生物化学中的微量元素及其功能

微量元素的生物化学功能~

元素生物化学功能的例子铁过氧化氢酶和细胞色素氧化酶的辅基碘甲状腺激素的合成原料铜细胞色素氧化酶的辅基锰精氨酸酶和其他酶的辅因子锌脱氢酶类，DNA聚合酶，碳酸酐酶的辅因子钴维生素B12的组成部分镍脲酶的辅因子氟骨的形成硅结缔组织和骨的形成铬血糖的适当利用砷暂不明确分子生物学的研究揭示，微量元素通过与蛋白质和其他有机基团结合，形成了酶、激素、维生素等生物大分子，发挥着重要的生理生化功能。微量元素首先构成了体内重要的载体与电子传递系统。铁存在于血红蛋白与肌红蛋白之中，在它们执行载氧与贮氧的过程中，铁扮演了十分重要的角色。酶是生命的催化剂，迄今体内发现的1000余种酶中，约有50%到70%需要微量元素参加或激活，它们在细胞酶系统中功能相当广泛：从弱离子效应到构成高度特殊的化合物——金属酶与非金属酶。谷胱甘肽过氧化物酶是典型的非金属酶，它具有抑制自由基生成。清除过氧化物。保护细胞膜完整性等作用。该酶分子中含有4个硒原子。锌不仅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等几十种酶的必需成分，而且同近百种酶的活性有关。锰作为离子性较强的微量元素则是有效的激活剂，可催化金属活化酶。微量元素还参与了激素与维生素的合成。众所周知，碘为甲状腺激素的生物合成所必需的；而锌在维持胰岛素的主体结构中亦不可缺少，每个胰岛素分子结合2个锌原子。维生素B12是胸腺嘧啶核糖核苷酸合成以及最终DNA生物合成与转录所必需的甲基转移的辅酶。该分子中鳌合有一个钴原子的环状结构部分，含有它的化合物——类咕琳辅酶是已知最有效的生物催化剂之一，在许多酶中起着不寻常的分子重排作用。核酸是遗传信息的携带者。微量元素对核酸的物理、化学性质均可产生影响。多种RNA聚合酶中含有锌，而核昔酸还原酶的作用则依赖于铁。微量元素在人体内含量虽然极微小，但具有强大的生物学作用，它们参与酶、激素、维生素和核酸的代谢过程，其生理功能主要表现为协助输送宏量元素；作为酶的组成成分或激活剂；在激素和维生素中起独特作用；影响核酸代谢等。大多数微量元素(锌除外)都广泛分布于各种食品中，可以由平衡和多样化膳食中得到充分补充。但对长期依靠静脉营养的病人、婴儿以及老年人或由于地区的土质及水质造成的地区性缺乏时就需另外适当补充。

14种微量元素有哪些，说清楚

微量元素（trace element）：
指占人体总重量1/10000以下，每人每日需要量在100mg以下的元素。包括Fe、Cu、Mn、Zn、I、Se等。
一、铁（iron，Fe）
（一）铁的代谢
（二）铁的生物学作用
1. 合成血红蛋白（分子组成）
2. 合成肌红蛋白
3. 构成人体必需的酶
4. 铁参与能量代谢
5. 铁与免疫功能
（三）铁缺乏症与缺铁性贫血
（四）铁中毒
二、碘（iodine，I）
（一）碘的代谢
主要从食物中摄取，以消化道吸收为主，70%-80%被摄入甲状腺细胞内贮存，排泄主要通过肾脏。
（二）碘的生物学作用
促进蛋白质的合成，活化多种酶，调节能量代谢。
维持中枢神经系统结构
碘通过甲状腺素而发挥其生理作用
（三）碘缺乏与地方病
1. 地方性甲状腺肿
一般指碘缺乏所致甲状腺肿，是以甲状腺代谢性肿大，不伴有明显甲状腺功能改变为特征。

2. 地方性克汀病
临床表现：生长发育迟缓、身材矮小、智力低下、聋哑、神经运动障碍及甲状腺功能低下。（四）碘过量与高碘性甲状腺肿
1. 高碘性甲状腺肿
2. 碘性甲状腺功能亢进
三、锌（zinc, Zn）
锌的代谢
锌的生物学作用：1. 可作为多种酶的功能成分或激活剂
2. 促进机体生长发育
3. 促进维生素A的正常代谢和生理功能
4. 参与免疫功能过程
锌缺乏症：营养性侏儒症；第二性征发育不全；先天性痴呆
锌中毒
四、硒（selenium, Se）
硒的代谢
硒的生物学作用：谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分；参与辅酶A和辅酶Q的合成；保护视器官的健全功能；是体内抵抗有毒物质的保护剂；增强机体免疫力；保护心血管和心肌；调节维生素A、C、E、K的代谢；对肿瘤的影响
硒缺乏-----克山病、大骨节病
硒中毒
五、铜（copper，Cu）
铜的代谢
铜的生物学作用
铜缺乏症
铜中毒
六、铬（chromium, Cr）
铬的代谢
铬的生物学作用
铬缺乏症
铬中毒
七、锰（manganese，Mn）
锰的代谢
锰的生物学作用
锰缺乏症：侏儒症、贫血
锰中毒
八、钴（cobalt，Co）
钴的代谢
钴的生物学作用:是VB12的组成成分
钴缺乏症：巨幼红细胞贫血
钴中毒：多为治疗贫血时产生
九、有害的微量元素
铅、汞、砷、铝…

身体影响：
以下三类人群最易缺乏微量元素：
第一类人群是少年儿童。因快速生长发育，消耗较大，补充不足，饮食结构不合理，厌食、偏食、易生病等原因，易缺乏锌、硒、碘、钙*、铁等。
第二类人群是孕妇及哺乳期妇女。因胎儿快速生长发育，消耗量较大，孕妇由于妊娠反应也往往会导致摄入不足，饮食结构不合理，偏食、挑食、生病等原因，易缺乏锌、硒、钙、碘、铁、钼、锰等。
第三类人群是免疫力低下者及中老年人。缺乏微量元素锌、硒等可导致免疫力低下，所以免疫力低下常由于微量元素缺乏所导致；老年人因胃肠吸收功能下降，且易患慢性消耗性疾病等原因，易缺乏锌、硒、铬等。

心理影响：
人体中的微量元素不但维持正常生理功能，而且它们在人体中含量的多少也会影响到人的智力、情绪等，是人类心理健康的物质基础。其中以钙、镁、锌、铁、碘、硒等元素对人的心理健康最为重要。
钙
钙(Ca)是人体内含量最多的矿质元素之一，调节人体各个系统的组织器官的正常功能都要依靠它的存在。钙是脑神经元代谢不可缺少的重要元素，能保证脑力旺盛、头脑冷静并提高人的判断力，影响人的情绪。充足的钙能抑制脑神经的异常兴奋，使人保持镇静。缺钙可影响神经传导，使神经、肌肉的兴奋性失调，人就会变得敏感、情绪不稳定，注意力难以集中。医学研究发现神经性耳聋病人血清中钙、铁、锌含量低于健康人。
镁
镁(Mg)。镁可镇定中枢神经，帮助消除女性在经期中的紧张情绪，减轻心理压力。镁缺乏时就会导致各种各样的头痛，还包括怕光、怕声等附加症状。有镁的药剂(MgSO)能够有效地消除头痛症状。
锌
锌(Zn)。锌是人体海马回(海马回位于人脑控制学习和记忆活动的中枢，主要负责形成和储存长期记tL)的重要微量元素，与记忆和智力有关。儿童缺锌会形成缺锌一厌食一蛋白质摄入不足一赖氨酸缺乏一大脑发育受损一海马回缺锌一记忆力智力下降一情绪失控一心理素质差。1977年美国《科学》杂志的一篇论文曾谈及人乳与牛乳的不同营养效果，其中涉及锌的服用形式。人乳中的锌系与小分子量配体如氨基酸结合，它有利于锌的吸收；牛乳中锌含量虽较人乳高，但大部分与高分子蛋白质配体结合而不易吸收。所以，母乳可能更有利于婴儿的长高、智力发展及心理素质的改善，这与锌的吸收有关。
铁
铁(Fe)。铁是人体内含量最大的微量元素，主要以铁卟啉络合物(血红素)形式存在，通常认为它对呼吸的作用最大。铁作为血红蛋白的主要成分，由于高价铁和低价铁容易相互转变，氧化还原反应迅速，成为输氧能力最优的材料，其输氧机理为：Hb—Fe(Ⅱ)+O2Hb—Fe(Ⅱ)一O2，式中Fe(Ⅱ)表示亚铁，即铁在此时的存在形态；Hb代表血红蛋白。Hb的特定结构使其中的Fe(Ⅱ)与一般亚铁离子(Fe。+)不同，它与O的络合能力受到卟啉和近位的其他配体调控，Fe(Ⅱ)与卟啉络合使它不易被氧化；其他含氢的配体可与o成氢键，使氧加合物稳定化。当Hb这样的大分子结合几个小分子o时，各O间存在协同效应，并且相互增强。这是由于在去氧的Hb与第一个O分子结合后，亚铁发生转移，使近处的蛋白质链的基团运动，氢键重组，促进后来的oz结合。缺铁性贫血影响智力和心理健康，据报道，对1078例脾气急躁、多动的儿童检查，78的缺铁；上海第一医学院也曾报告微量元素铁的缺失是耳聋的原因。
碘
碘(I)。碘在人体内的主要作用是用来合成甲状腺素，每个甲状腺素分子含有4个碘原子。碘是人体内含量极少其生理功能别无替代的必需微量元素。碘缺乏是目前已知导致人类智力障碍的原因之一。据调查，我国一千多万智残人中80是因缺碘造成的r3a]。食物中缺乏碘会造成一定的心理紧张，导致精神状态不良。经常食用含碘的食物有助于消除紧张、帮助睡眠。
硒
硒(Se)。硒是甲状腺激素合成和代谢过程中的必需元素，当硒缺乏时会引起甲状腺功能的下降，从而导致抑郁的发生。硒的缺乏会降低机体的免疫功能，而免疫功能的降低恰恰是抑郁症患者的一个特点。硒也是体内谷胱甘肽过氧化物酶的必要组成成分，而后者正是保护机体神经、避免组织损害的重要抗氧化酶，其在精神障碍的发病中起到一定作用。硒可以调节抑郁症患者的情绪，还可缓解抑郁症状，减轻病痛折磨，提高生活质量。

所谓微量元素，在环境地球化学中，是指仅占地球组成部分的0.01%的60余种元素，它们的含量一般在1×10-8～1×10-88之间。在医学领域，从人体的结构来看，占人体总重量万分之一以下者即为微量元素。
微量元素在人体内含量甚微，总量不足体重的万分之五。如铁、锌、铜、锰、铬、硒、钒、碘等。随着科学的进展，人们的认识不断扩大，这些微量元素的数目还会增加。
人体需要的元素都要通过食物与饮水来供应，但是，无论是宏量无素或微量元素，决非韩信带兵那样“多多益善”。也就是说，必须严格地控制在某一水平，多了或少了都会有不良后果，甚至会引起疾病。

对每一种必需元素人体都有对应的酶来“管制”它，使元素按人体需要控制在一定浓度。如果人体某一元素少了，酶就对摄人某元素化合物进行加工，合成人体所需的某元素化会物；反之，如果摄入某元素过量，酶就会把它“驱逐出境”，以保证它在一定浓度范围内。酶的这一工作保证元素的代谢和平衡。

由于酶在体内含量极微，所以人体调节元素代谢和平衡能力是有限的。这就要求人们应科学地摄人必需元素量，既不可太多，又不可太少，就是对宏量元素也是如此。例如人体摄入糖、脂肪等碳、氢、氧组成的化合物过量，也会得肥胖症、心血管病等；对微量元素同样如此，例如铁是微量元素，是红血球主要成分，缺少它，人体血红蛋白不易合成，导致贫血，但一旦多了，也会得多铁症，严重者会“铁中毒”死亡。

这里必须指出的是，有人对有毒无素和微量元素作用混淆不清，误称有毒无素为微量元素这是错误！同时，不可把微量元素称为有毒或有害元素。下面举二例来说明：

硒是微量元素，人体非它不可，它在人体内有抗细胞老化、抗癌等重要功能，如果缺硒就会导致心肌病变、贫血等疾病。但是，人体含硒量不可过高，过高也会引起恶心腹泻和神经中毒。如每天硒摄人量超过0.0001克，人会中毒，直至死亡。又如砷也有类似情况。尽管硒和砷的化合物剧毒，人体需要量极少，但决不可称它们为有毒元素

另外一例是，镉是有害元素，常混入铜矿.锌矿等矿物中，在冶炼过程中、进入废渣,再被雨水冲刷进入河( 湖）水，被动植物吸收，造成镉污染,当隔进入人体,会跟人体蛋白质结合成有毒的镉硫蛋白,危害造骨功能,从而造成骨质疏松、骨萎缩变形、全身酸痛等。日本神通河两岸常见的骨痛病，镐是罪魁祸首。1972年世界卫生组织宣称，人体缺乏排镉功能，每日摄入量应为零，即不可摄入镉，因此，不要因为在人体查到残留的微量镉而误称它为微量元素。一句话，镉不可称微量元素。

对微量元素，虽然人体需要很少，但不可忽视摄取，主要是要提倡科学的饮食结构，摄取必需的微量元素，目前我国独生子女多，家庭常对他们过分宠爱，以致偏食，造成某些元素的缺乏，这是必须注意的。由于饮食结构不合理，美国儿童普遍缺铁，而中国儿童不同程度的缺锌。据上海有关部门统计，有75%儿童不同程度的缺锌，这是发人深省的数字啊！因此，我们要提倡“样祥吃，身体好”，同时还应多吃些粗粮、杂粮等。此外，要告诫孩子们不可偏食，更不可造成某些营养物过剩，保持营养平衡。
微量元素在人体中的主要功能是：
1�运载常量元素，把大量元素带到各组织中去。
2�充当生物体内各种酶的活性中心，促进新陈代谢。酶在生物体内是许多化学反应必不可少的催化剂，而许多微量元素却是酶的组成部分或激活剂。例如锌与200多种酶的活性或结构有关。
3�参与体内各种激素的作用。如锌可以促进性激素的功能，铬可促进胰岛的作用等。 铁。铁在人体中含量约为4—5克。铁在人体中的功能主要是参与血红蛋白的形成而促进造血。在血红蛋白中的含量约为72%。铁元素在菠菜、瘦肉、蛋黄、动物肝脏中含量较高。
铜。正常成人体内含铜100—200毫克。其主要功能是参与造血过程；增强抗病能力；参与色素的形成。铜在动物肝脏、肾、鱼、虾、蛤蜊中含量较高；果汁、红糖中也有一定含量。
锌。对人体多种生理功能起着重要作用。参与多种酶的合成；加速生长发育；增强创伤组织再生能力；增强抵抗力；促进性机能。锌在鱼类、肉类、动物肝肾中含量较高。
氟。是骨骼和牙齿的正常成分。可预防龋齿，防止老年人的骨质疏松。含氟量较多的食物有粮食(小麦、黑麦粉)、水果、茶叶、肉、青菜、西红柿、土豆、鲤鱼、牛肉等。
硒。成年人每天约需0.4毫克。硒具有抗氧化，保护红细胞的功用，并发现有预防癌症的作用。硒在小麦、玉米、大白菜、南瓜、大蒜和海产品中含量较丰富。
碘。通过甲状腺素发挥生理作用，如促进蛋白质合成；活化100多种酶；调节能量转换；加速生长发育；维持中枢神经系统结构。碘海带、紫菜、海鱼、海盐等中含量丰富。

微量元素与人类健康有密切关系。它们的摄入过量、不足、或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关，仅仅像火柴头那样大小或更少的量就能发挥巨大的生理作用。值得注意的是这些微量元素必须直接或间接由土壤供给。根据科学研究，到目前为止，已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种，即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。这每种微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极小，但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素，人体就会出现疾病，甚至危及生命。国外曾有报道：机体内含铁、铜、锌总量减少，均可减弱免疫机制(抵抗疾病力量)，降低抗病能力，助长细菌感染，而且感染后的死亡率亦较高。微量元素在抗病、防癌、延年益寿等方面都还起着不可忽视的作用。

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厨人彭温胃： Fe是合成血红蛋白质的重要成分,缺Fe会使血红蛋白合成减少,产生贫血;B能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长,当柱头和花柱中积累了大量B时,有利于受精作用的顺利进行,缺B会使植物出现＂花而不实＂现象;Cu是合成血蓝素、细胞色素氧化酶等的重要成分;Mo是合成固氮酶的重要成分;Zn是DNA聚合酶、RNA聚合酶的重要成分:Mn在碳水化合物、脂肪、蛋白质和核酸的代谢中作为各种酶的激活剂.作为骨骼和结缔组织形成与生长的成分之一,对于胆固醇合成、凝血和胰岛素都是必不可少的.

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