜘蛛网中心的“蜘蛛”，因此可与氧进行可逆性结合，使血红蛋白具有携带氧的功能，参与体内CO2转运、交换和组织呼吸。二是合成肌红蛋白肌红蛋白是一种含血红素的蛋白质，它由一个血红素和一个球蛋白组成，肌红蛋白的基本功能是在肌肉组织中起转运和储存氧的功能。铁元素在肌红蛋白合成中具有不可或缺的作用。三是构成细胞色素及某些呼吸酶细胞色素也是含血红素的化合物，其在线粒体内具有电子传递作用，同时也是各种呼吸酶的组成成分，铁元素是构成细胞色素的重要组成成分。2）维持正常造血功能铁对人体健康的重要性在于它是血红蛋白的一个必不可少的部分，在造血过程中是必需的元素之一。红细胞生成除要求骨髓造血功能正常外，还要有足够的造血原料，制造红细胞的主要原料为蛋白质和二价铁，红细胞中含铁约占机体总铁的2/3，铁在骨髓造血细胞中与卟啉结合形成高铁血红素，再与珠蛋白合成血红蛋白。3）增强免疫功能铁可使人体内T淋巴细胞、血清补体活性、吞噬细胞功能、中性白细胞的杀菌能力保持正常。研究发现缺铁可引起淋巴细胞减少和自然杀伤细胞活性降低。另外，铁还有催化促进胡萝卜素转化为维生素A，嘌呤与胶原的合成、抗体的产生、脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等功能。锌(Zn)锌在人体内的含量仅次于铁，居第二位。锌（Zinc）为人体必需的微量元素之一，作为多种酶的组成成分广泛地参与各种代谢活动。在人体中，锌是分布最广泛的必需微量元素，也是细胞内最丰富的微量元素。在生命活动中，锌起着转运物质和能量代谢的“生命齿轮”作用，也是DNA复制、RNA转录和核酸合成所需酶的必需组成成分。此外，锌还广泛分布在人的神经、免疫、血液、骨骼和消化系统中，参与体内近300种酶的合成与激活，人体中的酶按功能可划分为六大类，其中也均有锌酶的存在。锌的生理功能锌还与激素的作用紧密相联锌还与人体的免疫功能相关锌与生长发育密切相关锌对创伤修复至关重要锌影响味觉及食欲锌参与肝脏及视网膜维生素A还原酶的组成，是视觉物质合成中的关键酶锌能延缓衰老，老年人血清锌水平低于青年人，适当补锌后外周血淋巴细胞数、T细胞数、NK细胞活性均有明显提高。锌在维护细胞膜的结构和功能中起重要作用，锌可与硫醇结合，阻断它与铁结合所引起的强烈催化自由基的反应。锌还可抑制脂质过氧化反应，稳定细胞膜的结构与功能，使细胞对离子或自由基具有较强的抵抗力。2、铜铜可促进血红蛋白的合成和红血球的发育，也是一些氧化酶的成分。缺铜可发生贫血和心脏肥大、水肿、生长停滞、食欲不振等症状，肝、肾、豆类、贝类、鱼、绿叶蔬菜是铜的良好来源。5-10无机质无机质铜(Cu)主要以铜蛋白质复合物形式存在，是骨骼、血红蛋白、红血球形成的重要矿物质。铜可以影响铁的代谢及造血功能，影响中枢神经系统，并对骨骼及结缔组织代谢、能量代谢、心血管系统、毛发、皮肤和内分泌产生影响。铜是人体内多种酶的一个组分，大约有12中酶含铜。这些酶对人体内某些氧化还原反应起催化作用（胺氧化酶和酪氨酸酶）。铜的生理功能铜构成体内多种酶及生物活性蛋白，参与物质和能量代谢。铜是细胞色素氧化酶的组分，作为电子传递体参与生物氧化过程，在能量代谢中发挥重要作用同时铁吸收的重要促进因子，可使无机铁变为有机铁、Fe2+变为Fe3+，促进小肠对铁的吸收利用。铜是血浆铜蓝蛋白的重要组分，是造血过程的重要促进因子，能动员体内储存铁，将Fe2+氧化为Fe3+，促进运铁蛋白的形成及铁蛋白的转移和利用，使铁由储存场所进入骨髓，加速血红蛋白的生成及幼稚红细胞的成熟和释放。缺铜会使造血机能受到影响，引起缺铜性贫血。铜是细胞色素氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺-β-羟化酶、胺氧化酶等的组分，参与儿茶酚胺类激素和神经递质的代谢及黑色素的生成，对中枢神经系的功能、智