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微量元素

微量元素是相對主量元素(大量元素)來劃分的,根據(jù)寄存對象的不同可以分為多種類型,目前較受關(guān)注的主要是兩類,一種是生物體中的微量元素,另一種是非生物體中(如巖石中)的微量元素。
人體中存在量極少,低于人體體重0.01%的礦物質(zhì)稱為微量元素。人體每日對微量元素的需要量很少,但對人體來說必不可少。
微量元素
簡介
微量元素指占生物體總質(zhì)量0.01%以下,且為生物體所必需的一些元素。如鐵、硅、、、碘、溴、硒、錳等。微量元素為植物體必需但需求量很少的一些元素。這些元素在土壤中缺少或不能被植物利用時,植物生長不良,過多又容易引起中毒。在農(nóng)業(yè)中,常以微量元素作種子處理、根外追肥來提高作物產(chǎn)量。目前多數(shù)科學家比較一致的看法,認為生命必需的元素共有28種,在28種生命元素中,按體內(nèi)含量的高低可分為宏量元素(或常量元素)和微量元素。微量元素占人體總質(zhì)量的0.03%左右。這些微量元素在體內(nèi)的含量雖小,但在生命活動過程中的作用是十分重要的。

微量元素指占生物體總質(zhì)量0.01%以下,且為生物體所必需的一些元素。如鐵、硅、鋅、銅、碘、溴、硒、錳等。

微量元素為植物體必需但需求量很少的一些元素。這些元素在土壤中缺少或不能被植物利用時,植物生長不良,過多又容易引起中毒。在農(nóng)業(yè)中,常以微量元素作種子處理、根外追肥來提高作物產(chǎn)量。

目前多數(shù)科學家比較一致的看法,認為生命必需的元素共有28種,在28種生命元素中,按體內(nèi)含量的高低可分為宏量元素(或常量元素)和微量元素。微量元素占人體總質(zhì)量的0.03%左右。這些微量元素在體內(nèi)的含量雖小,但在生命活動過程中的作用是十分重要的。

相關(guān)信息
非生物體中的微量元素

巖石中微量元素基于地球化學行為可分為:

稀土元素(REE):原子序數(shù)57-71的鑭系元素以及與鑭系相關(guān)密切的鈧和釔共17種元素在地球化學上又稱之為稀土元素,包括:La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y。

鉑族元素(PGE,原子序數(shù)從44至46以及76至78),如果包括金也稱之為貴金屬元素,包括:Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au)。

過渡金屬元素(原子序數(shù)從21至30),包括:Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn

高場強元素(HFSE)包括鑭系元素,Sc和Y,以及Th,U,Pb,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta

低場強元素(LFSE)又稱大離子親石元素(LILE),包括:Cs,Rb,K,Ba,Sr,二價Eu和二價Pb

生物體中的微量元素

植物體

植物體除需要、磷、氮等元素作為養(yǎng)料外,還需要吸收極少量的鐵、硼、砷、錳、銅、、鉬等元素作為養(yǎng)料,這些需要量極少的,但是又是生命活動所必須的元素,叫做微量元素。

人體

人體是由60多種元素所組成。根據(jù)元素在人體內(nèi)的含量不同,可分為宏量元素和微量元素兩大類。凡是占人體總重量的萬分之一以上的元素,如碳、氫、氧、氮、、磷、、鈉等,稱為常量元素;凡是占人體總重量的萬分之一以下的元素,如鐵、鋅、銅、錳、鉻、硒、鉬、鈷、氟等,稱為微量元素(鐵又稱半微量元素)。微量元素在人體內(nèi)的含量真是微乎其微,如鋅只占人體總重量的百萬分之三十三。鐵也只有百萬分之六十。

微量元素雖然在人體內(nèi)的含量不多,但與人的生存和健康息息相關(guān),對人的生命起至關(guān)重要的作用。它們的攝入過量、不足、不平衡或缺乏都會不同程度地引起人體生理的異常或發(fā)生疾病。微量元素最突出的作用是與生命活力密切相關(guān),僅僅像火柴頭那樣大小或更少的量就能發(fā)揮巨大的生理作用。值得注意的是這些微量元素通常情況下必須直接或間接由土壤供給,但大部分人往往不能通過飲食獲得足夠的微量元素。根據(jù)科學研究,到目前為止,已被確認與人體健康和生命有關(guān)的必需微量元素有18種,即有鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、、氟、鉬、釩、、硅、鍶、硼、銣、砷等。這每種微量元素都有其特殊的生理功能。盡管它們在人體內(nèi)含量極小,但它們對維持人體中的一些決定性的新陳代謝卻是十分必要的。一旦缺少了這些必需的微量元素,人體就會出現(xiàn)疾病,甚至危及生命。目前,比較明確的是約30%的疾病直接是微量元素缺乏或不平衡所致。如缺鋅可引起口、眼、肛門或外陰部紅腫、丘疹、濕疹。又如鐵是構(gòu)成血紅蛋白的主要成分之一,缺鐵可引起缺鐵性貧血。國外曾有報道:機體內(nèi)含鐵、銅、鋅總量減少,均可減弱免疫機制(抵抗疾病力量),降低抗病能力,助長細菌感染,而且感染后的死亡率亦較高。微量元素在抗病、防癌、延年益壽等方面都還起著非常重要的作用。

幾種微量元素

鉻是人體必需的微量元素之一,十八世紀末由法國化學家Louis Vauquelin首次發(fā)現(xiàn)并命名,在機體的糖代謝和脂代謝中發(fā)揮特殊作用。但在隨后的100多年中,這種礦物質(zhì)元素被認為是一種有害元素,甚至是致癌物質(zhì),其應用也局限于印染、制革、化工等行業(yè)。直至1957年,Schwarz 和Mertz觀察到鉻在糖代謝中的作用,提出葡萄糖耐量因子假說,并通過實驗逐步證實,Cr3 是啤酒酵母中葡萄糖耐量因子(Glucose Tolerance Factor,GTF)的活性組成部分。隨后用鼠和人進行的大量研究表明:三價鉻主要通過GTF協(xié)同 。

鉻元素膠囊和增強胰島素的作用,從而影響糖類、脂類、蛋白質(zhì)和核酸等的代謝,影響動物的生長、繁殖、產(chǎn)品品質(zhì)及抗應激、抗病能力,并認為鉻(Cr3 )是人和動物機體必需的微量元素。后來,Mertz證實了GTF是以尼克酸-三價鉻-尼克酸為軸心,谷氨酸、甘氨酸和半胱氨酸為配體的物質(zhì)。他還證實了鉻的生物化學作用主要是作為胰島素的增強劑,通過胰島素影響糖、蛋白質(zhì)、脂肪和核酸的代謝。從而證明了鉻是人和動物的必需微量元素之一。此后,許多學者對鉻的代謝、生物學功能及在養(yǎng)殖業(yè)中應用作了大量的研究,取得了一些積極的成果和可喜的發(fā)現(xiàn)。

人體內(nèi)鉻幾乎都是3價的,它很穩(wěn)定,人體內(nèi)約含鉻6mg,它廣泛地存在于人體骨骼、肌肉、頭發(fā)、皮膚、皮下組織、主要器官(肺除外) 和體液之中。人體對無機鉻的吸收利用率極低,不到1%;人體對有機鉻的利用率可達10~25%[王文君. 飼料博覽,2000,(10) : 12~13]。正常成人需求量20~50μg /d,兒童、孕婦和老人為50~110μg /d,糖尿病患者和肥胖人群為50~200μg /d。鉻在天然食品中的含量較低、均以三價的形式存在。啤酒酵母、廢糖蜜、干酪、蛋、肝、蘋果皮、香蕉、肉、面粉、以及馬鈴薯等為鉻的主要來源。人們主要從食物、飲水和空氣攝取一小部分鉻。

鉻與脂類代謝

鉻與脂類代謝的關(guān)系,國內(nèi)外都做過廣泛的研究:補鉻可通過調(diào)節(jié)各種脂蛋白含量和膽固醇的代謝而對機體的脂類代謝產(chǎn)生有益的調(diào)節(jié)和改善作用;動物日糧補鉻可降低血清甘油三酯和總膽固醇的含量,并提高高密度脂蛋白(HDL)的含量。鉻可能通過兩種機制調(diào)節(jié)脂類代謝,一是日糧補鉻可提高胰島素活性(缺鉻時活性降低,并通過糖代謝誘發(fā)脂類代謝紊亂),調(diào)節(jié)脂類代謝、改善機體血脂狀況,因而和人類冠心病、高脂血癥及動脈硬化等的發(fā)生有關(guān);二是鉻可加強脂蛋白酶(LPL)和卵磷脂膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶(LCAT)的活性,LPL和LCAT對于合成HDL有重要作用,機體缺鉻則HDL的合成減少,含量下降。

一些證據(jù)表明,鉻能增加膽固醇的分解和排泄。Abraham等(198糖尿病人的鉻性化營養(yǎng)0)證明鉻不僅能降低兔主動脈上膽固醇的沉積,而且能清除沉積于主動脈上的膽固醇。Page(1993)在生長肥育豬日糧中添加不同水平的吡啶羧酸鉻(PicolinateChromium),豬血清中膽固醇水平顯著降低。Lein(1996)在生長豬飼糧中添加200ppb的鉻(GrPic),血清甘油三脂和低密度脂蛋白膽固醇顯著下降(P<0.05),肌酸肝和高密度脂蛋白(HDL)顯著提高(P<0.05)。Pahe等(1991)報道在產(chǎn)蛋雞日糧中添加200pp吡啶羧酸鉻,血液中膽固醇減少,但蛋黃中膽固醇未發(fā)生變化。綜合有關(guān)研究結(jié)果,鉻可能通過兩個途徑調(diào)節(jié)脂類代謝,一方面當動物體缺鉻時,胰島素的生物學活性降低,糖耐量受損,且通過糖代謝引發(fā)脂類代謝紊亂,補鉻后胰島素活性增強,降低主動脈上膽固醇的沉積,調(diào)節(jié)脂類代謝,從而改善血脂狀況;另一方面,鉻能夠增強脂蛋白酶和卵磷脂膽固醇;D(zhuǎn)移酶的活性,從而增強了高密度脂蛋白的合成,動物體缺鉻時,上述兩種酶的活性降低,高密度脂蛋白合成減少,導致血液中高密度脂蛋白下降。老年人缺鉻時易患糖尿病和動脈粥樣硬化,還可引起高血脂病、動脈粥狀硬化,生長遲緩以及縮短壽命等。補鉻有逆轉(zhuǎn)上述現(xiàn)象的作用。

氟與疾病和健康的研究已有近百年的歷史,氟以少量且不同濃度存在與土壤、水及動植物中,所有食物均含有氟,但吸收率有所不同,人體中的氟主要來源于飲水。氟是一種必需但非常敏感的元素,多了少了多會致病,它對人體的安全范圍比其他微量元素要窄得多。成年人體內(nèi)含氟約為2.9克,比鋅略多,僅次于硅和鐵。

基本功能
分子生物學的研究揭示,微量元素通過與蛋白質(zhì)和其他有機基團結(jié)合,形成了酶、激素、維生素等生物大分子,發(fā)揮著重要的生理生化功能。微量元素首先構(gòu)成了體內(nèi)重要的載體與電子傳遞系統(tǒng)。鐵存在于血紅蛋白與肌紅蛋白之中,在它們執(zhí)行載氧與貯氧的過程中,鐵扮演了十分重要的角色。

酶是生命的催化劑,迄今體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的1000余種酶中,約有50%到70%需要微量元素參加或激活,它們在細胞酶系統(tǒng)中功能相當廣泛:從弱離子效應到構(gòu)成高度特殊的化合物——金屬酶與非金屬酶。谷胱甘肽過氧化物酶是典型的非金屬酶,它具有抑制自由基生成。清除過氧化物。保護細胞膜完整性等作用。該酶分子中含有4個硒原子。鋅不僅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等幾十種酶的必需成分,而且同近百種酶的活性有關(guān)。錳作為離子性較強的微量元素則是有效的激活劑,可催化金屬活化酶。

微量元素還參與了激素與維生素的合成。眾所周知,碘為甲狀腺激素的生物合成所必需的;而鋅在維持胰島素的主體結(jié)構(gòu)中亦不可缺少,每個胰島素分子結(jié)合2個鋅原子。

維生素B12是胸腺嘧啶核糖核苷酸合成以及最終DNA生物合成與轉(zhuǎn)錄所必需的甲基轉(zhuǎn)移的輔酶。該分子中鰲合有一個鈷原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)部分,含有它的化合物——類咕琳輔酶是已知最有效的生物催化劑之一,在許多酶中起著不尋常的分子重排作用。

核酸是遺傳信息的攜帶者。微量元素對核酸的物理、化學性質(zhì)均可產(chǎn)生影響。多種RNA聚合酶中含有鋅,而核昔酸還原酶的作用則依賴于鐵。

非生物體
巖石中微量元素基于地球化學行為可分為:

微量元素稀土元素(REE):原子序數(shù)57-71的鑭系元素以及與鑭系相關(guān)密切的鈧和釔共17種元素在地球化學上又稱之為稀土元素,包括:La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y。

鉑族元素(PGE,原子序數(shù)從44至46以及76至78),如果包括金也稱之為貴金屬元素,包括:Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au)。

過渡金屬元素(原子序數(shù)從21至30),包括:Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn

高場強元素(HFSE)包括鑭系元素,Sc和Y,以及Th,U,Pb,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta

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