Minerly a stopov prvky Jana Novotn MINERLY A

Minerály a stopové prvky Jana Novotná

MINERÁLY A STOPOVÉ PRVKY 1. Hlavní skupina stavební složky molekul živých organismů (voda, proteiny, tuky, cukry, lipidy) C, H, O, N, S 2. Nutričně důležité minerály (více jak 100 mg za den) Ca, P, Mg, Na, K, Cl 3. Stopové prvky Cr, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Se, I, F 4. Doplňkové prvky (nejsou esenciální pro člověka) Ni, Sn, V, B, Li 5. Toxické prvky Pb, Hg

MINERÁLY A STOPOVÉ PRVKY n Transport stopových prvků: ¨ albumin - Cu, Zn ¨ transferin - Fe, Cr, Mn, Zn ¨ aminokyseliny - Cu, (Fe v malém množství) ¨ transkobaltamin - Co ¨ globuliny - Mn

MINERÁLY A STOPOVÉ PRVKY n Způsoby vylučování stopových prvků: ¨ žluč – Cr, Cu, Mn, Zn ¨ moč – Co, Cr, Mo, Zn ¨ pankreatická šťáva - Zn ¨ pot - Zn ¨ odumíráním mukosálních buněk – Fe, Zn

Sodík Na+ je hlavní kationt ECT, n koncentrace v plasmě - 135 -145 mmol/l, n intracelulární koncentrace - 3 -10 mmol/l, n hlavní zdroj Na+ v potravě je Na. Cl – denní dávka ~ 5 – 15 g, ale 90 -95% se vyloučí močí, n hypernatremie je většinou spojena s dehydratací. n hyponatremia může být důsledkem nejen dilucí sodných kationtů, sodíkovou deplecí, případně i odlišnou distribucí mezi ECT a ICT. Ve tkáních se vyskytuje výhradně ionizovaný ( Na+) Váže na sebe nejvíce vody - retence sodíku je doprovázená n retencí vody !!!

Draslík n n Hlavní kationt ICT - koncentrace 110 -160 mmol/l, ve srovnání s Na+ ionty je v ECT 25 -30 x nižší - 3, 8 -5, 2 mmol/l (i malé zjištěné změny v plasmě mají proto závažné funkční důsledky !!!), v ECT se vyskytuje výhradně ionizovaný (K+), změny p. H krve (fyziologická hodnota p. H = 7, 4 ± 0, 04) ovlivňují koncentraci draselných iontů: ¨ v alkalose (p. H je vyšší než 7, 44) - hodnotu K+ ovlivněna směrem k ¨ n n hypokalemii - 3, 8 mmol/l, v acidose (p. H je nižší než 7, 36) - hodnotu K+ ovlivněna směrem k hyperkalemii - 5, 4 mmol/l), změny koncetrace K+ v krvi (kalemie) ovlivní funkci kardiovaskulárního systému; mění proto křivku EKG, přijímán v rostlinné stravě (např. ovocná šťáva obsahuje 20 -60 mmol/l)

Vápník 99% v minerální matrix kosti (hydroxyapatit) Ca 10(PO 4)6(OH)2 Kost se neustále remodeluje (více jak 700 mg Ca se denně ukládá a uvolňuje). 1% v tělesných tekutinách, jako ionizovaný, n konstantní koncentrace v plasmě - 2. 2 - 2. 6 mmol/l (4. 4 - 5. 2 meq/l). n Koncentrace v ICT – 0. 1 m. M. V plasmě existují tři frakce vápníku: ¨ ¨ ¨ n 15 % vázáno na organické a anorganické anionty – sufát, fosfát, laktát, citrát 40 % je vázáno na albumin 45 % cirkuluje jako fyziologicky aktivní ionizovaný vápník Intracelulární vápník: ¨ ¨ cytosol mitochondrie mikrosomy regulován specifickými "pumpami"

Vápník n Regulace životně důležitých funkcí: ¨ ¨ ¨ n n svalová kontrakce, nervový přenos, ovlivnění účinku hormonů, srážení krve, pohyb buněk Intracelulární působení Ca přes kalmodulin jako druhý posel. Regulace mnoha pochodů - aktivity enzymů, metabolismus cyklických nukleotidů, fosforylace proteinů, sekreční funkce, agregace mikrotubulů, metabolismu glykogenu.

Vápník Denní potřeba: děti do 11 let – více jak 1200 mg/den 11 – 24 let – 1200 – 800 mg/den nad 24 let – 500 mg/den postmenopausa – 1000 – 1500 mg/den Metabolismus: n n n Vit. D 3 (1, 25 -dihydoxycholekalciferol) reguluje absorpci v duodenu a proximálním jejunu (kalcium vázající protein). Inhibice absorpce oxaláty, fytáty, fosfáty (tvorba nerozpustných vápenatých solí). Parathormon reguluje uvolňování Ca z kostí, reabsorpci v distálních renálních tubulech, absorpce ve střevě. Kalcitonin inhibuje aktivitu osteoklastů a tím potlačuje kostní resorpci, inhibuje reabsorpci Ca a P v ledvinových tubulech

Vápník Vstřebávání vápníku inhibují: ¨ oxaláty (soli kyseliny šťavelové), ¨ fytáty (soli kyseliny fytové - obilniny, soja), ¨ fosfáty (tvoří nerozpustné soli), ¨ sodík ¨ kofein

Vápník Hypokalcemie : n n n malabsorpce vápníku ze střeva, hypoparathyroidismus, renální insuficience nedostatek vit. D ¨ svalové křeče a neuromuskulární excitabilita, laryngospasmus, ¨ křivice u dětí, ¨ osteomalácie u dospělých (demineralizace kostí).

Vápník Hyperkalcemie: n n intoxikace vit. D, hyperparathyroidismus, maligní nádory, zvýšená osteoklastická aktivita, mnohačetný myelom. ¨ Nevolnost, zvracení, letargie, deprese. Hyperkalcemie nad 3, 5 - 4 mmol/l je život ohrožující, hrozí zástava srdce, vyžaduje urgentní zásah.

Fosfor V kostech je obsaženo 80 -90%, 10 -20% v buňkách, 1% v ECT. n Zajišťuje strukturu a funkci všech typů buněk. n V tělesných tekutinách jako fosfát. V buňkách jako volný iont v koncentraci několika mekv/l. n Integrální složka nukleových kyselin nukleotidů, fosfolipidů, některých proteinů. n Hlavní složka kostí (hydroxyapatit). n Složka enzymů (fosfatasy, pyrofosfatasy), tvořící esterovou nebo anhydridovou vazbu mezi fosfátem a jinými molekulami.

Fosfor n V séru, moči: směs hydrogenfosforečnanu /HPO 42 - / a dihydrofosforečnanu /H 2 PO 4 -/- regulují okyselení moči a AB – rovnováhu. Metabolismus: n n Vit. D 3 (1, 25 -dihydoxycholekalciferol) - regulace absorpce ve střevě, stimulace reabsorpce spolu s Ca v proximálních tubulech ledvin. Parathormon - ukládání fosfátů do kosti (hydroxyapatit). 85 – 90% plasmatického fosfátu se filtruje v ledvinových glomerulech.

Fosfor Hypofosfatemie: n pokles absorpce ve střevě, zvýšené vylučování ledvinami ¨ ¨ ¨ křivice u dětí osteomalácie u dospělých abnormality krevních buněk Hyperfosfatemie: n vznik při akutním nebo chronickém selhání ledvin, intoxikací vit. D 3, hypoparathyroidismu (zvýšená reabsorpce v proximálních tubulech v důsledku selhání její inhibice). ¨ ¨ snižuje hladinu Ca v krvi křeče, poškození orgánových systémů (cévní systém, kosti, klouby, srdce)

Hořčík n n Přítomen ve všech buňkách (hlavní kationt). 50% tělesného Mg je v kostech, 45% jako intracelulární kationt, 5% v extracelulárních tekutinách. Absorbuje se v tenkém střevě (při nízkém obsahu Mg v potravě se ho absorbují ¾, při vysokém obsahu ¼) Ledviny ho účinně zadržují, ztráta je jen 1 m. Ekv/den. Mg funguje jako substrát v ATP Mg 2+ je chelatovaný mezi beta a gama fosfáty, snižuje densitu anionického charakteru ATP

Hořčík n n Mg 2+ je kofaktorem enzymů přenášejících fosfátovou skupinu a používajících ATP a jiné nukleotidtrifosfáty jako substrát (fosfatasy, fosfotransferasy, pyrofosfatasy). Váže se na makromolekuly intracelulárních organel (vazba m. RNA na ribosomy je dependentní na Mg 2+). Účinky na centrální nervový systém: ¨ podobný vliv na nervový systém jako Ca 2+. Účinky na nervosvalový systém: ¨ důležitá funkce související s neurochemickým přenosem a svalovou excitabilitou, ¨ zvýšení Mg 2+ způsobuje snížení uvolňování acetylcholinu motorickými neurony, ¨ účinek zvýšené hladiny Mg 2+ antagonizuje Ca 2+, ¨ abnormálně nízká koncentrace Mg 2+ v extracelulární tekutině má za následek uvolnění acetylcholinu a zvýšení svalové excitability (křeče).

Hořčík Hypomagnesemie n metabolické a neurologické obtíže n zvýšená dráždivost CNS (psychotické chování) n svalová disfunkce n tachykardie a hypertenze n chronický alkoholismus, diabetes mellitus, pankreatitida, ledvinové poškození Hypermagnesemie n svalová slabost, hypotenze, tlumení činnosti CNS n (zvýšená koncentrace Mg snižuje uvolňování acetylcholinu na motorických nervových zakončeních).

Měď Základní stopový prvek. n Rychlý růst zvyšuje poptávku Cu v kojeneckém věku. n V dospělosti je obsah mědi přibližně 100 mg - nejvyšší koncentrace je v játrech, ledvinách a srdci. n n Vstřebávání v zažívacím traktu vyžaduje specifický mechanismus - protein metalothionein (Cu 2+ je velmi nerozpustná). Intracelulární bílkovina řídící metabolismus Cu (distribuce a využití Cu buňkami). Ceruloplasmin (CP) - glykoprotein, Cu-dependentní feroxidasa ¨ ¨ ¨ obsahuje 6 – 7 atomů Cu ceruloplasmin obsahuje 80 - 95% celkové Cu v plasmě, oxiduje Fe 2+ na Fe 3+ při jeho absorpci v gastrointestinálním traktu.

Měď Model příjmu Cu a jejího metabolismu v hepatocytech : Cu prochází plasmatickou membránu pomocí Ctrl 1 (copper transporter 1) nebo DMT 1 (divalent methal transporter 1) do trans Golgiho systému (TGN) pomocí chaperonu Hah 1. Chaperon Ccs přenáší Cu Cu/Zn SOD v cytosolu. Cox 17 přenáší Cu do mitochondrií pro cytochrom c oxidasu.

Měď n Kofaktor enzymů, které mají úlohu v přenosu kyslíku : ¨ ¨ ¨ superoxiddismutasy (Cu/Zn-SOD) cytochrom c oxidasy (COX) tyrosinasy monoaminooxidasy lysyloxidasy – enzymu potřebného pro syntézu kolagenu Úloha v metabolismu železa a cholesterolu, metabolismu glukózy a tvorbě hnědého kožního pigmentu – melaninu. Důležitou roli hraje měď jako antioxidant v imunitním systému. n Metabolismus Cu se mění při zánětu, infekci, nádorových onemocnění: ¨ ¨ aktivované lymfocyty potřebují Cu produkci Ile-2, hladina CP v plasmě při rakovinném bujení pozitivně koreluje se stadiem onemocnění.

Měď Wilsovnova choroba – autosomálně recesivní dědičné onemocnění n n n – Cu se neváže na apoceruloplasmin. Nízká hladina Cu v plasmě. Velká ztráta Cu a její nedostatek pro tkáně vede ke vzniku mentální retardace, selhávání jater. Ceruloplasmin bez Cu nefunguje jako feroxidasa. Menkesův syndrom – dědičné onemocnění vstřebávání Cu ve střevě, spojené s X chromosomem. Vyznačuje se: ¨ sníženou absorpcí Cu, ¨ zvýšenými ztrátami Cu do moči a jejím abnormálním transportem v buňkách. Příznaky onemocnění - jemné kroucení vlasů, záchvaty křečí, defektní vývoj arteriální stěny, změny pigmentace kůže a vlasů a opožděný vývoj. Postižené děti umírají většinou do 3 let.

Železo Hlavní funkcí je transport kyslíku v hemoglobinu. n Fe 2+ a Fe 3+ je velmi nerozpustné – vstřebávání vyžaduje zvláštní transportní systém. n Fe je v potravě obsaženo hlavně jako Fe 3+, je pevně vázáno na organické molekuly. n Apoferitin – je schopen vázat až 4 300 molekul Fe za vzniku feritinu - zásobní protein pro Fe. n Feritin je zásobní formou železa v retikuloendoteliálním systému. n Apotransferin (apo. Tf) – protein, který váže 2 atomy Fe za vzniku transferinu, Fe přenašeč v plasmě.

Železo Model transportu železa: Fe-Tf se internalizuje endocytózou do kyselého endosomu, p. H 6. 0. Fe 3+ se uvolní a je redukováno reduktasou využívající askorbát + duodenální cyt b reduktasu, Dcytb). Fe 2+ se transportuje do cytoplasmy pomocí Fe přenašeče DMT 1. Alternativně může Fe 2+ vstupovat do buňky přímo přes DMT 1 v plasmatické membráně. Fe 2+ oxiduje hephaestin – ferroxidasa, poté transportováno Ireg 1 do plasmy, kde se váže na apo. Tf.

Železo Hemochromatóza - dědičné onemocnění n zvýšené vstřebávání Fe (2 – 3 mg denně namísto 1 mg) a jeho postupné hromadění ve tkáních. n Postupné hromadění železa - klinická manifestace u mužů nejčastěji ve středním věku. U žen se příznaky projevují obyčejně o 10 -15 roků později. Nejčastější klinické projevy - zvětšení a cirhóza jater, diabetes mellitus 2. typu, bronzové zbarvení kůže a vývoj artropatie v důsledku ukládání Fe ve tkáních. Hemosiderosa n Hemosiderin je agregované železo do micel po denaturaci feritinu. látky obsahující železo, ve tkáních. n Hemosiderosa je často spojená s chorobami, doprovázenými nadměrným rozpadem červených krvinek (např. thalasémie). n Opakované alveolární krvácení v plicích vede k abnormální akumulaci železa v alveolárních makrofágách. n Vznik plicní fibrózy.

Molybden Nezbytný pro funkci řady metaloenzymů : xantinoxydasy ¨ aldehydoxidasy ¨ sulfitoxidasy ¨ Množství Mo v potravě může interferovat s metabolismem Cu – snižuje v organismu její využití. (množství Mo je vázáno na jeho množství v půdě). n

Mangan n Vysoká koncentrace Mn v mitochondriích. Faktor aktivující glykosyltransferasy (enzymy pro syntézu oligosacharidů, glykoproteinů, proteoglycanů). Nezbytný pro aktivitu superoxiddismutasy a aktivitu dalších enzymů: ¨ ¨ hydrolas kinas dekarboxylas transferas Nedostatek Mn významně snižuje tvorbu glykoproteinů a proteoglykanů.

Zinek Součást enzymů : ¨ ¨ ¨ ¨ karboanhydrasy laktátdehydrogenasy glutamátdehydrogenasy alkalické fosfatasy thimidinkinasy matrixových metaloproteinas Gustinu – proteinu ve slinách (regulace chuti)

Zinek Absorpce mukozálními buňkami pomocí vazebných proteinů, transport krví vázaný na albumin. n Potřebný pro syntézu nukleových kyselin. n Jako součást Zn/Cu-superoxiddismutasy je nezbytnou součástí antioxidačního systému. n Potřebný pro vývoj a správnou funkce gonád. n Nedostatek působí šeroslepost. n Význam pro imunitní systém – diferenciace T lymfocytů (při nedostatku atrofuje thymus). Deficit – při sníženém přijmu potravy živočišného původu. Systémové poruchy.

Kobalt n n Součást kobaltaminu – vitaminu B 12 (pyrolové jádro). Elementární Co se dobře absorbuje ve střevě zabudovává se do vit. B 12.

Selen n Integrální složka glutathionperoxidázy ¨ ¨ enzym přítomný ve všech typech buněk, brání peroxidaci fosfolipidů, oxidativnímu poškození membrán. n Ochrana buněk před poškozením při oxidativním stresu (zánětlivé reakce, metabolismus xenobiotik, ochrana před UV zářením). n Deiodináza thyroninu reguluje metabolismus thyroidních hormonů.

Selen Význam Se v imunitním systému: ¨ nedostatek Se snižuje funkci T-lymfocytů ¨ snižuje se schopnost B-buněk produkovat protilátky n n n Toxické aminokyseliny obsahující Se vznikají v rostlinách rostoucích na půdách bohatých na Se (metylselenocystein, selenohomocystein). Výskyt v krmných brukvovitých rostlinách – kapusta, tuřín. Otrava se manifestuje hemolytickou anémií, degenerativními změnami parenchymových orgánů, hemosiderózou.

Chróm § Regulace glukózového a lipidového metabolismu - Glukózový toleranční faktor (GTF) – kontrola hladiny cukru. Je to komplex chrómu s kyselinou nikotinovou a aminokyselinami Gly, Glu, Cys GTF usnadňuje vazbu inzulinu na receptory § § Fluor Anorganická matrix kostí a zubů Nedostatek- osteoporóza, zubí kazy

Jód § Součást hormonů štítné žlázy, absorpce v anorganické formě, oxidace tyreoperoxidázou a přenos na tyrosylové zbytky tyroglobulinu. Nedostatek I způsobuje strumu. § Bór § Ovlivňuje metabolismus a využití Ca, Cu, Mn, N, glukózy triglyceridů. § Kontrola funkce membrán a jejich stabilizace. § Negativní vliv na řadu metabolických dějů – inhibice některých klíčových enzymů (inhibice energetického metabolismu), inhibice imunitního systému (respiračního vzplanutí).

Vanad Kontrola sodíkové pumpy, inhibice ATPasy Cín Interakce s riboflavinem Lithium Kontrola sodíkové pumpy, zasahuje do metabolismu lipidů Křemík Strukturální úloha v pojivové tkáni a metabolismu osteogenních buněk Nikl Součást enzymu ureasa