Микроэлементов в клетке содержится: микро- и макроэлементы / Справочник :: Бингоскул

Урок 5. химический состав клетки — Биология — 5 класс

Биология, 5 класс

Урок 5. Химический состав клетки

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Урок посвящён изучению химического состава клетки.

Ключевые слова:

Клетка, химический состав, неорганические и органические вещества, вода, минеральные соли, белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты

Тезаурус:

Химический элемент – это атомы одного и того же вида.

Органические вещества – это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.

Неорганические вещества – это вещества, которые входят в состав неживой природы и могут образовываться без участия живых организмов.

Обязательная и дополнительная литература по теме

1. Биология. 5–6 классы. Пасечник В. В., Суматохин С. В., Калинова Г. С. и др. / Под ред. Пасечника В. В. М.: Просвещение, 2019
2. Биология. 6 класс. Теремов А. В., Славина Н. В. М.: Бином, 2019.
3. Биология. 5 класс. Мансурова С. Е., Рохлов В. С., Мишняева Е. Ю. М.: Бином, 2019.
4. Биология. 5 класс. Суматохин С. В., Радионов В. Н. М.: Бином, 2014.
5. Биология. 6 класс. Беркинблит М. Б., Глаголев С. М., Малеева Ю. В., Чуб В. В. М.: Бином, 2014.
6. Биология. 6 класс. Трайтак Д. И., Трайтак Н. Д. М.: Мнемозина, 2012.
7. Биология. 6 класс. Ловягин С. Н., Вахрушев А. А., Раутиан А. С. М.: Баласс, 2013.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сейчас на Земле известно более ста химических элементов. Из их атомов состоят все вещества, встречающиеся на Земле. 80 химических элементов обнаружены в составе живых организмов. При этом четыре из них – углерод, водород, азот и кислород составляют около 98 % массы любого организма. Остальные химические элементы встречаются в живых организмах в малых количествах.

Клетки всех живых организмов состоят из одних и тех же химических элементов. Эти же элементы входят и в состав объектов неживой природы. Сходство состава указывает на общность живой и неживой природы.

На этом уроке вы узнаете, из каких химических элементов состоят клетки живых организмов, и какие изменения претерпевают эти химические соединения по мере роста и развития клеток.

В клетках живых организмов больше всего содержится таких химических элементов, как углерод, водород, кислород и азот. Вместе они составляют до 98 % массы клетки. Около 2 % массы клетки приходится на восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и серу. Остальные химические элементы содержатся в клетках в очень малых количествах.

Химические элементы, соединяясь между собой, образуют неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и др.) вещества.

Значение каждого из веществ, содержащегося в клетке уникально. Вода придаёт клетке упругость, определяет её форму, участвует в обмене веществ. Неорганические вещества используются для синтеза органических молекул. При недостатке минеральных веществ важнейшие процессы жизнедеятельности клеток нарушаются. Углеводы придают прочность клеточным оболочкам, а также служат запасающими веществами. Белки входят в состав разнообразных клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и тоже могут запасаться в клетках. Жиры откладываются в клетках. При расщеплении жиров освобождается необходимая живым организмам энергия. Нуклеиновые кислоты играют ведающую роль в сохранении наследственной информации.

Клетка – это миниатюрная природная лаборатория, в которой синтезируются и претерпевают изменения различные химические соединения. Сходство химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы.

Разбор типового тренировочного задания:

Тип задания: Сортировка элементов по категориям

Текст вопроса: Расставьте названия веществ в таблицу:

Органические вещества	Неорганические вещества

Варианты ответов:

Белки

Вода

Углеводы

Жиры

Кислород

Правильный вариант ответа:

Органические вещества	Неорганические вещества
белки углеводы жиры	вода кислород

Разбор типового контрольного задания

Тип задания: Выделение цветом

Текст вопроса: Выделите цветом вещества, входящие в состав живых организмов:

Варианты ответов:

1. Вода
2. Пластик
3. Белки
4. Жиры
5. Нефть
6. Углеводы
7. ДНК и РНК

Правильный вариант ответа:

1) Вода

3) Белки

4) Жиры

6) Углеводы

7) ДНК и РНК

Микроэлементы. Общая информация

Химические элементы в свободном состоянии и в виде множества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей человеческого организма. Они являются строительным материалом, важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными и незаменимыми участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Физиологическое действие различных элементов зависит от их дозы. Поэтому токсичные элементы (мышьяк, ртуть, сурьма, кадмий и др.) при низких концентрациях могут действовать на организм как лекарство (оказывая тем самым саногенетическое воздействие), тогда как натрий, калий, кальций, железо, магний и ряд других элементов в высоких концентрациях могут обладать выраженным токсическим эффектом.

Для осуществления жизненно важных функций у каждого элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьезные изменения, обуславливающие нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов.

В организме химические элементы находятся преимущественно в виде соединений, избыточное образование или распад которых может приводить к нарушению так называемого металло-лигандного гомеостаза, а в дальнейшем и к развитию патологических изменений. Элементы – металлы и лиганды (например, глутаминовая, аспарагиновая, липоевая, аскорбиновая кислоты) могут выступать в качестве активаторов или ингибиторов различных ферментов, что обусловливает их существенную роль в развитии и терапии различных заболеваний.

Для систематизации сведений о содержании и физиологической роли химических элементов в организме в последние десятилетия был предложен ряд классификаций. Не рассматривая их подробно, остановимся лишь на некоторых принципиальных моментах.

Один из принципов классификации – разделение химических элементов на группы, в зависимости от уровня их содержания в организме человека.

Первую группу такой классификации составляют «макроэлементы», концентрация которых в организме превышает 0,01%. К ним относятся O, C, H, N, Ca, P, K, Na, S, Cl, Mg. В абсолютных значениях (из расчета на среднюю массу тела человека в 70 кг), величины содержания этих элементов колеблются в пределах от сорока с лиш ним кг (кислород) до нескольких г (магний). Некоторые элементы этой группы называют «органогенами» (O, H, С, N, P, S) в связи с их ведущей ролью в формировании структуры тканей и органов.

Вторую группу составляют «микроэлементы» (концентрация от 0,00001% до 0,01%). В эту группу входят: Fe, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, I, Mn, Al, Pb, Cd, B, Rb. Эти элементы содержатся в организме в концентрациях от сотен мг до нескольких г. Однако, несмотря на малое содержание, микроэлементы не случайные ингредиенты биосубстратов живого организма, а компоненты сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех этапах его развития.

В третью группу включены «ультрамикроэлементы», концентрация которых ниже 0,000001%. Это Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh. Содержание этих элементов в теле человека измеряется в мг и мкг. На данный момент установлено важнейшее значение для организма многих элементов из этой группы, таких как, селен, кобальт, хром и др.

В основе другой классификации лежат представления о физиологической роли химических элементов в организме. Согласно такой классификации макроэлементы, составляющие основную массу клеток и тканей, являются “структурными” элементами. К «эссенциальным» (жизненно-необходимым) микроэлементам относят Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn, к “условно-эссенциальным” – As, B, Br, F, Li, Ni, Si, V. Жизненная необходимость или эссенциальность (от англ. essential – “необходимый”), является важнейшим для жизнедеятельности живых организмов свойством химических элементов. Химический элемент считается эссенциальным, если при его отсутствии или недостаточном поступлении в организм нарушается нормальная жизнедеятельность, прекращается развитие, становится невозможной репродукция. Восполнение недостающего количества такого элемента устраняет клинические проявления его дефицита и возвращает организму жизнеспособность.

К “токсичным” элементам отнесены Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Bi, Tl, к “потенциально-токсичным” – Ag, Au, In, Ge, Rb, Ti, Te, U, W, Sn, Zr и др. Результатом воздействия этих элементов на организм является развитие синдромов интоксикаций (токсикопатий).

Оценка элементного статуса человека является основным вопросом определения влияния на здоровье человека дефицита, избытка или нарушения тканевого перераспределения макро- и микроэлементов. Определение элементного состава биосред используется:

• при мониторинге состояния здоровья, оценке уровня работоспособности и эффективности лечения;
• при формировании групп риска по гипо- и гиперэлементозам;
• при подборе рациональной диеты как здоровому, так и больному человеку;
• в скрининг-диагностических исследованиях больших групп населения;
• при картировании территорий по нозологическим и системным формам патологии у детей и других возрастных групп населения;
• при оценке взаимозависимости многосторонних связей цепи “человек–среда обитания”;
• при составлении карт экологического природного и техногенного неблагополучия регионов;
• при изучении воздействия на организм вредных привычек;
• экспертно-криминалистических исследованиях (идентификация личности в судебной медицине, метод выбора в подтверждение исследований по молекуле ДНК и генному коду).

Методы определения микроэлементов в биосубстратах Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС), атомно-абсорбционная спектрофотометрия с электротермической атомизацией (ААС-ЭТА).

Условия взятия и хранения материала для исследования

Взятие и подготовка крови для получения плазмы и сыворотки проводится по общепринятым методикам. Если при заборе проб используют перчатки, то они должны быть не опудренные и не содержать латекса (напр., нитриловые). Кровь может быть получена из локтевой вены или из пальцев рук (капиллярная). Объем отобранной крови должен составлять не менее 1 мл. Образцы сыворотки или плазмы крови хранятся в обычном холодильнике до 3–5 сут (от 0 до 4 °С) либо замораживаются (до -18 °С), либо лиофилизуются, или высушиваются в сушильном шкафу (для длительного хранения). Для длительного хранения образцы помещаются в одноразовые полипропиленовые пробирки с герметичными крышками.

Взятие биологических образцов крови и мочи проводят в соответствии с МУК 4.1.1482-08, МУК 4.1.1483-08.

Химический состав клетки — это… Что такое Химический состав клетки?

Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше.

На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов.

Условно все элементы клетки можно разделить на три группы.

Макроэлементы

К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO₂ фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO₃ входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессах осморегуляции (в том числе в работе почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.

Микроэлементы

К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк

Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов.

Селен — участвует в регуляторных процессах организма.

Ультрамикроэлементы

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

Молекулярный состав клетки

Соединения
Неорганические		Органические
Вода Минеральные соли	70—80 % 1,0—1,5 %	Белки Углеводы Жиры Нуклеиновые кислоты АТФ, соли и др. вещества	10—20 % 0,2—2,0 % 1—5 % 1,0—2,0 % 0,1—0,5 %

См. также

Фосфор в сыворотке

Фосфор – жизненно важный для человека микроэлемент, являющийся основной составляющей всех клеток организма. Он участвует в большинстве обменных процессов организма и необходим для формирования тканей (особенно нервной и костной).

Синонимы русские

Фосфор неорганический.

Синонимы английские

Inorganic Phosphate, Phosphorus, Serum P, PO₄, Phosphate.

Метод исследования

Колориметрия с молибдатом аммония.

Единицы измерения

Ммоль/л (миллимоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную, капиллярную кровь.

Как правильно подготовиться к иследованию?

Не принимать пищу в течение 2-3 часов перед исследованием, можно пить чистую негазированную воду.

Общая информация об исследовании

Фосфор – это минерал, находящийся в организме в виде органических и неорганических соединений. Термины «фосфор» и «фосфаты» взаимозаменяемы, когда говорится о проверке уровня вещества в организме, однако стоит учитывать, что подсчитывается количество неорганического фосфата.

Фосфор необходим организму для производства энергии, выполнения функций мышечной и нервной системы, а также для роста костей. Фосфаты, являясь своеобразным буфером, играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса.

Фосфор попадает в организм с пищей. Находясь в составе многих продуктов питания, он достаточно быстро всасывается в тонком кишечнике. Около 70-80  % фосфора в организме связано с кальцием, формируя каркас костей и зубов, 10  % находится в мышцах и около 1  % в нервной ткани. Оставшаяся часть содержится во всех клетках организма в качестве запаса энергии. В норме около 1  % всего фосфора находится в крови. Многие продукты питания (фасоль, горошек, орехи, злаки, растительные масла, яйца, говядина, курица, рыба) содержат значительное количество фосфатов. Стабильная концентрация фосфора поддерживается регуляцией процессов всасывания в кишечнике и выделения в почках. К тому же уровень фосфатов зависит от количества паратиреоидного гормона, кальция и витамина D.

К недостатку фосфора (гипофосфатемии) приводят расстройства кислотно-щелочного баланса, неполноценность питания, мальабсорбция, гиперкальциемия и нарушения, влияющие на процессы выделения в почках. Причиной избытка фосфора (гиперфосфатемии) может быть чрезмерное поступление минерала с пищей, гипокальциемия и поражение почек.

У людей с умеренным дефицитом этого минерала симптомы его недостаточности могут не проявляться. О сильной нехватке фосфора говорит мышечная слабость и спутанность сознания. Интересно, что признаки избытка фосфора похожи на симптомы недостаточности кальция: мышечные судороги, оцепенение, потеря сознания.

Фосфорный и кальциевый обмены тесно взаимосвязаны: при понижении концентрации кальция уровень фосфора повышается, повышенная концентрация одного электролита в плазме ведет к усиленному выделению почками с мочой другого. Многие факторы, увеличивающие содержание кальция, снижают уровень фосфора.

Для чего используется исследование?

Для диагностики различных патологических состояний, вызывающих нарушения фосфорно-кальциевого обмена, и контроля за их лечением (совместно с проверкой уровня кальция, паратиреоидного гормона и/или витамина D).

Когда назначается исследование?

• В качестве дополнительного исследования при гипо- или гиперкальциемии (так как умеренный недостаток или избыток фосфора может не проявляться).
• При симптомах патологии почек и/или желудочно-кишечного тракта.
• Регулярно, когда уже диагностированы патологические состояния, вызывающие значительные изменения уровня фосфора и/или кальция (для контроля за эффективностью их лечения).
• При сахарном диабете или признаках нарушения кислотно-щелочного баланса.

Что означают результаты?

Референсные значения

Возраст	Референсные значения
	1,45 — 2,16 ммоль/л
2 — 12 лет	1,45 — 1,78 ммоль/л
> 12 лет	0,81 — 1,45 ммоль/л

Низкий уровень фосфора может быть вызван:

• передозировкой диуретиков (бесконтрольной потерей фосфатов с мочой),
• недостаточным поступлением фосфора с пищей,
• алкоголизмом (чаще всего при этом есть еще ферментная недостаточность, нарушения питания и всасывания),
• ожоговой болезнью (соответственно, нарушением баланса многих видов обмена и излишней потерей электролитов и жидкости с пораженной поверхности),
• диабетическим кетоацидозом (из-за усиления метаболизма углеводов),
• гипер- или гипотиреозом,
• гипокалиемией,
• постоянным применением антацидов,
• рахитом (у детей) и остеомаляцией (у взрослых),
• гиперинсулинизмом (инсулин участвует в транспорте глюкозы в клетки, невозможном без фосфатов),
• заболеваниями печени,
• септицемией,
• сильной рвотой и/или диареей.

Высокий уровень фосфора (гиперфосфатемия) чаще всего связан с нарушением функции почек и уремией. Его причинами могут быть:

• почечная недостаточность, любой тяжелый нефрит (с повышением уровня креатинина и мочевины),
• гипопаратиреоз,
• остеосаркомы, метастатическое поражение костей и миеломная болезнь,
• диабетический кетоацидоз,
• передозировка фосфоросодержащими препаратами,
• переломы в стадии заживления,
• передозировка витамина D,
• болезнь Аддисона (недостаточная выработка гормонов надпочечниками),
• акромегалия.

Что может влиять на результат?

• Прием пищи перед сдачей крови может приводить к ложному понижению уровня фосфора.
• Уровень фосфора в крови, взятой вечером, будет выше результата от утреннего образца (из-за суточных колебаний концентрации минерала).
• Гемодиализ способствует понижению концентрации фосфора.
• Лекарственные препараты, повышающие уровень фосфора: анаболические стероиды, андрогены, бета-адренергические блокаторы, этанол, эргокальциферол, фуросемид, гормон роста, гипотиазид, фосфоросодержащие препараты, витамин D, тетрациклин, метициллин, инъекционные контрацептивы.
• Лекарственные препараты, понижающие уровень фосфора: диакарб, антациды, содержащие алюминий, аминокислоты, анестетики, кальцитонин, карбамазепин, адреналин, эстрогены, глюкокортикоиды, инсулин, изониазид, пероральные контрацептивы, фенитоин, сукральфат, маннитол.

 Скачать пример результата

Важные замечания

• Постоянно высокий уровень фосфора опасен повреждением органов из-за кальцификации (отложения фосфата кальция в тканях).
• В норме концентрация фосфора выше у детей, чем у взрослых. Это связано с повышенной секрецией гормона роста вплоть до пубертатного периода.
• После приема слабительных, содержащих фосфат натрия, уровень фосфора через 2-3 часа возрастает. Хотя подъем временный (на 5-6 часов), этот фактор должен учитываться при невозможности объяснить причину повышения концентрации фосфора ничем другим.
• Избыточное введение витамина D, а также внутривенное введение глюкозы могут повлиять на уровень фосфора в крови и в моче (фосфаты способствуют перемещению глюкозы в клетки).
• Чаще всего изменения уровня фосфора выявляются при поиске причин изменения концентрации кальция.
• При интерпретации причин отклонения от нормы концентрации фосфора стоит брать во внимание и уровень кальция.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Терапевт, уролог, нефролог, эндокринолог, гастроэнтеролог, диетолог, гинеколог, педиатр.

Тест по биологии Химический состав клетки 9 класс

Тест по биологии Химический состав клетки 9 класс с ответами. Тест включает в себя 40 тестовых заданий.

1. Содержание воды в клетке в среднем составляет (в процентах от массы)

1) 1-2
2) 5-10
3) 30-40
4) 70-80

2. Содержание минеральных солей в клетке в среднем составляет (в процентах от массы)

1) 1-2
2) 5-10
3) 30-40
4) 70-80

3. К группе макроэлементов относится

1) кальций
2) цинк
3) медь
4) марганец

4. К группе микроэлементов относится

1) калий
2) фосфор
3) железо
4) иод

5. Скелет молекулы органического вещества состоит

1) из кислорода
2) из водорода
3) из углерода
4) из азота

6. В молекулах органических веществ углерод прояв­ляет валентность

1) I
2) II
3) III
4) IV

7. Среди углеводов много полимеров. Их мономерами являются

1) простые сахара
2) аминокислоты
3) липиды
4) микроэлементы

8. Мономерами белков являются

1) простые сахара
2) аминокислоты
3) липиды
4) микроэлементы

9. Аминокислоты входят в состав

1) глюкозы
2) целлюлозы
3) белков
4) жиров

10. Глицерин входит в состав

1) глюкозы
2) целлюлозы
3) белков
4) жиров

11. Мономерами белка являются

1) углеводы
2) нуклеотиды
3) нуклеиновые кислоты
4) аминокислоты

12. Мономерами нуклеиновых кислот являются

1) углеводы
2) нуклеотиды
3) белки
4) аминокислоты

13. Число аминокислот, встречающихся в живых орга­низмах, составляет около

1) 20
2) 50
3) 150
4) 250

14. Число аминокислот, участвующих в построении мо­лекул белка, составляет

1) 20
2) 50
3) 150
4) 250

15. Первичная структура белка представляет собой

1) длинную цель аминокислот
2) спирально закрученную нить
3) шарообразную структуру — глобулу
4) агрегат из нескольких глобул

16. Вторичная структура белка представляет собой

1) длинную цепь аминокислот
2) спирально закрученную нить
3) шарообразную структуру — глобулу
4) агрегат из нескольких глобул

17. Третичная структура белка представляет собой

1) длинную цепь аминокислот
2) спирально закрученную нить
3) шарообразную структуру — глобулу
4) агрегат из нескольких глобул

18. Четвертичная структура белка представляет собой

1) длинную цепь аминокислот
2) спирально закрученную нить
3) шарообразную структуру — глобулу
4) агрегат из нескольких глобул

19. Нарушение естественной структуры белка в резуль­тате сильного внешнего воздействия носит назва­ние

1) конформация
2) денатурация
3) ренатурация
4) полимеризация

20. Восстановление естественной структуры белка и его функций носит название

1) конформация
2) денатурация
3) ренатурация
4) полимеризация

21. Вид туго скрученной спирали характерен

1) для первичной структуры белка
2) для вторичной структуры белка
3) для третичной структуры белка
4) для четвертичной структуры белка

22. Длинная неразветвленная цепочка аминокислот формирует

1) первичную структуру белка
2) вторичную структуру белка
3) третичную структуру белка
4) четвертичную структуру белка

23. В результате объединения друг с другом нескольких глобул формируется

1) первичная структура белка
2) вторичная структура белка
3) третичная структура белка
4) четвертичная структура белка

24. В результате упаковки спирали в компактный клу­бок формируется

1) первичная структура белка
2) вторичная структура белка
3) третичная структура белка
4) четвертичная структура белка

25. В составе ДНК отсутствует азотистое основание

1) аденин
2) тимин
3) урацил
4) цитозин

26. В составе РНК отсутствует азотистое основание

1) аденин
2) тимин
3) урацил
4) цитозин

27. В молекуле ДНК аденин комплементарен

1) аденину
2) тимину
3) гуанину
4) цитозину

28. В молекуле ДНК цитозин комплементарен

1) аденину
2) тимину
3) гуанину
4) цитозину

29. О химическом составе клетки в целом можно сказать следующее:

1) клетки различных организмов характеризуются сход­ством химического состава
2) клетки различных организмов принципиально раз­личны по химическому составу
3) содержание минеральных солей в клетке невелико
4) количество минеральных солей в клетке составляет десятки процентов
5) содержание макроэлементов в клетке велико
6) содержание макроэлементов в клетке незначительно

30. О химическом составе клетки в целом можно ска­зать следующее:

1) в клетке содержится много воды
2) содержание воды в клетке невелико
3) в клетке содержится большое количество сложных ор­ганических веществ
4) содержание органических веществ в клетке исчисля­ется единицами процентов
5) микроэлементы присутствуют в клетке в незначительном количестве
6) содержание микроэлементов в клетке велико

31. Для углеводов характерны следующие особенности строения и функции:

1) многие являются полимерами
2) являются полимерами аминокислот
3) все представители нерастворимы в воде
4) в клетке выполняют защитную функцию
5) в клетке выполняют резервную функцию
6) содержат остатки молекул глицерина

32. Для углеводов характерны следующие особенности строения и функции:

1) многие не являются полимерами
2) содержат остатки молекул жирных кислот
3) обязательный компонент всех клеточных мембран
4) могут быть растворимы в воде
5) могут иметь сладкий вкус
6) в клетке выполняют энергетическую функцию

33. Для липидов характерны следующие особенности строения и функций:

1) не растворяются в воде
2) молекулы являются полимерами
3) наиболее распространёнными представителями являются пентозы и гексозы
4) входят в состав клеточных мембран
5) в клетке выполняют резервную функцию
6) могут содержать остатки молекул жирных кислот

34. Для липидов характерны следующие особенности строения и функций:

1) растворяются в органических растворителях
2) в клетке выполняют энергетическую функцию
3) хорошо растворимы в воде
4) могут выполнять защитную функцию
5) могут содержать остатки молекул глицерина
6) состоят из молекул моносахаридов

35. Укажите, какие химические элементы относятся к названным группам. Установите соответствие.

1) макроэлементы
2) микроэлементы

а) водород
б) медь
в) фосфор
г) кислород
д) иод
е) железо

36. Укажите, какие химические элементы относятся к названным группам. Установите соответствие.

1) макроэлементы
2) микроэлементы

а) углерод
б) азот
в) кобальт
г) марганец
д) сера
е) калий

37. Установите соответствие между веществами и строением их молекул.

1) полимеры
2) неполимеры

а) пентозы
б) целлюлоза
в) глюкоза
г) фосфолипиды
д) гликоген
е) белки

38. Установите соответствие между веществами и строением их молекул.

1) полимеры
2) не полимеры

а) нуклеиновые кислоты
б) гексозы
в) липиды
г) крахмал
д) простые сахара
е) жиры

39. Установите соответствие между нуклеиновой кисло­той и её биологическими особенностями.

1) ДНК
2) РНК

а) является посредником между хранителем наследственной информации и белком
б) хранит наследственную ин­формацию
в) входит в состав рибосом
г) осуществляет транспорт ами­нокислот
д) молекула имеет форму спи­рали
е) состоит из двух цепочек

40. Установите соответствие между нуклеиновой кисло­той и её биологическими особенностями.

1) ДНК
2) РНК

а) молекула представлена одной цепочкой
б) входит в состав хромосом
в) способна к удвоению
г) содержит информацию о структуре одного белка
д) осуществляет репликацию
е) встречается в виде молекул трёх типов

Ответы на тест по биологии Химический состав клетки
1-4
2-1
3-1
4-4
5-3
6-4
7-1
8-2
9-3
10-4
11-4
12-2
13-3
14-1
15-1
16-2
17-3
18-4
19-2
20-3
21-2
22-1
23-4
24-3
25-3
26-2
27-2
28-3
29-135
30-135
31-145
32-1456
33-1456
34-1245
35. 1) авге, 2) бд
36. 1) абде, 2) вг
37. 1) бде, 2) авг
38. 1) аг, 2) бвде
39. 1) бде, 2) авг
40. 1) бвд, 2) аге

100 самых питательных продуктов в мире. Сало — в десятке

• Редакция
• BBC Future

21 февраля 2019

Автор фото, Unsplash

Ученые проанализировали более 1000 пищевых продуктов и оценили их питательные и полезные для организма человека свойства. Кое-что в этом списке удивило и самих исследователей.

Представьте себе идеальный продукт, содержащий не меньше и не больше питательных веществ, чтобы удовлетворить ежедневную потребность организма. Если бы такая еда была, можно было бы спокойно есть только ее, не заботясь о сбалансированном питании.

Но в природе ее нет. Однако есть много продуктов с высокой питательной ценностью. Если составить из них хорошо сбалансированную диету, мы сможем обеспечить организм всеми необходимыми элементами.

Ученые изучили более тысячи пищевых продуктов и присвоили каждому из них индекс питательности. Чем выше индекс, тем больше этот продукт соответствует ежедневным потребностям организма в том или ином элементе.

Внимание: некоторые продукты происходят от животных или растений, которые исчезают. Мы бы не рекомендовали употреблять их.

100. СЛАДКИЙ КАРТОФЕЛЬ/БАТАТ (р — растение)

Этот ярко-оранжевый клубень, довольно дальний родственник картофеля. Он богат бета-каротином.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 49

Инжир выращивают с древнейших времен. В свежем или высушенном виде он является источником марганца.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 49

Содержит много антиоксидантов. В медицине его используют как стимулятор пищеварения и для лечения простудных заболеваний.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 49

Автор фото, Unsplash

Підпис до фото,

Имбирь — прекрасное средство от простуды

Тыква содержит много желтого и оранжевого пигмента, прежде всего, эфир ксантофила и бета-каротин.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

96. КОРЕНЬ ЛОПУХА (р)

Его используют в народной медицине и как овощ. Корень лопуха способствует похудению и уменьшает воспалительные процессы.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

95. БРЮССЕЛЬСКАЯ КАПУСТА (р)

Как свидетельствует название, появилась в Брюсселе в XVI веке. Богата кальцием и витамином С.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

94. БРОККОЛИ (р)

Головки брокколи содержат недозревшие цветочные бутоны и стебли. Потребление брокколи в США возросло в пять раз за последние 50 лет.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

93. ЦВЕТНАЯ КАПУСТА (р)

В отличие от брокколи головки цветной капусты является вырожденными кончиками побегов. Они не содержат хлорофилла, а потому остаются белыми.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

92. ВОДЯНОЙ ОРЕХ (р)

Водяной орех вообще не является орехом. Это — водное растение, которое обычно растет на болотах.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

91. МУСКУСНАЯ ДЫНЯ (р)

Богата глутатионом. Антиоксидант, который защищает клетки от токсинов, в том числе свободных радикалов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото,

Дыня канталупа — антиоксидант

90. ЧЕРНОСЛИВ (р)

Сушеные сливы содержат очень много питательных веществ, полезных для здоровья, в частности антиоксиданты и антоцианы.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

89. ОСЬМИНОГ ОБЫКНОВЕННЫЙ

Хотя мясо осьминога очень питательное, недавно ученые определили, что оно может содержать вредные токсины и аллергены моллюсков.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

Морковь впервые появилась в Афганистане 1100 лет тому. Оранжевую морковь выращивают в Европе с XVI века.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 50

87. ТЫКВА ЗИМНЯЯ (р)

В отличие от летних тыкв, зимние едят, когда они полностью созреют. В пищу употребляют только мякоть.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

86. ПЕРЕЦ ХАЛАПЕНЬО (р)

Зрелый красный перец халапеньо содержит в 35 раз больше каротиноидов, чем зеленый.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

Ревень богат минералами, витаминами, клетчаткой и природными фитохимическими веществами, которые играют важную роль в здоровье организма.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

Своим насыщенным красным цветом гранат обязан пигментам антоцианы, которые обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

Автор фото, Unsplash

83. КРАСНАЯ СМОРОДИНА (р)

Антоцианы содержатся и в красной смородине. К этому виду также относится белая смородина, а вот черная является отдельным видом.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

82. АПЕЛЬСИН (р)

Апельсины — самый распространенный вид цитрусовых, который выращивают в мире. Кислотность апельсина снижается с созреванием.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

Эта рыба содержит около 18% белка, 6% жира и вообще не содержит сахара.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 51

80. ТЫКВА ГИГАНТСКАЯ (р)

Это разновидность тыквы Cucurbita maxim. В отличие от последней, она имеет форму, похожую на слезу.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 52

Автор фото, Unsplash

Цитрусовый фрукт, похожий на овальный апельсин, но размером со сливу. Он полностью съедобен, вместе с тонкой кожурой.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 52

Рыба семейства ставридовых.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 52

Горбуша богата жирными кислотами омега-3, которые нормализуют уровень холестерина в крови.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 52

Вишня (Prunus cerasus) является разновидностью черешни (P. avium). Из нее готовят много блюд или замораживают.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 53

75. РАДУЖНАЯ ФОРЕЛЬ

Эта тихоокеанская рыба среднего размера — близкий родственник лосося. Она также богата жирными кислотами омега-3.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 53

Беременным и кормящим женщинам есть окуня не рекомендуется. Хоть эта рыба питательная, она может содержать следы ртути.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 53

73. СТРУЧКОВАЯ ФАСОЛЬ (р)

Стручковая или спаржевая фасоль богата сапонинами — соединениями, которые снижают уровень холестерина в крови.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

72. КРАСНЫЙ САЛАТ-ЛАТУК (р)

Исторические данные свидетельствуют, что салат выращивали еще в 4500 до н.э. Он практически не содержит жиров или сахара и богат кальцием.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

71. ЛУК-ПОРЕЙ (р)

Близкий родственник лука и чеснока. Дикий предок порея растет в средиземноморском бассейне.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото,

Из развернутых листьев лука-порея можно сделать лазанью, которая будет полезнее, чем из макаронных изделий

70. КАЙЕНСКИЙ ПЕРЕЦ (р)

Эту приправу производят из уникального сорта перца Capsicum annuum.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

Киви на самом деле родом из Китая. А в Новую Зеландию этот фрукт попал лишь в начале 1900-х, куда его привезли миссионеры.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

68. ЖЕЛТЫЙ КИВИ (р)

Киви — съедобная ягода, богатая калием и магнием, а желтый киви еще и лидер по содержанию антиоксидантов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

67. ГРЕЙПФРУТ (р)

Грейпфрут (Citrus paradisi) родом из Вест-Индии. Родственник большего по размеру помело.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

Рыба семейства скумбриевых. Одна порция макрели содержит в 10 раз больше полезных жирных кислот, чем постная рыба, например, треска.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

Еще один сорт рыбы, богатый жирными кислотами, которые снижают уровень холестерина. Консервированная нерка с костями является источником кальция.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 54

Разновидность салата с высоким содержанием глюкозинолатов, которые защищают от рака и сердечно-сосудистых заболеваний.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 55

63. ШНИТТ-ЛУК (р)

Несмотря на низкую калорийность, этот вид лука содержит много витаминов А и К, а зеленые листья — ряд полезных антиоксидантов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 55

Автор фото, Getty Images

Приправа, которую также готовят из перца вида Capsicum annuum, имеет высокое содержание антиоксиданта аскорбиновой кислоты.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 55

61. КРАСНЫЕ ПОМИДОРЫ (р)

Низкокалорийный питательный продукт, который является прекрасным источником фолиевой кислоты, калия и витаминов А, С и Е.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

60. ЗЕЛЕНЫЕ ПОМИДОРЫ (р)

Это недозрелые плоды красных помидоров. Потребление этого овоща снижает риск развития рака.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

59. САЛАТ-ЛАТУК (р)

Культивируемый салат (Lactuca sativa) является близким родственником дикого салата (L. serriola), распространенного в Америке сорняка.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

58. ЛИСТЬЯ ТАРО (р)

Молодые листья таро содержат гораздо больше белка, чем корень этого растения, который чаще употребляют в пищу.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

57. ЛИМСКАЯ ФАСОЛЬ (р)

Также известная как масляные бобы, эта разновидность фасоли содержит много углеводов, белков и марганца, и одновременно мало жира.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

Является хорошим источником рибофлавина (витамина В2), хотя кожная слизь угря может содержать вредные морские токсины.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

Большая рыба, богатая кислотами омега-3. Беременным женщинам рекомендуется ограничить потребление тунца из-за его поражения ртутью.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

54. СЕРЕБРИСТЫЙ ЛОСОСЬ

Тихоокеанская рыба, другое название — кижуч. Имеет относительно высокое содержание жира и длинноцепочечных жирных кислот.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 56

53. ЛЕТНИЕ ТЫКВЕННЫЕ (р)

Разновидности тыквенных, которые собирают недозревшими, когда кожура плода тонкая и съедобная. Название свидетельствует о коротком сроке хранения овоща.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 57

Автор фото, Emily Rose Brookshire

52. КВАСОЛЯ НЕВИ (р)

Также известна как гороховая фасоль. Клетчатка этой фасоли уменьшает риск рака толстой кишки.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 57

Плантан, как и другие виды бананов, содержит разнообразные антиоксиданты, обладает антимикробными и гипогликемическими свойствами, предотвращает развитие диабета.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 57

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото,

Разновидность бананов — плантан

50. СТРУЧКОВЫЙ ГОРОХ

Горох является отличным источником белков, углеводов, пищевых волокон, минералов и водорастворимых витаминов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 58

49. КОРОВИЙ ГОРОХ (р)

Или вигна китайская. Как и многие другие бобовые, содержит углеводы и больше белка, чем зерновые растения.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 58

48. САЛАТ ПОСЕВНОЙ (р)

Другое название — салат сливочный. Низкокалорийный, популярен в Европе.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 58

47. ВИШНЯ КРАСНАЯ (р)

Разновидность кислой вишни (Prunus cerasus), растет в Европе и Азии.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 58

46. ГРЕЦКИЙ ОРЕХ (р)

Грецкие орехи содержат много а-линоленовой кислоты и растительных жирных кислот омега-3, чрезвычайно полезных для здоровья.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 58

45. СВЕЖИЙ ШПИНАТ (р)

Содержит больше минералов и витаминов (прежде всего, витамин А, кальций, фосфор и железо), чем многие другие виды салатов. Шпинат занимает в списке две позиции 45 и 24 в свежем и замороженном виде соответственно. Способ его приготовления влияет на пищевую ценность.

Свежий шпинат может утратить питательную ценность, если его хранят при комнатной температуре, и имеет более низкий питательный уровень, чем замороженный шпинат.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 59

Автор фото, Unspalsh

44. ПЕТРУШКА (р)

Родственница сельдерея, петрушка была очень популярна у древних греков и римлян. Содержит немало полезных минералов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 59

Атлантическая рыба, входит в пятерку самых популярных столовых сортов. Богата жирными кислотами омега-3.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 59

42. МОРСКОЙ ОКУНЬ

Родовое название для ряда родственных жирных сортов рыб среднего размера. Популярный в средиземноморском регионе.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 59

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото,

Рыбные блюда богаты жирными кислотами омега-3, которые нормализуют уровень холестерина в крови

41. ПЕКИНСКАЯ КАПУСТА (р)

Капуста вида Brassica rapa, принадлежит к тому же роду, что и брокколи и цветная капуста. Низкокалорийная.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 60

40. КРЕСС-САЛАТ (р)

Другое название — клоповник посевной. Содержит много железа.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 60

Относится к косточковым плодам, имеет сравнительно высокое содержание сахара, фитоэстрогенов и антиоксидантов, в частности бета-каротина.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 60

Икра рыбы содержит много витамина В-12 и жирных кислот омега-3.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 60

37. РЫБА БЕЛЫХ СОРТОВ

Это виды маслянистых пресноводных рыб, родственников лосося. Распространены в северном полушарии. Богаты кислотами омега-3.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 60

36. КОРИАНДР (р)

Травянистое растение, богатое каротиноидами, используется для лечения болезней, в частности расстройств пищеварения, кашля, боли в груди и лихорадки.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 61

35. САЛАТ-РОМЕН (р)

Разновидность латука. Чем свежее листья, тем больше питательных веществ они содержат.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 61

Одна из древнейших специй, содержит вещество синигрин, которое, как полагают, имеет мощные противовоспалительные свойства.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 61

33. АТЛАНТИЧЕСКАЯ ТРЕСКА

Крупная рыба с белым мясом и низким содержанием жира, богатая белками. Печень трески является источником рыбьего жира, богатого кислотами омега-3 и витамином D.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 61

Разновидность тресковых, водится в Атлантическом океане, в Украине — в Черном море.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 61

31. КАПУСТА КАЛЕ (р)

Разновидность капусты, богатая минералами, фосфором, железом и кальцием, а также витаминами группы А и С.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 62

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото,

Капуста кале — отличный гарнир, она содержит много минералов и витаминов

30. КАПУСТА РОМАНЕСКО (р)

Не следует путать с брокколи. Имеет тонкие стебли и небольшие соцветия, является родственником репы.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 62

29. ПЕРЕЦ ЧИЛИ (р)

Острые высушенные плоды растения Capsicum. Чили содержит много капсаицина (благодаря чему он такой жгучий), каротиноидов и антиоксидантов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 62

28. МОРСКОЙ МОЛЛЮСК

Постный, богатый белками морепродукт. Съедобный моллюск не требует длительной тепловой обработки, хотя употреблять его следует с осторожностью, чтобы избежать пищевых отравлений.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 62

27. БРАУНКОЛЬ (р)

Еще одна разновидность капусты, близкий родственник кале.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 63

Пряное, сладкое травянистое растение, защищает от сердечно-сосудистых заболеваний, а также имеет противогрибковые и антибактериальные свойства.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 63

25. МОЛОТЫЙ ПЕРЕЦ ЧИЛИ (р)

Источник фитохимических веществ, например, витаминов С, Е и А, а также фенольных соединений и каротиноидов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 63

24. ЗАМОРОЖЕННЫЙ ШПИНАТ (р)

Замораживание шпината сохраняет питательные вещества, поэтому в списке он имеет более высокий индекс, чем свежий шпинат (45).

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 64

23. ЛИСТЬЯ ОДУВАНЧИКА (р)

Превосходный источник витамина А и С и кальция.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 64

22. РОЗОВЫЙ ГРЕЙПФРУТ (р)

Красный цвет мякоти розового грейпфрута придают каротиноиды и ликопеновые пигменты.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 64

21. МОРСКИЕ ГРЕБЕШКИ

Моллюски с низким содержанием жира и высоким содержанием белка, жирных кислот, калия и натрия.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 64

Автор фото, Getty Images

20. ТИХООКЕАНСКАЯ ТРЕСКА

Близкая родственница атлантической трески. Ее печень является значительным источником рыбьего жира, богатого жирными кислотами и витамином D.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 64

19. КРАСНАЯ КАПУСТА (р)

Ее диким предком было растение, которое росло на побережье Средиземного моря.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 65

18. ЗЕЛЕНЫЙ ЛУК (р)

Содержит много меди, фосфора и магния. Один из самых богатых источников витамина К.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 65

17. МИНТАЙ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ

Нежирная (менее 1% жира) рыба, которая водится в Беринговом море и заливе Аляски.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 65

Быстрый пресноводный хищник. Его мясо очень питательное, но из-за риска загрязнения ртутью беременным женщинам употреблять его рекомендуется.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 65

15. ЗЕЛЕНЫЙ ГОРОШЕК (р)

Содержит много фосфора, магния, железа, цинка, меди и пищевых волокон.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 67

14. МАНДАРИН (р)

Аппетитные цитрусовые фрукты. Содержат много сахара и каротиноиды криптоксантина — предшественника витамина А.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 67

13. ВОДЯНАЯ ХРЕННИЦА (р)

Уникальное овощное растение, которое растет в проточной воде. Обладает прекрасными целебными свойствами и пряным ароматом, похожим на запах хрена.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 68

12. СУШЕНЫЙ СЕЛЬДЕРЕЙ (р)

Высушенные хлопья сельдерея используют как приправу. Они являются важным источником витаминов, минералов и аминокислот.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 68

11. СУШЕНАЯ ПЕТРУШКА (р)

Сушеную и измельченную петрушку используют как пряность. Она имеет высокое содержание бора, фтора и кальция, необходимых для здоровых костей и зубов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 69

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото,

Посыпать блюдо петрушкой — хорошая идея

Разновидность окуней, морская рыба. Наиболее распространен — красный луциан. Мясо питательное, но может содержать опасные токсины.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 69

9. ЛИСТЬЯ СВЕКЛЫ (р)

Свекольная ботва содержит много кальция, железа, витамина К и группы В (прежде всего, рибофлавина).

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 70

Хороший источник витаминов и минералов. Сало — более ненасыщенный и полезный продукт, чем бараний или говяжий жир.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 73

Очень редкий диетический источник беталаина, фитохимического вещества, которое считают эффективным антиоксидантом и которое имеет множество других полезных свойств.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 78

6. ТЫКВЕННЫЕ СЕМЕЧКИ (р)

Семечки различных видов тыкв — одни из самых богатых растительных источников железа и марганца.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 84

5. СЕМЕЧКИ ЧИА (р)

Крошечная черная семечка содержит большое количество пищевых волокон, белка, а-линоленовой кислоты, фенольной кислоты и витаминов.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 85

Камбала или палтус, обычно не содержит ртути и является отличным источником витамина В1.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 88

3. ОКЕАНСКИЙ ОКУНЬ

Атлантический глубоководный вид рыбы, содержит много белка и мало насыщенных жиров.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 89

Тропическое растение с мясистой и сладкой белой мякотью. Богата сахаром и витаминами А, С, В1, В2, а также калием.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 96

Автор фото, Unsplash

Підпис до фото,

Лідером за кількістю поживних речовин є мигдаль

Богат ненасыщенными жирными кислотами. Предотвращает сердечно-сосудистые заболевания и диабет.

ИНДЕКС ПИТАТЕЛЬНОСТИ: 97

• Научное исследование «Питательные свойства пищи», опубликованное в журнале PLoS ONE.
• Нормативная база данных питательных веществ Министерства сельского хозяйства США, выпуск 28.
• Энциклопедия пищевых продуктов и здоровья.

как избежать дефицита жизненно важных микроэлементов — Российская газета

Наше тело нуждается практически во всех химических элементах. Но некоторые мы можем получать только с пищей. И потому неправильное питание приводит порой к серьезным заболеваниям. Ведь модные сегодня диеты, а то и просто привычка питаться на скорую руку консервированными продуктами — все это неизбежно ведет к дефициту многих жизненно важных минералов и веществ. Какие же микроэлементы особенно нужны нам, для чего и как определить их нехватку?

Вот лишь пять элементов из таблицы Менделеева. Нам их требуется совсем немного, но в обязательном порядке:

1 Железо (Fe) — входит в состав гемоглобина крови (60-75% железа в нашем организме содержится в эритроцитах — красных кровяных клетках). Гемоглобин переносит кислород, которым мы дышим, ко всем органам и тканям, поэтому жизнь без него невозможна так же, как и без кислорода. При дефиците железа в организме ухудшается клеточное дыхание, что ведет к дистрофии тканей и органов, потом развивается анемия, а в запущенных случаях — рак крови.

Человек должен получать 15-20 мг железа в день. Оно содержится в твороге и твердом сыре, бобовых, злаках, свекле, печени животных. Лучшему всасыванию железа из пищевых продуктов способствуют лимонная и аскорбиновая кислоты и фруктоза, которые содержатся во фруктах, ягодах, их соках.

Для примера: гречневая крупа, фасоль, горох, шоколад, черника содержат около 4 мг железа на 100 граммов продукта.

2 Медь(Сu) — химический элемент, продлевающий нам молодость, так как он отвечает за эластичность тканей. Преждевременная седина, морщины, обвисание кожи — верные признаки нехватки меди. При нехватке этого элемента в организме наблюдаются: задержка роста (у детей), анемия, дерматозы, депигментация волос, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы, варикозное расширение вен, причиной которой является все то же нарушение эластичности тканей.

Меди организму человека требуется 1-3 мг в сутки. Ею богаты печень, почки и мясо животных, морская и пресноводная рыба; морепродукты, крупы (перловая, пшеничная, гречневая, овсяная), картофель, укроп, некоторые фрукты и ягоды — черная смородина, малина, клюква, абрикосы, крыжовник, груши, клубника. Кстати, пиво способствует усвоению меди из пищи.

Для примера: 100 граммов печени трески содержит 12 мг меди, какао-порошок — 5 мг, печень говяжья — 4 мг.

3 Цинк (Zn) — элемент, особенно важный для мужчин, так как больше всего его содержится в сперме. Кроме того, он оказывает влияние на активность половых и гонадотропных гормонов гипофиза, участвует в жировом, белковом и витаминном обмене, в процессах кроветворения. Верный признак дефицита цинка — потеря обоняния и вкуса. Дети при недостатке цинка страдают гнойничковыми заболеваниями кожи и слизистых оболочек. У взрослых это проявляется в перевозбуждении нервной системы, быстром утомлении, ослаблением и выпадением волос, утолщением кожи, отеками слизистых оболочек рта и пищевода. Недостаточность цинка также приводит к бесплодию.

Цинк способствует заживлению ран, поэтому его необходимо принимать перед любой хирургической операцией, а также после нее. Кроме того, цинк помогает при лечении катаракты, замедляет разрушение сетчатки. Подобно витамину С, цинк полностью прекращает вирусную инфекцию, если захватить ее достаточно рано.

В среднем нам надо употреблять 10-20 мг цинка ежедневно. А беременным женщинам до 30 мг. Наиболее богаты этим микроэлементом отруби, проросшие зерна пшеницы, хлеб грубого помола.

Для примера: в 100 граммах дрожжей 10 мг цинка, в отварной говядине — 7 мг, в тыквенных семечках 7,4 мг, в какао-порошке — 6,3.

4 Кальций (Сa) — этот элемент не только отвечает за крепость нашего скелета, но и участвует во всех жизненных процессах организма. Нормальная свертываемость крови происходит только в присутствии солей кальция. Кальций играет важную роль в нервно-мышечной возбудимости тканей. При недостатке кальция наблюдаются: тахикардия, аритмия, боли в мышцах, беспричинные рвоты, запоры. Волосы делаются грубыми и выпадают. Ногти становятся ломкими. Кожа утолщается и грубеет. Глазной хрусталик теряет прозрачность. Любое падение может привести к серьезной травме, ведь кости делаются хрупкими.

В среднем человеку надо около 1000 мг кальция в сутки. Но эта величина разнится для людей разного возраста. Много кальция содержится в кунжуте, крапиве, твердом сыре, халве, зелени петрушки, сардинах, капусте.

Для примера: в ста граммах голландского сыра содержится около 1000 мг кальция, а в 100 граммах халвы — 824 мг.

5 Калий (K) — этот элемент отвечает за клеточные оболочки, делая их проницаемыми для прохождения солей. Поэтому он необходим для ясности ума, избавления от шлаков, лечения аллергии. Недостаток калия приводит к замедлению роста организма и нарушению половых функций, вызывает мышечные судороги, перебои в работе сердца.

Ежедневно нам надо до 2000 мг калия. Этот элемент можно пополнить, вписав в меню мясо и субпродукты, черную смородину, овсяную крупу, чернослив, арбуз, кукурузу.

Для примера: один банан среднего размера содержит 450 мг калия, чашка молока — 370 мг, один апельсин — 250 мг.

Кстати

Кроме микроэлементов нам нужны еще и ультрамикроэлементы, которые содержатся в организме человека и вовсе в очень малых количествах. К ним относятся хром, ванадий, селен, бор, никель, олово, серебро, золото и др. Вот как сказывается их недостаток:

Литий. Предполагают, что его недостаток вызывает состояние агрессии, депрессии и, как вторичное явление, пьянство.

Хром и ванадий — их дефицит приводит к заболеванию диабетом, к потере зрения.

Олово — без него человек страдает ранним облысением. А при длительной нехватке еще и развивается глухота.

Бор — его дефицит приводит к остеопорозу, так как этот элемент помогает сохранить в костях употребляемый кальций.

Селен — его нехватка бьет по сердцу. Он отвечает за нормальную работу сердечной мышцы, а также за противоопухолевую активность организма.

Кобальт — спасает от малокровия, так как без него не образуется витамин В12 (излечивающий анемию).

Важность микроэлементов в организме человека | Здоровое питание

Сухсатей Батра, доктор философии Обновлено 12 декабря 2018 г.

Хотя и требуются в очень небольших количествах, такие микроэлементы, как железо, йод, фторид, медь, цинк, хром, селен, марганец и молибден, жизненно важны для поддержания здоровья. Эти микроэлементы, также называемые микроминералами, входят в состав ферментов, гормонов и клеток организма. Недостаточное потребление микроэлементов может вызвать симптомы дефицита питательных веществ.Однако ваши потребности в этих микроэлементах легко удовлетворить, употребляя в пищу разнообразные продукты из разных пищевых групп.

Железо

Являясь компонентом гемоглобина в крови, одной из наиболее важных функций железа является транспортировка кислорода из легких в различные части тела. В миоглобине железо способствует хранению кислорода в мышечных клетках. Железо также входит в состав многих ферментов и необходимо для роста, заживления, иммунной функции и синтеза ДНК. Для получения достаточного количества этого необходимого питательного вещества включите в свой рацион такие продукты, как говядина, птица, рыба, соевая мука, шпинат, бобы и обогащенные злаки.

Йод

Йод имеет решающее значение для образования гормонов щитовидной железы Т3, или трийодтиронина, и Т4, или тироксина. Недостаточное производство гормонов щитовидной железы может вызвать увеличение щитовидной железы, также известное как зоб, а его недостаток во время беременности может вызвать необратимое повреждение мозга у новорожденных. Однако вы можете получить достаточное количество йода, употребляя йодированную соль, морепродукты, яйца и молоко.

Фторид

Фторид, известный своей ролью в формировании костей и зубов, присутствует в организме в виде фторида кальция.Фторид укрепляет зубную эмаль, снижает частоту разрушения зубов и может предотвратить потерю костной массы. Хотя ваш основной источник фтора — это фторированная вода, фтор также присутствует в морской рыбе, чае и кофе.

Медь

Медь предотвращает повреждение клеток благодаря своему антиоксидантному действию и, как компонент многих ферментов, помогает в производстве энергии из углеводов, белков и жиров. Медь также необходима для образования костей, соединительных тканей и красных кровяных телец.Он присутствует во многих продуктах питания, включая мясные субпродукты, моллюски, шоколад, бобы и цельнозерновые злаки.

Цинк

Помимо своей роли в образовании ферментов, цинк улучшает иммунную функцию, способствует свертыванию крови, поддерживает чувство вкуса и запаха, сохраняет кожу здоровой и способствует нормальному росту и развитию. Вы можете получить достаточное количество цинка, регулярно употребляя в пищу яйца, морепродукты, красное мясо, обогащенные злаки и цельнозерновые продукты.

Хром

Хром — важный микроэлемент, необходимый для нормального функционирования инсулина, гормона, поддерживающего уровень сахара в крови.Он также важен для метаболизма углеводов, белков и жиров. Некоторые важные источники хрома включают печень, мясные продукты, пивные дрожжи, цельнозерновые продукты, сыр и орехи.

Селен

Селен вместе с витамином Е действует как антиоксидант, предотвращающий повреждение клеток, может предотвратить некоторые виды рака и необходим для нормального функционирования щитовидной железы. Мясо, морепродукты, орехи и крупы — хорошие источники селена.

Марганец

Марганец не только способствует образованию ферментов, но также необходим для их активации.Он действует как антиоксидант, способствует развитию костей и заживляет раны за счет увеличения выработки коллагена. Хорошие источники марганца — ананас, орехи, цельнозерновые продукты и бобы.

Молибден

Подобно марганцу, молибден помогает активировать некоторые ферменты и обеспечивает нормальное функционирование клеток. Пищевые источники молибдена включают молоко, бобовые, цельнозерновой хлеб и орехи.

Аспекты питания основных микроэлементов в здоровье полости рта и заболеваниях: всесторонний обзор

Человеческому телу требуются определенные важные элементы в небольших количествах, и их отсутствие или избыток может привести к серьезным сбоям в работе организма и даже смерти в крайних случаях из-за этих важных микроэлементы напрямую влияют на метаболические и физиологические процессы организма.Быстрая урбанизация и экономическое развитие привели к радикальным изменениям в рационе питания, в результате чего предпочтение отдается рафинированной диете и нездоровой пище с ограниченным питанием. Плохое питание может привести к снижению иммунитета, повышенной уязвимости к различным заболеваниям полости рта и системным заболеваниям, нарушению физического и умственного роста и снижению работоспособности. Диета и питание влияют на здоровье полости рта по-разному, влияя на черепно-лицевое развитие, рост и поддержание мягких тканей зубов и полости рта.Потенциально злокачественные заболевания полости рта (OPMD) лечат антиоксидантами, содержащими основные микроэлементы, такие как селен, но даже повышенное потребление микроэлементов, таких как медь, с пищей, может привести к подслизистому фиброзу полости рта. Дефицит или избыток других микроэлементов, таких как йод, железо, цинк и т. Д., Оказывает сильное влияние на организм, и такие состояния часто диагностируются через их ранние оральные проявления. В этом обзоре оцениваются биологические функции важных микроэлементов и их роль в сохранении здоровья полости рта и прогрессировании различных заболеваний полости рта.

1. Введение

Правильное питание всех метаболически активных клеток и тканей необходимо для сохранения здоровья человеческого организма в целом. Микроэлементы, включая микроэлементы, витамины и антиоксиданты, играют жизненно важную роль в непрерывно протекающих регенеративных процессах, справляются с продолжающимся окислительным стрессом в тканях организма и поддерживают достаточный иммунитет против патогенов [1, 2]. Проявления недостаточного питания, а также избыточного питания микроэлементами для здоровья полости рта обширны и могут привести к дефектам твердых тканей зубов, а также слизистой оболочки полости рта [3, 4].

Слово «микроэлементы» используется для элементов, существующих в естественной и нарушенной окружающей среде в небольших количествах, с избыточной биодоступностью, оказывающей токсическое действие на живой организм [5]. Микроэлементы — это химические микроэлементы, которые требуются в незначительном количестве, но играют жизненно важную роль в поддержании целостности различных физиологических и метаболических процессов, происходящих в живых тканях. Дефицит любого из микроэлементов может проявляться скорее как комбинация различных клинических проявлений, чем как конкретное проявление, поскольку каждый микроэлемент связан со многими ферментными системами.

Здоровое питание с регулярным потреблением необходимых витаминов и минералов имеет огромное значение как для общего здоровья, так и для здоровья полости рта. Поскольку у стоматологов были ограниченные знания о значении микроэлементов в питании человека, в настоящем обзоре основное внимание уделяется роли тех основных микроэлементов, которые доказали свою роль в поддержании здоровья полости рта, и их влиянию на различные заболевания и расстройства полости рта.

2. Классификация микроэлементов

Были предприняты ограниченные попытки классификации только микроэлементов.Были перечислены классификации, которые касаются присутствия микроэлементов.

2.1. Классификация ВОЗ, 1973 г. [6]

В соответствии с этой классификацией девятнадцать микроэлементов были разделены на три группы: (1) Основные элементы: цинк (Zn), медь (Cu), селен (Se), хром (Cr), кобальт (Co), йод (I), марганец (Mn) и молибден (Mo). (2) Возможно важные элементы. (3) Потенциально токсичные элементы.

2.2. Классификация элементов Фридена

В 1981 году Фриден предложил биологическую классификацию микроэлементов на основе их количества в тканях [7]: (1) Основные микроэлементы: бор, кобальт, медь, йод, железо, марганец, молибден и цинк. .(2) Вероятно необходимые микроэлементы: хром, фтор, никель, селен и ванадий. (3) Физически активные микроэлементы: бром, литий, кремний, олово и титан.

2.3. Категориальная классификация элементов Фридена [8]

Двадцать девять типов элементов, присутствующих в организме человека, были разделены на пять основных групп следующим образом: (i) Группа I: основные компоненты макромолекул, такие как углеводы, белки и липиды. Примеры включают углерод, водород, кислород и азот.(ii) Группа II: важные для питания минералы, также называемые основными или макроэлементами. Суточная потребность в этих макроэлементах для взрослого человека превышает 100 мг / сут. Примеры включают натрий, калий, хлорид, кальций, фосфор, магний и серу. (Iii) Группа III: основные микроэлементы. Микроэлементы также называют второстепенными. Элемент считается микроэлементом, если его дневная потребность составляет менее 100 мг. Дефицит этих элементов встречается редко, но может оказаться фатальным.Примеры включают медь, железо, цинк, хром, кобальт, йод, молибден и селен. (Iv) Группа IV: дополнительные микроэлементы. Их роль пока неясна, и они могут быть существенными. Примеры включают кадмий, никель, диоксид кремния, олово, ванадий и алюминий. Эта группа может быть эквивалентна, вероятно, основным микроэлементам в классификации ВОЗ. (V) Группа V: эти металлы не являются необходимыми, и их функции неизвестны. Они могут вызывать токсичность в чрезмерных количествах. Примеры включают золото, ртуть и свинец.Эта группа эквивалентна потенциально токсичным элементам, определенным в классификации ВОЗ.

3. Обсуждение

Внутри человеческого тела функционирует обширная и сложная система для управления и поддержания количества основных микроэлементов в пределах нормы. Микронутриенты из рациона транспортируются в кровь, если есть дефицит, проникают в клетки, если клеточные уровни недостаточны, или выводятся из организма, если уровни в крови и клетках удовлетворительны или повышены. Различные основные микроэлементы, а также потребности в питании и диетические источники перечислены в таблице 1.

Микроэлемент Рекомендуемая суточная доза (RDI) Рекомендуемая диета (RDA) Допустимый верхний уровень потребления (UL) Источники питания Медь 2000 мкг г Дети от 1 до 3 лет: 340 мкг / день; От 4 до 8 лет: 440 мкг / день; От 9 до 13 лет: 700 мкг / день; От 14 до 18 лет: 890 мкг / день Мужчины и женщины в возрасте 19 лет и старше: 900 мкг / день Беременность: 1000 мкг / день Лактация: 1300 мкг / день Дети от 1 до 3 лет: 1 мг / день день; От 4 до 8 лет: 3 мг / день; От 9 до 13 лет: 5 мг / день; От 14 до 18 лет: 8 мг / день Взрослые от 19 лет и старше (включая период лактации): 10 мг / день Беременность: 8 мг / день Устрицы, другие моллюски, цельное зерно, бобы, орехи, картофель, субпродукты (почки, печень), темная зелень, сухофрукты и дрожжи Железо 18 мг Дети от 1 до 3 лет: 7 мг / день; От 4 до 8 лет: 10 мг / день; От 9 до 13 лет: 8 мг / день Мальчики от 14 до 18 лет: 11 мг / день Девочки от 14 до 18 лет: 15 мг / день Взрослые: 8 мг / день для мужчин в возрасте 19 лет и старше и женщин от 51 года и старше Женщины от 19 до 50 лет: 18 мг / день Беременные женщины: 27 мг / день Кормящие матери: 10 мг / день Младенцы и дети от рождения до 13 лет: 40 мг / день Дети в возрасте 14 лет и взрослые (включая беременность и кормление грудью): 45 мг / день Гемовое железо: печень, мясо, птица и рыба Негемовое железо: злаки, зеленые листовые овощи, бобовые, орехи, масличные семена, пальмовый сахар и сушеные фрукты Цинк 15 мг Младенцы и дети от 7 месяцев до 3 лет: 3 мг / день; От 4 до 8 лет: 5 мг / день; 9-13 лет: 8 мг / день Девочки 14-18 лет: 9 мг / день Мальчики и мужчины 14 лет и старше: 11 мг / день Женщины 19 лет и старше: 8 мг / день Беременные женщины : 11 мг / день Кормящие женщины: 12 мг / день Младенцы: 4-5 мг / день Дети от 1 до 3 лет: 7 мг / день; От 4 до 8 лет: 12 мг / день; От 9 до 13 лет: 23 мг / день; От 14 до 18 лет: 34 мг / день Взрослые 19 лет и старше (включая беременность и период лактации): 40 мг / день Корма для животных: мясо, молоко и рыба Биодоступность цинка в растительной пище низкая Кобальт 6 μ г Младенцы: 0.5 мкг Дети 1-3 лет: 0,9 мкг; 4–8 лет: 1,2 мкг; 9–13 лет: 1,8 мкг Дети старшего возраста и взрослые: 2,4 мкг Беременные женщины: 2,6 мкг Кормящие матери: 2,8 мкг Неизвестно Рыба, орехи, зеленые листовые овощи (брокколи, шпинат), злаки и овес Хром 120 мкг г Дети от 1 до 3 лет: 11 мкг; От 4 до 8 лет: 15 мкг Мальчики от 9 до 13 лет: 25 мкг Мужчины от 14 до 50 лет: 35 мкг Мужчины от 51 года и старше: 30 мкг Девочки от 9 до 13 лет: 21 мкг; От 14 до 18 лет: 24 мкг Женщины от 19 до 50 лет: 25 мкг; 51 год и старше: 20 мкг Беременные женщины: 30 мкг Кормящие женщины: 45 мкг Дозы, превышающие 200 мкг, токсичны Лучшие источники: переработанное мясо, цельнозерновые и специи Молибден 75 мкг г Дети от 1 до 3 лет: 17 мкг / день; От 4 до 8 лет: 22 мкг / день; От 9 до 13 лет: 34 мкг / день; От 14 до 18 лет: 43 мкг / день Мужчины и женщины в возрасте 19 лет и старше: 45 мкг / день Беременность и лактация: 50 мкг / день Дети: 300-600 мкг / день Взрослые (включая беременность и период лактации ): 1100–2000 мкг / день Корм ​​для животных: печень; овощи: чечевица, сушеный горох, фасоль, соя, овес и ячмень Селен 70 μ г Дети 1-3 лет: 20 мкг / день Дети 4– 8 лет: 30 мкг / день Дети 9–13 лет: 40 мкг / день Взрослые и дети 14 лет и старше: 55 мкг / день Беременные женщины: 60 мкг / день Кормящие женщины: 70 мкг / день Безопасный верхний предел для селена составляет 400 мкг в день для взрослых Печень, почки, морепродукты, мышечное мясо, крупы, зерновые продукты, молочные продукты, фрукты и овощи Йод 150 мкг г Дети от 1 до 8 лет: 90 мкг / день; От 9 до 13 лет: 120 мкг / день Дети в возрасте 14 лет и взрослые: 150 мкг / день Беременные женщины: 209 мкг / день Кормящие матери: 290 мкг / день Дети от 1 до 3 лет: 200 мкг / день ; От 4 до 8 лет: 300 мкг / день; От 9 до 13 лет: 600 мкг / день; От 14 до 18 лет: 900 мкг / день Взрослые старше 19 лет, включая беременных и кормящих женщин: 1100 мкг / день Лучшие источники: морепродукты (морская рыба и морская соль) и жир печени трески Небольшие количества: молоко, овощи и крупы Фтор В питьевой воде: 0.От 5 до 0,8 мг Дети от 1 до 3 лет: 0,7 мг; От 4 до 8 лет: 1 мг; От 9 до 13 лет: 2 мг; От 14 до 18 лет: 3 мг Мужчины 19 лет и старше: 4 мг Женщины от 14 лет и старше (включая беременных и кормящих женщин): 3 мг 0,7–9 мг для младенцев 1,3 мг для детей от 1 до 3 года 2,2 мг для детей от 4 до 8 лет 10 мг для детей старше 8 лет, взрослых, беременных и кормящих женщин Питьевая вода, продукты (морская рыба и сыр) и чай

3.1. Медь

Медь — третий по распространенности микроэлемент, общее количество которого в организме человека составляет всего 75–100 мг [9]. Медь присутствует почти во всех тканях тела и хранится в основном в печени, а также в головном мозге, сердце, почках и мышцах [10]. Медь всасывается в кишечнике и транспортируется в печень. В крови человека медь в основном распределяется между эритроцитами и в плазме [11]. Он транспортируется в форме церулоплазмина в плазму, где его метаболизм регулируется, и выводится с желчью [12].Церулоплазмин составляет 90% содержания меди в крови и отвечает за перенос меди к дефицитным клеткам [13]. Медно-цинковый металлофермент супероксиддисмутаза содержит 60% меди в эритроцитах, а остальные 40% слабо связаны с другими белками и аминокислотами.

3.1.1. Биологические функции

Значительное количество метаболических ферментов правильно функционируют благодаря меди [13–16]. Биологические функции меди перечислены [14–16]: (1) Фермент цитохром с оксидаза, содержащий медь и железо, играет жизненно важную роль в производстве энергии во время аэробного дыхания.(2) Медь также присутствует в супероксиддисмутазе, которая детоксифицирует супероксиды, превращая их в кислород и перекись водорода. (3) Медь также является компонентом лизилоксидазы, которая участвует в синтезе коллагена и эластина. Медь также необходима для поддержания прочности кожи, волос, кровеносных сосудов, эпителиальной и соединительной ткани по всему телу. (4) Cu играет значительную роль в производстве гемоглобина. Церулоплазмин катализирует окисление железа, которое впоследствии необходимо для связывания с его транспортным белком, трансферрином [12].(5) Производство меланина: медьсодержащий фермент тирозиназа превращает тирозин в меланин. (6) Производство миелина: Cu также необходима для синтеза фосфолипидов, содержащихся в миелиновых оболочках периферических нервов [13, 16]. (7) Также требуется медь. для производства гормона щитовидной железы тироксина [13]. (8) Медь может действовать как антиоксидант и прооксидант. В качестве антиоксиданта Cu улавливает или нейтрализует свободные радикалы и может уменьшить или помочь предотвратить некоторые повреждения, которые они вызывают [16–19]. Медь способствует повреждению тканей свободными радикалами, когда действует как прооксидант [20].

3.1.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Симптомами дефицита меди являются гипохромная анемия, нейтропения, гипопигментация волос и кожи, аномальное костеобразование с хрупкостью скелета и остеопорозом, боли в суставах, снижение иммунитета, сосудистые аберрации и курчавые волосы [21]: (1) Дефицит Cu в рационе в течение длительного периода, особенно на стадиях активного роста, приводит к анемии и дефектному ороговению ротовой полости [22]. Анемический эффект объясняется снижением ферроксидазной активности церулоплазмина и восстановленным окислением железа [5].(2) Инфекции: снижение иммунитета может привести к различным инфекциям полости рта из-за сопровождающейся нейтропении [23]. Было отмечено нарушение созревания гранулоцитов в костном мозге и вакуолизация нейтрофилов [5]. (3) Костные аномалии и боль: костные изменения при дефиците меди включают потерю образования трабекул с истончением коры. Может возникнуть остеопороз и образование затылочного рога из-за функционального нарушения медь-требующих ферментов, таких как аскорбатоксидаза и лизилоксидаза, в случае дефицита меди [10].(4) Поражения полости рта: различные исследования показали, что средние уровни меди в сыворотке были значительно выше в сыворотках пациентов с потенциально злокачественными заболеваниями полости рта, такими как лейкоплакия полости рта и подслизистый фиброз полости рта, а также злокачественные опухоли, такие как плоскоклеточная карцинома. Среднее потребление меди в Индии составляет 2,1–3,9 мг / день, тогда как из-за жевания орехов ареки оно составляет более 5 мг / день. Было высказано предположение, что медь, выделяемая из орехов ареки во время жевания, вступает в прямой контакт с эпителием ротовой полости и растворяется в слюне.Сообщается, что медь присутствует в слюне в течение 30 минут. Чем дольше медь присутствует в слюне, тем выше вероятность ее поглощения эпителием ротовой полости [24]. Было высказано мнение, что медь появляется в крови через 15 минут приема ореха арека и его продуктов [25]. У пациентов с подслизистым фиброзом полости рта уровни Cu в сыворотке постепенно повышаются по мере прогрессирования клинической стадии заболевания. Однако местный эффект повышенного содержания меди в слюне может играть более важную роль, чем повышенный уровень в сыворотке.Другие школы мысли оценивали снижение концентрации меди в сыворотке крови из-за использования меди в повышающей регуляции лизилоксидазы, приводящей к чрезмерному перекрестному связыванию коллагена [26]. (5) Также считается, что Cu обладает свойством способствовать развитию кариеса [27].

3.2. Цинк

В организме человека распределено 2–4 грамма цинка [28]. Цинк хранится в простате, частях глаза, головном мозге, мышцах, костях, почках и печени [29]. Это второй по распространенности переходный металл в организмах после железа и единственный металл, который присутствует во всех классах ферментов [28, 30].В плазме крови Zn связывается и транспортируется с альбумином (60%) и трансферрином (10%) [31]. Поскольку трансферрин также переносит железо, избыточное количество железа может снизить абсорбцию цинка, и наоборот [32]. Концентрация цинка в плазме крови остается относительно постоянной независимо от приема цинка.

3.2.1. Биологические функции

Функции цинка в биологии многочисленны, но их можно разделить на три основные категории: каталитические, регулирующие и структурные роли. Он необходим для каталитической активности большого количества ферментов [33, 34].Он играет важную роль в иммунной функции, заживлении ран, синтезе белка, синтезе ДНК и делении клеток [34–36]. Цинк необходим для правильного обоняния и вкуса [37, 38]. Он также поддерживает нормальный рост и развитие во время беременности, детства и подросткового возраста [39–42]. Предположительно, он также обладает антиоксидантными свойствами и, таким образом, может играть роль в ускорении процесса заживления после травмы и защите от ускоренного старения [40, 43]. Ионы цинка являются эффективными противомикробными средствами даже при низких концентрациях.

3.2.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Роль цинка в здоровье полости рта и заболеваниях кратко излагается следующим образом: (1) В полости рта цинк естественным образом присутствует в зубном налете, слюне и эмали. Цинк превращается в продукты для ухода за полостью рта, чтобы контролировать зубной налет, уменьшить неприятный запах и замедлить образование зубного камня. Повышенные концентрации цинка могут сохраняться в течение продолжительных периодов времени в зубном налете и слюне после доставки из полосканий для рта и зубных паст. Хотя низкие концентрации цинка могут как уменьшить деминерализацию эмали, так и изменить реминерализацию, антикариогенная эффективность все еще спорна и не подтверждается различными исследованиями [44].(2) Расстройства вкуса: роль цинка во вкусовых функциях заметна на различных уровнях организации, таких как вкусовые рецепторы, передача вкусового нерва и мозг. Цинк играет важную роль в архитектуре клеточной структуры, поддержании целостности клеточной мембраны и функций различных цитоплазматических и мембранных ферментов. Ранние исследователи пришли к выводу, что дефицит цинка, вторичный по отношению к любой этиологии, приводит к нарушению вкуса, и, таким образом, истощение цинка все же корректируется для пациентов, сообщающих о дисбалансе вкуса [45].(3) Исследование, проведенное на грызунах, показало, что диета с дефицитом цинка может привести к паракератозу обычно ортокератинизированной слизистой оболочки полости рта. Следовательно, дефицит цинка может быть потенциальным фактором риска заболеваний полости рта и пародонта. Паракератотические изменения щек, языка и пищевода являются признаком дефицита цинка. Утолщение слизистой оболочки щеки является частым проявлением наряду с потерей нитевидных сосочков [46]. (4) Как указано выше, цинк является кофактором фермента супероксиддисмутазы, и различные исследования показали более низкие уровни цинка в сыворотке крови у пациентов с потенциально предраковыми заболеваниями. как оральная лейкоплакия.Это может быть связано с потреблением цинка в ответ на высокое содержание меди в орехе арека или окислители, выделяемые при употреблении табака [47]. (5) Аналогичным образом, концентрация цинка в сыворотке крови значительно снижается при плоскоклеточном раке полости рта и подслизистой оболочке полости рта. пациенты с фиброзом, употреблявшие табак в анамнезе, по сравнению с контрольной группой и постепенно уменьшались с продолжительностью привычки. Сообщается, что уровень цинка в сыворотке крови у пациентов с плоскоклеточным раком полости рта был ниже, чем у пациентов с субмукозным фиброзом полости рта [25, 48].(6) Поскольку трансферрин транспортирует и железо, и цинк, уровень цинка увеличивается по мере снижения уровня железа у пациентов с дефицитом железа. Таким образом, пациенты с OSMF, также страдающие железодефицитной анемией, показывают более высокие уровни цинка в сыворотке [25, 48]. (7) Супероксиддисмутаза, которая является естественным антиоксидантом организма, представляет собой белковый комплекс Cu-Zn, который оказывает антиканцерогенное действие на OSMF. . Во-вторых, цинк снижает активность медьсодержащего фермента лизилоксидазы и, таким образом, вызывает ингибирование поперечного сшивания пептидов коллагена.Он также играет важную роль в стимулировании деградации коллагена через коллагеназу и матриксную металлопротеиназу. Таким образом, цинк имеет обратную связь с медью и, таким образом, препятствует абсорбции меди слизистой оболочкой. Избыток цинка особенно ухудшает абсорбцию меди, поскольку оба металла абсорбируются через металлотионеины. Отношение меди к цинку также считается надежным биомаркером в развитии и прогрессировании канцерогенеза [48]. (8) Вопреки распространенному мнению о защитной функции цинка, ограниченная литература предполагает канцерогенный эффект цинка [49]. ].

3.3. Железо

Железо — самый распространенный незаменимый микроэлемент в организме человека. Общее содержание железа в организме составляет около 3–5 г, большая часть которого находится в крови, а остальное — в печени, костном мозге и мышцах в виде гема [50]. Железо всасывается в кишечнике из пищи в случае его истощения и транспортируется в форме ферритина. Гемосидерин — это золотисто-коричневый пигмент, который является побочным продуктом метаболизма ферритина и откладывается в клетках ретикулоэндотелиальной системы [51].Гомеостаз железа поддерживает уровни железа в сыворотке крови в пределах нормы только за счет активации или подавления механизма абсорбции железа, что уникально, поскольку оно поддерживает гомеостаз за счет регулирования абсорбции, а не выведения.

3.3.1. Биологические функции

Гем — это основное железосодержащее вещество в двухвалентном или трехвалентном состоянии, которое присутствует в гемоглобине, миоглобине и цитохроме. Существует множество ферментов, связанных с железом, а именно цитохром а-с, р450, цитохром с редуктаза, каталазы, пероксидазы, ксантиноксидазы, триптофан пирролаза, сукцинатдегидрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и холиндегидрогеназа.Гем образует ковалентные связи с глобиновым белком с образованием гемоглобина, который является основным переносящим кислород пигментом в эритроцитах млекопитающих. Он принимает участие во множестве метаболических циклов, таких как реакции производства энергии (цитохромы цикла Кребса) во всех клетках, и активирует производящие энергию окисляющие ферменты. Помимо участия в поддержании бесчисленных физиологических и метаболических процессов, он также необходим для синтеза ДНК, РНК, коллагена, антител и так далее [52].Биологические роли железа в организме человека выходят за рамки данной статьи, и перечислены лишь некоторые важные из них.

3.3.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Роль железа в здоровье полости рта и болезнях резюмируется следующим образом: (1) Железодефицитная анемия является наиболее частым проявлением низких уровней этого важного микроэлемента в сыворотке крови. Микроцитарные гипохромные эритроциты, утомляемость, ахлоргидрия, атрофия эпителия, потеря внимания, раздражительность, одышка и снижение памяти — вот некоторые из особенностей железодефицитной анемии [25].Оральные проявления железодефицитной анемии можно обобщить как угловой хейлит, атрофический глоссит, генерализованную атрофию слизистой оболочки полости рта, кандидозные инфекции, бледность и стоматит. Синдром Пламмера-Винсона или синдром Патерсона-Келли или сидеропеническая дисфагия — это редкое состояние, характеризующееся железодефицитной анемией, дисфагией и койлонихией, причем женщины страдают чаще, чем мужчины. Дисфагия возникает из-за наличия аномальных перепонок пищевода, которые имеют предрасположенность к злокачественной трансформации [53].(2) Предраковые поражения и состояния полости рта: у пациентов с OSMF было обнаружено значительное снижение концентрации железа в сыворотке с повышением общей железосвязывающей способности. Снижение уровня железа у пациентов с OSMF может быть связано с использованием железа в синтезе коллагена. Кроме того, дефицит железа в тканях полости рта приводит к снижению кровоснабжения, что еще больше способствует просачиванию ареколина (побочный продукт ореха арека). Дальнейшее повреждение вызвано повышенной перколяцией ареколина, которая усиливает пролиферацию фибробластов и образование коллагена [25].Хотя большая часть литературы предполагает, что OSMF приводит к дефициту железа из-за нарушенных диетических привычек, Bhattacharya et al. сообщили об интересном случае, когда железодефицитная анемия в первую очередь привела к развитию подслизистого фиброза полости рта, который успешно лечился пероральным приемом добавок железа и антиоксидантов [54]. Аналогичным образом, низкие уровни железа в сыворотке крови были оценены у пациентов, страдающих лейкоплакией полости рта. (3) Также было отмечено, что уровни ферритина в сыворотке повышаются, а концентрации железа в сыворотке снижаются по мере прогрессирования опухоли в карциномах головы и шеи, и, таким образом, гем может быть используется в качестве инструмента последующего наблюдения за пациентами наряду с оценкой питания [47].

3.4. Кобальт

Присутствие кобальта в тканях животных было впервые установлено Бертраном и Машебёфом в 1925 г., что позже было подтверждено различными исследованиями с использованием спектрографических методов [55, 56]. Кобальт является важным микроэлементом для человеческого организма и может присутствовать в органических и неорганических формах. В органической форме он составляет неотъемлемую часть витамина B12 и играет важную роль в образовании аминокислот и нейромедиаторов. Неорганические формы кобальта токсичны для человеческого организма, и чем дольше они остаются в организме, тем больше вредных эффектов они вызывают в клетках.Ионы кобальта всасываются в организме человека несколькими путями: во-первых, с пищей; во-вторых, дыхательной системой; в-третьих, кожей; и, наконец, как компонент биоматериалов. Ионы кобальта попадают в организм любым из вышеупомянутых путей, связываются с белками в кровотоке и транспортируются с кровью для депонирования в тканях и клетках. Общее содержание кобальта в организме составляет от 80 до 300 мкг витамина B12 [57–59].

3.4.1. Биологические функции

Витамин B12, также известный как кобаламин, является водорастворимым витамином и содержит биохимически редкий элемент кобальт в центре плоского тетрапиррольного корринового кольца. Витамин B12 вырабатывается в виде гидроксокобаламина в бактериях, а превращение в метилкобаламин и 5′-дезоксиаденозилкобаламин, ферментативно активные формы кофактора, происходит в организме. Цианокобаламин, четвертый витамин B12, может метаболизироваться в организме до активной формы кофермента и использоваться в пищевых добавках.Эритропоэтин, необходимый для образования эритроцитов, стимуляция осуществляется витамином B12, содержащим соли кобальта, и, таким образом, дефицит кобальта сильно связан с нарушениями синтеза витамина B12, что приводит к анемии и гипофункции щитовидной железы с повышенным риском аномалий развития и недостаточности у младенцев. [59]. Помимо того, что кобальт является важным компонентом этих различных форм витамина B12, он необходим для эффективного образования аминокислот и различных белков для образования миелиновой оболочки.Кобальт также играет решающую роль в создании нейромедиаторов, необходимых для правильной работы организма. С другой стороны, избыток ионов кобальта в организме может усилить действие щитовидной железы и костного мозга, что приведет к перепроизводству эритроцитов, фиброзу в легких и астме [60].

3.4.2. Роль в здоровье полости рта

Роль кобальта в здоровье полости рта резюмируется следующим образом: (1) Кобальт, входящий в состав витамина B12, также называемый внешним фактором, необходим для образования эритроцитов.Таким образом, наиболее известным проявлением дефицита кобальта в полости рта является злокачественная анемия, которая характеризуется глосситом, чувством жжения, мясистым красным языком в виде пятен или полностью красным языком, который также называют глосситом Хантера или Мёллера. и редко неглубокие язвы [61]. (2) Помимо эритропоэза, витамин B12 также играет важную роль в восстановлении и регенерации нервов. Следовательно, дефицит кобальта может иметь побочные эффекты, такие как периферическая невропатия.(3) Красный плоский лишай и лихеноидные реакции ротовой полости связаны с воздействием на них Cr, Co, Ni и сплавов амальгамы, которые выделяются из металлических сплавов, обычно используемых в стоматологии в полости рта. Эти следы металлов при высвобождении из металлических сплавов вступают в прямой контакт со слизистой оболочкой полости рта, что приводит к иммуноопосредованному повреждению базальных эпителиальных кератиноцитов и впоследствии вызывает реакции чувствительности в форме OLR. Некоторые исследования связывают OLR с риском злокачественной трансформации [62].

3.5. Хром

Слово «хром» — это греческое слово, означающее «цвет». Хром существует в двухвалентном [Cr (II)], трехвалентном [Cr (III)] и шестивалентном [Cr (VI)] состояниях окисления, причем Cr (VI) и Cr (III) являются наиболее стабильными формами, среди которых Cr ( III) и Cr (VI) являются нерастворимыми и растворимыми формами соответственно. Общее содержание хрома в организме относительно низкое и составляет около 0,006 г у среднего здорового взрослого человека. Трехвалентный Cr является важным микроэлементом и играет важную роль в метаболизме глюкозы, выступая в качестве кофактора действия инсулина.Шестивалентный хром является токсичным промышленным загрязнителем и классифицируется как канцероген, обладающий мутагенными и тератогенными свойствами. Воздействие хрома в результате занятий через дыхательные пути было связано с различными видами рака легких, желудочно-кишечного тракта и центральной нервной системы. Хром выводится в основном с мочой и фекалиями, а в небольших количествах — с волосами, потом и желчью [63].

3.5.1. Биологические функции

Хром — важный микроэлемент для людей с избыточным весом, поскольку он является одним из ключевых минералов, контролирующих уровень сахара и липидов в крови.Хром [Cr (III)] увеличивает эффективность инсулина и стимулирует захват глюкозы мышцами и другими тканями, являясь основным ингредиентом фактора толерантности к глюкозе (GFT). В случае низкого уровня хрома в сыворотке крови уровень циркулирующего (GFT) также меньше, и, следовательно, инсулин менее эффективен для снижения уровня сахара в крови. В результате высокий уровень сахара в крови стимулирует дальнейшее высвобождение неэффективного инсулина [64, 65]. Считается, что хром подавляет р53, белок-супрессор опухолей, инактивация которого посредством мутаций связана со многими типами рака человека.Сообщалось о хромовых язвах, разъедающих реакциях на носовой перегородке, остром раздражающем дерматите и аллергическом экзематозном дерматите среди лиц, подвергшихся воздействию соединений шестивалентного хрома. Было документально подтверждено, что промышленные рабочие, подвергающиеся воздействию хроматов, подвергаются чрезмерному риску рака легких.

Поскольку хром присутствует в организме в очень малых количествах, трудно определить его дефицитное состояние. Считается, что если концентрация хрома ниже нормального значения 0.14–0,15 нг / мл в сыворотке крови, это указывает на наличие тяжелого дефицита хрома. Несмотря на это, повышенные уровни в плазме могут сосуществовать с отрицательным тканевым балансом. Гипергликемия может сопровождаться повышенным содержанием хрома в плазме и повышенной экскрецией с мочой. Концентрации хрома в моче, волосах и биологических жидкостях не могут отражать истинный хромовый статус организма [65].

3.5.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Роль хрома в OLR обсуждалась ранее [62].Гипергликемический статус больных сахарным диабетом с недиагностированным состоянием дефицита хрома может приводить к широкому спектру оральных проявлений, отмечаемых у диабетиков, таких как замедленное заживление ран, гнойный пародонтит, различные грибковые инфекции полости рта, преждевременные заболевания пародонта и гипосаливация [66].

3.6. Селен

Селен — жизненно важный микроэлемент, который является важным компонентом антиоксидантных ферментов, таких как пероксид глутатиона и тиоредоксинредуктаза [67]. Соли селена, необходимые для различных клеточных функций в организме человека, в чрезмерных количествах токсичны.Сообщается, что у микроорганизмов есть несколько селенсодержащих ферментов, и наиболее вероятно, что селенопротеины, отличные от глутатионпероксидазы, еще предстоит обнаружить у высших животных. Исторически болезнь Кешан, эндемичная для детей в возрасте 2–10 лет и женщин детородного возраста, имела географическое распространение в широком поясообразном регионе материкового Китая с северо-востока на юго-запад. Типичными проявлениями были утомляемость даже после легких упражнений, сердечная аритмия и учащенное сердцебиение, потеря аппетита, сердечная недостаточность, кардиомегалия и застойная сердечная недостаточность.Заболевание было распространено среди людей, соблюдающих диету с дефицитом селена, и состояние пациентов быстро улучшилось после обогащения. Точно так же селен-чувствительное заболевание костей и суставов, болезнь Кашина-Бека, также выявлялось у детей в возрасте 5–13 лет в Китае и в меньшей степени — в юго-восточной Сибири. Болезнь Кашина-Бека также встречается в районах с низким содержанием селена в почве для возделывания сельскохозяйственных культур.

3.6.1. Биологические функции

Селен, как известно, обладает иммуномодулирующими и антипролиферативными свойствами и может влиять на иммунный ответ, изменяя экспрессию цитокинов и их рецепторов или делая иммунные клетки более устойчивыми к окислительному стрессу [68, 69].В составе фермента глутатионпероксидазы вместе с витамином Е, каталазой и супероксиддисмутазой селен является компонентом одной из важнейших систем антиоксидантной защиты организма. Также имеются убедительные доказательства того, что неизвестный селеноферментный белок играет определенную роль в синтезе трийодтиронинового гормона из тироксина [70, 71].

3.6.2. Роль в здоровье и заболеваниях полости рта

Уровни селена в сыворотке крови показали прогрессивное снижение от здоровых субъектов к пациентам с предраковыми поражениями, такими как лейкоплакия полости рта, и дальнейшее снижение у пациентов, страдающих раком полости рта.Также наблюдалось снижение уровня селенсодержащей глутатионпероксидазы и сопутствующее усиление окислительного стресса в том же порядке [72].

Следовательно, очевидно, что снижение концентрации селена приведет к усилению окислительного стресса в тканях организма с непреднамеренными вредными последствиями. Таким образом, пищевые добавки с микроэлементами, такими как селен, являются важным обоснованием для лечения предраковых поражений, таких как лейкоплакия, состояний, таких как OSMF, и пациентов с раком полости рта для снижения окислительного стресса внутри организма [54].

В недавнем исследовании оценивали противовоспалительный и антиоксидантный эффект селена при введении пациентам, страдающим мукозитом полости рта, вторичным по отношению к химиотерапии в высоких дозах. Исследователи утверждали, что адекватный прием селена может оказывать цитопротекторное действие и противоязвенное действие, и пришли к выводу, что селен может эффективно уменьшить продолжительность и тяжесть орального мукозита у этих пациентов [73].

3,7. Молибден

Минералы молибдена были известны на протяжении всей истории, но этот элемент был открыт Карлом Вильгельмом Шееле в 1778 году и впервые выделен в 1781 году Питером Якобом Хьельмом.

3.7.1. Биологические функции

Молибден, как компонент молибдопротеина, участвует в образовании активных центров различных ферментов. Три основных молибденсодержащих фермента — это ксантиндегидрогеназа / оксидаза, альдегидоксидаза и сульфитоксидаза. Фермент, содержащий молибден, играет определенную роль в катаболизме пуринов. Он также влияет на синтез белка и рост организма [74]. Молибден обладает антагонистическим действием по отношению к меди; таким образом, высокие концентрации молибдена могут снизить абсорбцию меди и впоследствии привести к ее дефициту [75].

3.7.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Считается, что бор, ванадий и молибден обладают кариостатическим действием. Различные исследования из Венгрии и Новой Зеландии убедительно показали, что взаимодействие молибдена и фторида оказывает сильное кариостатическое действие. Тем не менее, кариостатический эффект молибдена подвергся критическому анализу в литературе с неубедительными результатами. Тем не менее в эмали зубов накапливается значительное количество молибдена. Необходимы дальнейшие исследования или исследования для получения надежных наблюдений [76].

3.8. Фтор

Фтор составляет незначительную часть массы тела и попадает в организм в основном через питьевую воду и в меньшей степени через пищу.

3.8.1. Биологические функции

Фтор в форме кристаллов фторапатита является важной частью организованного матрикса твердых тканей, таких как кости и зубы. Также считается, что фторид в сочетании с кальцием стимулирует активность остеобластов [64].

3.8.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Низкие уровни фторида в питьевой воде связаны с кариесом зубов.Чрезмерные концентрации фторида на стадии кальцификации зубов могут привести к разновидности гипоплазии эмали, называемой флюорозом зубов. Клинически флюороз зубов может варьироваться от небольших белых помутнений на эмали до сильных пятен на структуре зуба с возрастающей степенью тяжести. Общий эффект чрезмерного приема фтора на структуру зубов зависит от многих факторов, таких как концентрация фторида в питьевой воде, стадия кальцификации зубов в момент воздействия, продолжительность воздействия и количество воздействия [61].

3.9. Йод

Йод — жизненно важный микроэлемент, необходимый на всех этапах жизни, особенно в годы формирования. Важно поддерживать повседневные функции человеческого тела, а недостаток или избыток могут иметь значительные неблагоприятные последствия для организма.

3.9.1. Биологические функции

Йод является важным компонентом гормонов щитовидной железы, то есть тетрайодтиронина (Т4 или тироксин) и трийодтиронина (Т3). Он играет значительную роль в функционировании паращитовидных желез.Йод играет важную роль в общем росте и развитии организма наряду с поддержанием метаболических процессов [64].

3.9.2. Роль в здоровье полости рта и заболеваниях

Симптомы недостатка или избытка йода могут быть бесчисленными. Чаще проявляется дефицит йода. Наиболее частыми симптомами дефицита йода являются крайняя усталость, раздражительность, психические расстройства, увеличение веса, отечность лица, запор и вялость. Младенцы, не получающие лечения, имеют риск развития кретинизма и в конечном итоге страдают от плохого роста и умственной отсталости [64].

Также была выдвинута гипотеза, что дефицит или избыток йода в пище играет важную роль в слизистой оболочке полости рта и в физиологии слюнных желез. Слюнные железы могут защищать свои собственные клетки от перекисного окисления благодаря способности концентрировать йод за счет симпортера йодида натрия и активности пероксидазы. Йодид, по-видимому, выполняет примитивную антиоксидантную функцию в организмах, концентрирующих йодид. Значительная роль йода в механизме иммунной защиты полости рта может быть подтверждена высокой концентрацией йода в тимусе.С. Вентури и М. Вентури также предположили, что эти действия йодидов могут быть важны для профилактики различных заболеваний ротовой полости и слюнных желез [77].

В исследовании, проведенном Литтлтоном и Фрелихом в 1993 году, также было очевидно, что скелетные останки из богатых йодом регионов мира показали более высокий износ, меньший кариес зубов и снижение преждевременной потери зубов. Ранняя потеря зубов может быть основным фактором недостаточного питания, потери здоровья и снижения качества жизни [78].

Дефицит йода не редкость для различных частей населения мира. Обогащение пищевой соли во всем мире было предпринято, чтобы восполнить дефицит йода. Гипотиреоз характеризуется пониженным уровнем гормона щитовидной железы. Что касается поражения полости рта, может наблюдаться явное утолщение губ из-за отложения гликозаминогликанов в подкожных тканях. Точно так же можно увидеть макроглоссию языка по той же причине. Если поражены дети, может произойти отсроченное прорезывание зубов без какого-либо влияния на формирование зубов [53].

Гипертиреоз у взрослых может приводить к диффузной коричневой пигментации десен, слизистой оболочки щек, неба и языка, как при болезни Аддисона. Механизм, посредством которого происходит стимуляция синтеза меланина, пока неясен, но пигментация имеет тенденцию исчезать при лечении патологии щитовидной железы [79].

4. Обнаружение микроэлементов и оценка статуса питания

Это было сделано следующим образом: (1) Хотя для определения присутствия микроэлементов использовались различные методы, это громоздкая и непродуктивная работа из-за их широкого распространения. в живых тканях и ферментных системах.Колориметрические и спектрографические методы обычно используются для анализа количества микроэлементов. Как правило, для анализа отдельных элементов предпочтительны спектроскопия и электрохимические методы, тогда как нейтронно-активационный анализ и спектроскопические методы используются для определения более чем одного элемента [11]. (2) Наиболее легко определяется дефицит железа, который может быть определен в лабораторных условиях. тесты [80]. Мазок костного мозга, не содержащий окрашиваемого железа, является окончательным. Повышенная общая железосвязывающая способность, низкий уровень сывороточного железа и низкая концентрация сывороточного ферритина считаются диагностическими признаками дефицита железа.В последнее время новые подходы, такие как анализ цинк-порфирина эритроцитов, также использовались в первичных скрининговых тестах для оценки статуса железа [81]. (3) Сообщаемое оптимальное соотношение меди и цинка в плазме или сыворотке составляет 0,70–1,00. Как упоминалось ранее в статье, диагностика дефицита цинка является постоянной проблемой. Уровни цинка в плазме или сыворотке являются наиболее часто используемыми показателями для оценки дефицита цинка. Тяжелый дефицит Cu может быть обнаружен при тестировании на низкий уровень меди в плазме или сыворотке, низкий уровень церулоплазмина и низкий уровень супероксиддисмутазы, но эти тесты не очень чувствительны и не позволяют определить маргинальный дефицит меди [16, 82].(4) Оценка состояния йодного питания населения или группы, проживающей в районе или регионе, предположительно имеющем йододефицитный регион, может быть выполнена путем оценки частоты зоба, измерения экскреции йода с мочой и определения уровня Т3, Т4 или ТТГ в крови. (5) Тканевые запасы хрома явно не отражают содержание хрома в крови; таким образом, концентрация хрома в сыворотке не является хорошим индикатором хромового статуса. Было высказано предположение, что уровень хрома в сыворотке ниже 0.14–0,15 нг / мл указывают на наличие тяжелого дефицита хрома. Чрезмерное воздействие хрома на человека в результате профессиональной деятельности или несчастного случая может быть отражено повышенным содержанием хрома в сыворотке крови. (6) Различные ткани, такие как кровь, волосы и ногти, были проанализированы для определения статуса селена в питании. Как правило, эти ткани могут обеспечить надежную оценку статуса селена, если потребление селена с пищей относительно однородно. (7) Уровень других микроэлементов в тканях у нормальных людей определить трудно.

5. Заключение

Диагностика дефицита микроэлементов как с питательной, так и с клинической точки зрения — одна из самых сложных задач. Недостаточное поступление необходимого микроэлемента может снизить важные биологические функции в тканях, а восстановление физиологических уровней этого элемента облегчает нарушенную функцию или предотвращает нарушение. Человеческое тело имеет сложную систему управления и регулирования количества ключевых микроэлементов металлов, циркулирующих в крови и хранящихся в клетках.Аномальные уровни этих микроэлементов могут развиваться, когда организм не может функционировать должным образом или есть неправильные уровни в пищевых источниках. Существуют убедительные доказательства того, что диета, богатая антиоксидантами и необходимыми минералами, необходима для здоровья души и тела. Профилактическая медицина в последние годы привлекает к себе больше внимания, чем что-либо еще, поскольку правильно сказано: «Профилактика лучше лечения». Выборочное воспроизведение ассоциации профилактической медицины с различными микроэлементами представлено в таблице 2 [5].Состояние ротовой полости и общее состояние нельзя рассматривать независимо друг от друга, и на самом деле полость рта может эффективно отражать общее состояние здоровья. Комбинация различных питательных микроэлементов и микроэлементов использовалась в качестве стратегии лечения заболеваний полости рта, таких как лейкоплакия полости рта, подслизистый фиброз полости рта, рак полости рта и т. Д., Поскольку их совокупный результат более благоприятен по сравнению с одиночным применением. Следовательно, знание клинических аспектов микроэлементов становится необходимым как для врачей общей практики, так и для стоматологов.

Предрасположенность к кариесу 900,00 81 Профилактика Участвующий микроэлемент Предрасположенность к анемии Железо, кобальт, медь Снижение антиоксидантного потенциала Цинк , марганец, селен, медь Способствование старению и его причина Цинк, медь, селен, хром Иммунодефицит Цинк, железо, медь, селен Повышенная канцерогенность Цинк, медь , селен Активный атеросклероз Цинк, селен, железо, медь, хром Повышенная заболеваемость сахарным диабетом Хром, цинк, селен Предрасположенность к нарушению вкуса Цинк76 Фтор, молибден? Предрасположенность к зобу Йод

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Вариации макро- и следовых элементов при прогрессировании диабета 2 типа

Макроэлементы — это минералы, в которых организму требуется большее количество, и они более важны, чем любые другие элементы. Микроэлементы составляют мельчайшую часть живых тканей и обладают различными метаболическими характеристиками и функциями. Микроэлементы участвуют в тканевых, клеточных и субклеточных функциях; они включают иммунную регуляцию с помощью гуморальных и клеточных механизмов, нервную проводимость, мышечные сокращения, регуляцию мембранного потенциала, митохондриальную активность и ферментативные реакции.Уровень питательных микроэлементов, таких как железо и ванадий, выше при диабете 2 типа. Кальций, магний, натрий, хром, кобальт, йод, железо, селен, марганец и цинк кажутся низкими при диабете 2 типа, в то время как такие элементы, как калий и медь, не действуют. В этом обзоре мы подчеркнули статус макро- и микроэлементов при диабете 2 типа и его преимущества или недостатки; это помогает понять механизм, прогрессирование и профилактику диабета 2 типа из-за недостатка и дефицита различных макро- и микроэлементов.

1. Введение

Диабет — это хроническое заболевание, которое возникает, когда поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина, или когда организм не может эффективно использовать вырабатываемый им инсулин [1]. Распространенность диабета в возрастных группах от 20 до 70 лет во всем мире оценивалась на уровне 8,3% в 2013 году и 10,1% в 2035 году. Согласно прогнозам, общее число взрослых с диабетом вырастет с 382 миллионов в 2013 году до 592 миллионов в 2035 году. В 2013 году примерно 5,1 миллиона человек умерли от последствий гипергликемии.Более 80% смертей от диабета происходит в странах с низким и средним уровнем доходов. По данным Международной диабетической федерации (IDF), стоимость лечения диабета в мире в 2010 году составила около 376 миллиардов долларов (11,6 процента от общих расходов на здравоохранение). IDF прогнозирует, что эти расходы увеличатся к 2030 году до 490 миллиардов долларов, что создает значительную нагрузку на системы здравоохранения. Диабет 2 типа можно предотвратить или отсрочить с помощью здорового питания, регулярной физической активности, поддержания нормальной массы тела и отказа от курения [2].

Этиологические типы нарушений гликемии включают диабет 1 типа (T1D), диабет 2 типа (T2D) и гестационный сахарный диабет (GDM). T1D указывает на процесс разрушения β -клеток, который в конечном итоге может привести к сахарному диабету, при котором «инсулин необходим для выживания», чтобы предотвратить развитие кетоацидоза, комы и смерти. СД2 является наиболее распространенной формой диабета, и люди характеризуются нарушениями действия и секреции инсулина, любое из которых может быть преобладающим признаком.Гестационный диабет — это непереносимость углеводов, приводящая к гипергликемии различной степени тяжести с началом или первым распознаванием во время беременности [3].

Микроэлементы — это важные питательные вещества, которые необходимы организму в следовых или крошечных количествах изо дня в день для правильного функционирования. Сюда входят четыре основных класса: макроэлементы, микроэлементы, витамины и органические кислоты. Макроэлементы включают хлорид, кальций, фосфор, магний, натрий, калий и железо.Микроэлементы включают кобальт, бор, хром, медь, серу, йод, фторид, селен, марганец, цинк и молибден (рис. 1).

Макроэлементы выполняют несколько ролей в теле. Они работают вместе с витаминами и инициируют выработку гормонов, а также ускоряют метаболические процессы. Микроэлементы участвуют в тканевых, клеточных и субклеточных функциях; они включают иммунную регуляцию с помощью гуморальных и клеточных механизмов, нервную проводимость, мышечные сокращения, регуляцию мембранного потенциала, митохондриальную активность и ферментативные реакции.Микроэлементы взаимодействуют с витаминами и макроэлементами, усиливая их действие на организм. Они считаются важными для здоровья человека и обладают разнообразными метаболическими характеристиками и функциями [4].

Прямые ассоциации макро- и микроэлементов с сахарным диабетом (СД) наблюдались во многих исследованиях [5]. Сообщалось, что действие инсулина на снижение уровня глюкозы в крови усиливается некоторыми микроэлементами, такими как хром, магний, ванадий, цинк, марганец, молибден и селен [6].Предлагаемый механизм действия микроэлементов, усиливающих действие инсулина, включает активацию участков рецепторов инсулина, служащих кофакторами или компонентами ферментных систем, участвующих в метаболизме глюкозы [7], повышающих чувствительность к инсулину и действующих как антиоксиданты, предотвращающие перекисное окисление тканей [8]. Сообщается также, что метаболизм некоторых микроэлементов и макроэлементов изменяет СД2, и эти элементы могут играть определенную роль в патогенезе и развитии этого заболевания. Здесь мы подчеркиваем статус макроэлементов и микроэлементов, которые, как сообщается, либо участвуют в гомеостазе глюкозы, либо их уровни модулируются при СД2.В этой статье также анализируется статус доказательств для выбранных микронутриентов при СД2 (таблица 1), их преимущества, недостатки, механизм действия, прогрессирование или профилактика заболевания и функции при диабете 2 типа (таблица 2).

Микроэлементы Статус у пациентов с СД2 Ссылка Кальций Низкий [18] Магний Низкий [19] Натрий Низкий [17] Калий Нет эффекта [17] Хром Низкий [20] Кобальт Низкий [21] Медь Нет эффекта [20, 22] Йод Низкий [23] Железо Высокий [24] Селен Низкое [18] Марганец Низкое [20] Цинк Низкий [25] Ванадий Высокий [22]

Элементы следа / макроса Функции при диабете 2 типа Натрий и калий Na + / K + — Насос АТФазы — это повсеместный фермент, который обеспечивает поддержание трансмембранных градиентов концентраций натрия и калия.Считается, что изменения этой транспортной системы связаны с несколькими осложнениями сахарного диабета [11]. Кальций Любые изменения в потоке кальция могут иметь неблагоприятные последствия для секреторной функции клеток и могут препятствовать нормальному высвобождению инсулина, особенно в ответ на нагрузку глюкозой. Повышенный уровень цитозольного кальция ведет к патогенезу осложнений СД2, которые, в свою очередь, могут мешать нормальному высвобождению инсулина, особенно в ответ на нагрузку глюкозой [26]. Магний Магний является важным ионом, участвующим на нескольких уровнях в секреции инсулина, его связывании и активности; и это также критический кофактор многих ферментов метаболизма углеводов. Магний играет важную роль в улучшении инсулинорезистентности [19, 27]. Хром Хром необходим для нормального углеводного обмена и в качестве критического кофактора для действия инсулина и является компонентом фактора толерантности к глюкозе (GTF), который играет роль в гомеостазе глюкозы [28 ]. Кобальт Снижающий гликемию эффект хлорида кобальта (CoCl 2 ) уменьшал системную продукцию глюкозы, увеличивал поглощение глюкозы тканями или создавал комбинацию двух механизмов. Действие кобальта приводит к увеличению экспрессии переносчика глюкозы 1 (GLUT1) и ингибированию глюконеогенеза [29]. Медь Дефицит меди приводит к непереносимости глюкозы, снижению инсулинового ответа и усилению глюкозного ответа.Это связано с гиперхолестеринемией и атеросклерозом. Медь обладает инсулиноподобной активностью и способствует липогенезу [20, 22]. Йод Роль йода коррелирует с гормоном щитовидной железы, и ясно, что резистентность к инсулину и функция β-клеток обратно коррелируют с гормоном, стимулирующим щитовидную железу, что может быть объяснено антагонистическими эффектами щитовидной железы. гормоны наряду с увеличением тиреотропного гормона (ТТГ) [30]. Железо Повышенные запасы железа могут вызывать диабет посредством различных механизмов, включая окислительное повреждение клеток поджелудочной железы, нарушение экстракции печеночного инсулина и нарушение способности инсулина подавлять выработку глюкозы в печени. [31, 32]. Селен Действие селена при диабете противоречиво; Антиоксидантное свойство селена предотвращает развитие осложнений у больных сахарным диабетом.В то время как в других исследованиях более высокие концентрации селена в сыворотке были связаны с более высокой распространенностью диабета [33, 34]. Марганец Фермент, который активируется марганцем, играет важную роль в метаболизме углеводов, аминокислот и холестерина и необходим для нормального синтеза и секреции инсулина [35]. Цинк Цинк играет важную роль в метаболизме глюкозы.Это помогает в использовании глюкозы мышечными и жировыми клетками. Он необходим в качестве кофактора для функции внутриклеточных ферментов, которые могут участвовать в метаболизме белков, липидов и глюкозы. Цинк может участвовать в регуляции механизма транссудации сигнала, инициируемого рецепторами инсулина, и в синтезе рецепторов инсулина [36, 37]. Ванадий Ванадий влияет на различные аспекты углеводного обмена, включая транспорт глюкозы, гликолиз, окисление глюкозы и синтез гликогена.Ванадий действует в первую очередь как средство, имитирующее инсулин, хотя также были отмечены повышенная активность инсулина и повышенная чувствительность к инсулину [38–41].

2. Макроэлементы

Макроэлементы — это природные элементы, которых организму требуется больше, и они более важны, чем любые другие минералы. Макроминералы включают натрий (Na), калий (K), кальций (Ca) и магний (Mg), которые являются катионами; и два хлора (Cl) и фосфор (P), которые являются сопутствующими анионами.Макроминералы, такие как натрий и калий, являются электролитами, и организм использует электролиты для поддержания кислотно-щелочного баланса и баланса жидкости (гомеостаза), а также для нормальной неврологической, миокардиальной, нервной и мышечной функций. Нейроны и мышцы активируются за счет активности электролитов, возникающих между внеклеточной (или межклеточной жидкостью) и внутриклеточной жидкостью. Макроэлементы, такие как кальций и магний, связаны с нарушением высвобождения инсулина, инсулинорезистентностью и непереносимостью глюкозы у экспериментальных животных и людей.В этом обзоре мы выбрали 4 макроэлемента, а именно натрий, калий, кальций и магний, потому что они наиболее распространены, хорошо изучены и коррелируют с СД2.

2.1. Натрий и калий

Электролиты играют важную роль во многих процессах организма, таких как контроль уровня жидкости, кислотно-щелочной баланс (pH), нервная проводимость, свертывание крови и сокращение мышц. Электролитный дисбаланс в результате почечной недостаточности, обезвоживания, лихорадки и рвоты был предложен как один из факторов, способствующих развитию осложнений, наблюдаемых при диабете и других эндокринных нарушениях [9].Натрий, который является преобладающим внеклеточным катионом, обычно в контролируемых физиологических условиях находится в диапазоне 136–145 мэкв / л (136–145 ммоль / л), несмотря на большие различия в потреблении соли и воды. Нормальный диапазон содержания калия в сыворотке очень узок и составляет от 3,5 до 5 ммоль / л [10]. Na ⁺ / K ⁺ -ATPase насос — это повсеместный фермент, который обеспечивает поддержание трансмембранных градиентов концентраций натрия и калия. Считается, что изменения этой транспортной системы связаны с несколькими осложнениями сахарного диабета, гипертонии и нефропатии [11].Гипергликемия создает внутреннюю среду для осмотического диуреза, вызывая разжижающий эффект на концентрацию электролитов. Осмотический эффект глюкозы приводит к уменьшению объема циркулирующей крови и перемещению жидкости из внутриклеточных пространств, вызывая клеточную дегидратацию. Было показано, что инсулин снижает концентрацию внеклеточного калия, вероятно, за счет активации Na ⁺ / K ⁺ -АТФазы. Синергетическое действие катионного дисбаланса и осмотического эффекта глюкозы может очень хорошо повлиять на течение СД [12, 13].Однако дефицит инсулина или резистентность к действию инсулина может способствовать развитию электролитных нарушений. Учитывая все эти факторы, измененное распределение натрия и калия между внутриклеточными и внеклеточными компартментами может повлиять на течение СД, а также на его лечение [14]. Исследования электролитного дисбаланса в связи с диабетом сообщили об обратной зависимости между уровнями натрия и калия при диабетической коме [15]. Эта ассоциация может быть основана на перемещении электролитов между внутри- и внеклеточным пространством в зависимости от нарушения действия инсулина [16].Сообщалось о значительном снижении уровня натрия в сыворотке крови у пациентов с СД2, особенно среди пациентов, получавших инсулин. Не было обнаружено значимой связи между СД2 и содержанием калия в сыворотке [17].

2.2. Кальций

Кальций и циклический АМФ важны для стимуляции высвобождения инсулина. Увеличение концентрации ионизированных цитозольных ионов Са напрямую опосредует действие глюкозы на стимуляцию высвобождения инсулина из крысиного островка Лангерганса. Любые изменения в потоке кальция могут иметь неблагоприятные эффекты на секреторную функцию β -клеток.Таким образом, предполагается, что недостаточное потребление кальция может повлиять на баланс между внеклеточными и внутриклеточными пулами кальция β -клеток. Нормальный уровень кальция в сыворотке составляет от 9 до 10,5 мг / дл (2,2–2,6 ммоль / л) [10]. Кроме того, кальций необходим для инсулино-опосредованных внутриклеточных процессов в чувствительных к инсулину тканях, таких как скелетные мышцы и жировая ткань; любое изменение кальция может способствовать периферической резистентности к инсулину за счет нарушения передачи инсулинового сигнала, что приводит к снижению активности транспортера глюкозы 4 (GLUT4) [26].Сообщалось о роли повышенного цитозольного кальция в патогенезе осложнений СД2. Это связано с нарушениями регуляции внутриклеточного кальция. Гипергликемия вызывает резкое повышение цитозольного кальция из-за увеличения притока кальция и мобилизации внутриклеточного кальция из запасов кальция. Стимуляция этих кальциевых каналов опосредуется активацией G-белка (белков), что приводит к стимуляции различных клеточных путей. Хроническая гипергликемия также связана со снижением выхода кальция из клеток.Сочетание увеличенного притока кальция и уменьшенного оттока кальция приводит к устойчивому повышению базальных уровней цитозольного кальция [42]. Концентрация кальция у пациентов с СД2 с осложнениями и без них была значительно ниже, чем у здоровых людей из контрольной группы [18].

2.3. Магний

Магний — важный ион, участвующий на нескольких уровнях в секреции инсулина, его связывании и активности; и это также критический кофактор многих ферментов метаболизма углеводов [19].Нормальный уровень сывороточного магния колеблется от 1,8 до 3,0 мг / дл (0,8–1,2 ммоль / л) [10]. Магний играет важную роль в улучшении инсулинорезистентности [27]. Рандомизированное контролируемое исследование показало, что пероральный прием магния может улучшить чувствительность к инсулину даже у недиабетиков с нормальным магниевым статусом. Это подчеркивает необходимость скорейшей оптимизации потребления магния для предотвращения инсулинорезистентности, а впоследствии и СД2 [43]. Повышенная частота гипомагниемии среди пациентов с СД2 предположительно многофакторна.Измененный метаболизм инсулина, плохой гликемический контроль и осмотический диурез могут быть сопутствующими факторами [44]. Согласно клиническим и эпидемиологическим исследованиям, гипомагниемия при диабете обычно наблюдается у пациентов с недостаточным метаболическим контролем или связана с хроническими осложнениями СД [19, 45]. Ответственные механизмы дефицита магния у пациентов с диабетом до сих пор не выяснены, в основном это касается влияния на инсулинорезистентность и развитие диабета и его хронических осложнений [46, 47].

3. Микроэлементы

Микроэлементы — это диетические минералы, которые необходимы для правильного роста, развития и физиологии организма. Изменения в статусе микроэлементов могут быть вызваны хронической неконтролируемой гипергликемией. Микроэлементы включают переходные металлы: ванадий (V), хром (Cr), марганец (Mn), железо (Fe), кобальт (Co), медь (Cu), цинк (Zn) и молибден (Mo), так и неметаллы селен. (Se), фтор (F) и йод (I). Все они относятся к категории микроэлементов, которые необходимы человеческому организму в очень малых количествах (обычно менее 100 мг / день) [48].

3.1. Хром

Хром необходим для нормального метаболизма углеводов и в качестве критического кофактора для действия инсулина и является компонентом фактора толерантности к глюкозе (GTF), который играет роль в гомеостазе глюкозы [28]. Считалось, что безопасное и адекватное суточное потребление хрома находится в диапазоне 50–200 мг [49]. Нормальная концентрация хрома в сыворотке крови взрослого человека составляет 0,05–0,5 мкг г / л (1–10 мк моль / л) [50]. Концентрация хрома была значительно снижена в крови пациентов с СД2 по сравнению с контрольными субъектами обоих полов, но уровни этих элементов в моче были выше у пациентов с диабетом, чем у здоровых людей того же возраста [20].

3.2. Cobalt

Гипергликемия связана с чрезмерным образованием свободных радикалов, оксидантным стрессом и снижением антиоксидантного статуса. Нормальные сывороточные значения кобальта менее 0,5 мк г / л [51]. В исследовании на животных эффект снижения гликемии хлорида кобальта (CoCl ₂ ) у диабетических крыс уменьшал системную продукцию глюкозы, увеличивал поглощение глюкозы тканями или создавал комбинацию двух механизмов. Действие кобальта приводило к увеличению экспрессии транспортера глюкозы 1 (GLUT1) и ингибированию глюконеогенеза у крыс с диабетом [29].Также сообщается, что кобальт сам по себе или в сочетании с аскорбатом снижает перекисное окисление липидов у диабетических крыс в различных органах, таких как печень, почки, сердце и аорта [52]. По сравнению с пациентами, не страдающими диабетом, концентрация кобальта в сыворотке крови при СД2 снижается [21].

3.3. Медь

Медь считается одновременно мощным ферментным катализатором и опасным реагентом, образующим гидроксильный радикал. Нормальный уровень общей меди в организме составляет от 70 до 140 мкл г / дл (11–22 мк моль / л) [10].Дефицит меди приводит к непереносимости глюкозы, снижению инсулинового ответа и усилению глюкозного ответа. Это связано с гиперхолестеринемией и атеросклерозом. Медь обладает инсулино-подобной активностью и способствует липогенезу. Недавние исследования показывают, что не было обнаружено статистической разницы в уровне меди как у диабетиков, так и у здоровых пациентов [20, 22].

3.4. Йод

Йод абсолютно необходим для правильной работы щитовидной железы. Дефицит йода — самая частая причина гипотиреоза во всем мире.Дефицит йода вызывает умственную отсталость и кретинизм, и он является самым разрушительным из всех микроэлементов [53]. Гормон щитовидной железы контролирует секрецию инсулина. При гипотиреозе наблюдается снижение индуцированной глюкозой секреции инсулина β клетками, а ответ β клеток на глюкозу или катехоламин увеличивается при гипертиреозе из-за увеличения массы β -клеток. Более того, клиренс инсулина увеличивается при тиреотоксикозе [54]. Инсулинорезистентность и функция β -клеток обратно коррелируют с тиреотропным гормоном (ТТГ), что может быть объяснено антагонистическим действием тиреоидных гормонов инсулином наряду с повышением ТТГ.Более высокий уровень ТТГ в сыворотке обычно соответствует более низкому уровню гормонов щитовидной железы по механизму отрицательной обратной связи. По мере увеличения ТТГ снижается уровень гормонов щитовидной железы и ослабляются антагонистические эффекты инсулина. Эти наблюдения демонстрируют, что дисбаланс инсулина тесно связан с дисфункцией щитовидной железы, и этот феномен опосредуется дисфункцией β -клеток [30]. Сообщалось о значительно более низком уровне йода в моче пациентов с диабетом 2 типа, чем у здоровых контрольных субъектов [23].

3.5. Железо

Железо является одновременно важным питательным веществом и потенциально токсичным веществом для клеток. Достаточное количество железа необходимо для функционирования многих биохимических процессов, включая реакции переноса электронов, регуляцию генов, связывание и транспорт кислорода, регуляцию роста и дифференцировки клеток, а также участвует в правильном функционировании иммунной системы [55 ]. Нормальный диапазон содержания железа у взрослых составляет 60–170 мкл г / дл [56]. Нарушение метаболизма глюкозы и сахарный диабет — частые клинические проявления перегрузки железом у пациентов с гемохроматозом.В последнее время умеренно повышенные запасы железа ниже уровней, обычно связанных с гемохроматозом, также были вовлечены в этиологию диабета. Ферритин — это повсеместный внутриклеточный белок, который служит маркером запасов железа в тканях. Уровни ферритина в плазме повышены у лиц с распространенным диабетом по сравнению с контрольной группой, не страдающей диабетом [57]. Ферритин также коррелирует с распространенностью метаболического синдрома. В некоторых других исследованиях ферритин коррелирует с показателями инсулинорезистентности, такими как повышенный уровень глюкозы и инсулина [58, 59].Кроме того, два проспективных исследования выявили независимую связь между исходным повышением запасов железа и заболеваемостью диабетом [60, 61]. Повышенные запасы железа могут вызывать диабет через множество механизмов, включая окислительное повреждение клеток поджелудочной железы β , нарушение экстракции печенью инсулина из печени и нарушение способности инсулина подавлять выработку глюкозы в печени [31, 32]. В исследовании «случай-контроль» сообщалось, что наблюдаемая связь между сывороточным ферритином и риском диабета исчезла после поправки на компоненты метаболического синдрома [62].Но повышенные запасы железа в организме ниже уровней, наблюдаемых при гемохроматозе, связаны с более высоким риском СД2 независимо от установленных факторов риска и ряда биомаркеров диабета. Однако уровни растворимых рецепторов трансферрина не были связаны с СД2, а высокие уровни ферритина связаны с более высоким риском СД2 [24].

3.6. Селен

Селен, микроэлемент, участвует в сложной системе защиты от окислительного стресса через селен-зависимые глутатионпероксидазы и другие селенопротеины [63].Нормальная концентрация селена в сыворотке составляет менее 8 мкл г / дл [64]. Благодаря своим антиоксидантным свойствам селен может предотвращать развитие диабета. Кроме того, селенат, неорганическая форма селена, имитирует активность инсулина в экспериментальных моделях [33]. Известно, что селен действует как антиоксидант и поглотитель пероксинитрита при включении в селенопротеины. Это антиоксидантное свойство селена предотвращает развитие осложнений у больных сахарным диабетом [65].В то время как в других исследованиях более высокие концентрации селена в сыворотке крови были связаны с более высокой распространенностью диабета [34], в недавнем исследовании средние концентрации селена у пациентов с СД2 с осложнениями и без них были значительно ниже, чем у здоровых людей из контрольной группы [18].

3,7. Марганец

Марганец играет важную роль в ряде физиологических процессов как составная часть некоторых ферментов, таких как пируваткарбоксилаза и аргиназа, и активатор различных ферментов, таких как фосфоенолпируваткарбоксиказа (PEPCK) и глутаминсинтетаза.Эти активированные марганцем ферменты играют важную роль в метаболизме углеводов, аминокислот и холестерина. Марганец способствует метаболизму глюкозы и необходим для нормального синтеза и секреции инсулина [35]. Нормальный диапазон содержания марганца в крови взрослых составляет от 0,59 до 0,75 90 · 104 мк · 90 · 105 г / л [50]. Уровень марганца ниже у пациентов с СД2 по сравнению с контрольной группой [66]. В другом исследовании среднее содержание марганца было значительно ниже в образцах крови и волос на коже головы пациентов с диабетом по сравнению с контрольной группой и представителями обоих полов [20].

3.8. Цинк

Цинк играет важную роль в метаболизме глюкозы [36]. Это помогает в использовании глюкозы мышечными и жировыми клетками. Он необходим в качестве кофактора для функции внутриклеточных ферментов, которые могут участвовать в метаболизме белков, липидов и глюкозы. Цинк может участвовать в регуляции механизма транссудации сигнала, инициируемого рецепторами инсулина, и в синтезе рецепторов инсулина [37]. Цинк является структурной частью ключевых антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза, и дефицит цинка нарушает их синтез, что приводит к усилению окислительного стресса [67].Цинк имеет двухфазный эффект, поскольку он необходим для хранения инсулина и связывания с клетками, хотя высокие концентрации могут привести к снижению высвобождения инсулина [68].

Нормальный диапазон содержания цинка в сыворотке / плазме составляет 84–159 мк г / дл [68]. Антигенные свойства цинка влияют на связывание инсулина с мембранами гепатоцитов, и его дефицит может привести к повышенной инсулинорезистентности и гипергликемии. Повышенный уровень глюкозы, в свою очередь, вызывает гиперцинкурию. Также было замечено, что низкий уровень цинка приводит к плохому или замедленному заживлению ран, что часто встречается у пациентов с диабетом [68].Окислительный стресс играет важную роль в патогенезе диабета и его осложнений. В клинических исследованиях сообщалось, что уровни цинка в сыворотке крови у пациентов с СД2 обычно ниже, чем у пациентов, не страдающих диабетом, из-за нарушения кишечной реабсорбции эндогенного цинка, а увеличение экскреции цинка в кишечник во время процесса пищеварения может привести к такому низкому уровню цинка в сыворотке [ 25]. Добавки цинка у пациентов с СД2 улучшали секрецию инсулина, одновременно подавляя уровни глюкагона и глюкозо-6-фосфатазы [69].В некоторых исследованиях влияние цинка на инсулин в сыворотке не подтверждено [70].

3.9. Ванадий

Ванадий влияет на различные аспекты метаболизма углеводов, включая транспорт глюкозы, гликолиз, окисление глюкозы и синтез гликогена [38, 39]. Ванадий существует в нескольких валентных состояниях, при этом формы ванадата (+4) и ванадила (+5) являются наиболее распространенными в биологических системах. На животных моделях было показано, что ванадий способствует усвоению и метаболизму глюкозы, способствует метаболизму липидов и аминокислот, улучшает функцию щитовидной железы, повышает чувствительность к инсулину и отрицательно влияет на развитие костей и зубов в высоких дозах.Ванадий действует в первую очередь как средство, имитирующее инсулин, хотя также были отмечены повышенная активность инсулина и повышенная чувствительность к инсулину. Более поздние исследования показывают, что для его действия может потребоваться инсулин [40, 41].

Ванадий, по-видимому, влияет на несколько точек сигнального пути инсулина и может приводить к усилению регуляции рецептора инсулина и последующих внутриклеточных сигнальных путей. Предлагаемые эффекты включают аутофосфорилирование рецептора инсулина, повышение активности протеинтирозина и серин-треонинкиназы, ингибирование активности фосфотирозинфосфатазы, повышение активности аденилатциклазы, изменение активности глюкозо-6-фосфатазы, ингибирование глюконеогенеза в печени и усиление синтеза гликогена [40, 41].

Нормальный диапазон содержания ванадия в крови или сыворотке составляет от 17 до 118 нг / л [71]. Повышенный уровень ванадия также сообщается у диабетиков в исследовании с различными фракциями крови [22]. У пациентов с сахарным диабетом 2 типа ванадий повышал чувствительность к инсулину, окисление глюкозы и синтез гликогена были увеличены, а выработка глюкозы в печени подавлялась [72, 73]. Одно из препятствий при использовании ванадия для контроля глюкозы заключается в том, что он вреден для человека. Глутаматпируваттрансаминаза — это фермент, используемый для мониторинга функции печени, и если уровни этого фермента в плазме повышены, это указывает на повреждение клеток печени [74].

4. Заключение

Микро- / макронутриенты играют важную роль в метаболизме глюкозы, поэтому понимание влияния дефицита микронутриентов и потенциальной полезности добавок имеет важное значение для профилактики и / или лечения сахарного диабета 2 типа. Макроэлементы — это природные элементы, в которых организму требуется больше, и они более важны, чем любые другие минералы. Микроэлементы необходимы в минимальных количествах для поддержания здоровья тела. Они необходимы в основном как компоненты ферментов и гормонов или участвуют в активации ферментов.Электролитный дисбаланс при диабете в первую очередь является результатом повышенного уровня глюкозы в крови. При гипергликемии организм пытается избавиться от избытка глюкозы в крови за счет увеличения диуреза. Повышенное мочеиспускание вызывает потерю воды и электролитов, что затем нарушает баланс электролитов в организме. Особенно нарушается баланс между натрием и калием. Согласно клиническим и эпидемиологическим исследованиям, гипомагниемия при диабете обычно наблюдается у пациентов с недостаточным метаболическим контролем или связана с хроническими осложнениями СД.Ответственные механизмы дефицита Mg у пациентов с диабетом до сих пор не выяснены, в основном это касается влияния на инсулинорезистентность и развитие диабета и его хронических осложнений. Любые изменения в потоке кальция могут иметь неблагоприятные эффекты на секреторную функцию β -клеток. Повышенный уровень цитозольного кальция приводит к патогенезу осложнений СД2. Хром необходим для нормального метаболизма углеводов и играет роль в гомеостазе глюкозы.Эффект кобальта при диабете вызывает снижение системной выработки глюкозы и увеличение поглощения глюкозы тканями. Дефицит меди приводит к непереносимости глюкозы, снижению инсулинового ответа и усилению глюкозного ответа. Медь обладает инсулино-подобной активностью и способствует липогенезу. Роль йода коррелирует с гормоном щитовидной железы, и ясно, что резистентность к инсулину и функция β -клетки обратно коррелируют с тиреотропным гормоном, что может быть объяснено антагонистическим действием тиреоидных гормонов, антагонистическим к инсулину, а также повышением уровня тиреотропного гормона. (ТТГ).Повышенные запасы железа могут вызывать диабет посредством различных механизмов, включая окислительное повреждение клеток поджелудочной железы β , нарушение экстракции печеночного инсулина печенью и нарушение способности инсулина подавлять выработку глюкозы в печени. Эффект селена при диабете имеет противоречивые эффекты; Антиоксидантное свойство селена предотвращает развитие осложнений у больных сахарным диабетом. В то время как в других исследованиях более высокие концентрации селена в сыворотке были связаны с более высокой распространенностью диабета.Ферменты, активируемые марганцем, играют важную роль в метаболизме углеводов, аминокислот и холестерина и необходимы для нормального синтеза и секреции инсулина. Многие осложнения диабета могут быть связаны с увеличением внутриклеточного оксиданта и свободных радикалов, связанных с уменьшением внутриклеточного цинка и цинк-зависимых антиоксидантных ферментов. Было показано, что соль ванадия вызывает механизм снижения гипергликемии и улучшения действия инсулина за счет увеличения активности переносчиков глюкозы через субстраты рецептора инсулина 1 и 2 (IRS1 / 2) и фосфатидилинозитол-3-киназу (PI 3-киназу).Управление питанием направлено на улучшение качества здоровья, поддержание нормального уровня глюкозы в крови с целью снижения риска осложнений диабета. Хорошо сбалансированная диета будет поддерживать дефицит основных макро- и микронутриентов у пациентов с диабетом. В этой статье представлены рекомендации по микронутриентам для лечения СД2 и предотвращения его осложнений.

Сокращения

IDF:	Международная федерация диабета
T1D:	Сахарный диабет 1 типа
T2D:	Сахарный диабет 2 типа
GDM:	Сахарный диабет
DM:	Сахарный диабет
GLUT 4:	Транспортер глюкозы 4
GTF:	Фактор толерантности к глюкозе
GTUT1:	Транспортер глюкозы 1
ТТГ:	ТТГ:	стимулирующий гормон
PEPCK:	Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
IRS1 / 2:	Субстраты рецептора инсулина 1 и 2
PI 3-киназа:	Фосфатидилинозитол 3-киназа.

Конфликт интересов

О потенциальном конфликте интересов, относящемся к данной статье, не сообщалось.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить доктора Халида Аль-Рубеана, директора университетского диабетического центра Университета Короля Сауда, Саудовская Аравия, за поддержку и помощь в рецензировании статьи и научному отделу Центра стратегических исследований диабета, для редактирования статьи и оформления ссылки.

Влияние микроэлементов на среду для культивирования клеток и последующую обработку

Несмотря на высокую эффективность и целевую специфичность биофармацевтических препаратов, все еще существует множество проблем, связанных с достижением эффективного производства терапевтических белков.К ним относятся открытие новых подходов к максимальной экспрессии белка, разработка экономичных, гибких и надежных производственных процессов для максимального увеличения выхода продукта и решение сложных проблем, связанных с преобразованием белков в их активное состояние.

Одна из областей, в которой растет интерес к решению этих проблем, — это микроэлементы в средах для культивирования клеток и последующая обработка. Микроэлементы в средах для культивирования клеток и добавках могут стимулировать или ингибировать рост клеток и экспрессию или качество белка на различных уровнях во время предшествующих процессов.

Доктор Нанду Деоркар, вице-президент по исследованиям и разработкам Avantor, и Клаудия Беррон, вице-президент по глобальному коммерческому развитию биофармацевтики Avantor, обсуждают влияние, которое следы металлов могут иметь на среду для культивирования клеток и последующую обработку.

Почему важно понимать влияние следов металлов на производство биофармацевтики, особенно на разведке и добыче?

Восходящий процесс (USP) в производстве биофармацевтики обычно определяется как стадия, на которой терапевтические белковые молекулы продуцируются, как правило, линиями клеток бактерий или млекопитающих в биореакторах.Когда они достигают желаемой плотности для периодических культур или культур с подпиткой, материал проходит через процесс сбора урожая, чаще всего непрерывное центрифугирование с последующей глубинной фильтрацией, для подготовки к последующей обработке (DSP).

Уровни и, что наиболее важно, согласованность микроэлементов от партии к партии являются критическими переменными, которые могут повлиять на рост клеток, поэтому необходимо тщательно контролировать все элементарные примеси для всего поступающего сырья. Минимальные изменения на уровне частей на миллиард определенных элементарных примесей могут повлиять на характер гликозилирования, уменьшить рост клеток-мишеней и, в некоторых случаях, прекратить рост или повлиять на терапевтические свойства.

Насколько подробно изучен этот вопрос?

В рамках разработки сред для культивирования клеток ключевая роль микроэлементов в регулировании осмоляльности и функции клеток была тщательно изучена. Тем не менее, микроэлементы и их влияние на последующую обработку привлекают все больше внимания, с акцентом на то, как уровни следовых металлов влияют на экспрессию белка и производительность процесса биореактора, а также исследования и документацию о влиянии низких уровней следов металлов. За последние несколько лет производители и поставщики биофармацевтических сред для культивирования клеток, а также пищевых добавок и питательных веществ начали улучшать знания о влиянии изменчивости микропримесей металлов от партии к партии при последующей переработке.В пределах низких уровней следов металлов необходимо дальнейшее изучение эффектов изменчивости низких уровней, учитывая, что изменчивость будет влиять на каждую молекулу по-разному.

Как следы металлов вводятся при первичной переработке?

Их можно ввести несколькими способами: микроэлементы могут присутствовать в средах для культивирования клеток, источники энергии углеводов (сахара), такие как сахароза и галактоза, и они могут присутствовать в материалах, таких как бикарбонат натрия, которые используются для регулирования факторов pH. в биореакторах.Есть также производители биофармацевтических препаратов, которые определили, что введение минеральных элементов в качестве добавок может помочь в достижении целевых выходов, влияя на паттерны гликозилирования и влияя на процессы сворачивания / разворачивания белка в целевой молекуле.

Следы металлов, которые больше всего влияют на переработку, — это цинк, алюминий, марганец, молибден и железо. В некоторой степени ко второй категории относятся медь и никель. Это наиболее распространенные элементы, влияющие на паттерн гликозилирования.

Как следы металлов могут повлиять на восходящий процесс?

Есть несколько потенциальных эффектов. Как уже говорилось, могут происходить изменения в паттерне гликозилирования. В общем, гликозилирование трудно точно контролировать в клетках млекопитающих, поскольку оно зависит от множества факторов, таких как клональные вариации, среды, а также условия культивирования. Оптимизация среды для культивирования клеток зависит от линии клеток из-за метаболизма и потребления питательных веществ конкретными линиями клеток.Микроэлементы могут влиять на гликозилирование, поскольку они могут модулировать активность различных ферментов и переносчиков, таких как гликозилтрансферазы, маннозидазы и лизосомальные гидролазы.

Кроме того, если производимый белок имеет реактивные пространства, которые реагируют на различные следы металлов или соотношение определенных металлов, во время сворачивания и разворачивания белка могут происходить реакции, такие как окисление. В случае производства заместительной ферментной терапии могут возникнуть другие реакции. В составе фермента могут присутствовать следы металлов, которые могут быть заменены другими следами металлов, поступающими из внешних источников, такими как галактоза или бикарбонат натрия, вызывая различные реакции, которые могут повлиять на выход продукции.

Какие уровни следов металлов могут вызывать эти эффекты?

К сожалению, лучший ответ на этот вопрос — «это зависит от обстоятельств». Он включает в себя целевую молекулу, фермент, используемое генетическое секвенирование, и, поскольку каждая биофармацевтическая компания использует эти элементы уникальным образом, требования к металлическим следам чрезвычайно индивидуальны. Также важно знать, что условия процесса могут влиять на то, как сами следы металлов взаимодействуют с клеткой-мишенью во время биопроцессинга.Окружающая среда клетки, внешняя среда и температура среды могут влиять на поглощение микроэлементов и их метаболизм в клетках.

В Avantor мы провели исследования влияния изменчивости уровней следовых количеств железа, а также изучили изменения в уровнях от 100 до 300 частей на миллиард. В молекуле, использованной для этого исследования, если уровни железа превышали 300 частей на миллиард, наблюдалось изменение гликозилирования. Таким образом, эти уровни в 100 частей на миллиард заслуживают изучения и, как мы полагаем, заслуживают контроля из-за наблюдаемых воздействий.

Насколько хорошо понятны эти эффекты?

Это важная область биологической обработки, требующая дальнейшего изучения. Хорошо известно, что следовые количества металлов влияют на биологическое производство выше по течению, и более низкие уровни лучше, но при этом необходим некоторый уровень следов металлов. Понятно, что существует множество источников микроэлементов металлов, и растет понимание того, что вариации в низких уровнях микроэлементов металлов могут отрицательно повлиять на выходы биопроцессов на начальном этапе, а также на качество собранных клеток.Но как именно и почему эти следы металлов вызывают эти эффекты, еще не изучено.

Следующей областью исследования является взаимодействие двух различных металлических микроэлементов друг с другом и их совокупное влияние на процесс. Некоторые белки имеют более сложные процессы, и мы заметили, что изменение соотношения двух элементов — в данном примере никеля и меди — влияет на то, как работает белок. Почему именно это происходит, еще предстоит изучить и понять.

Как эти взаимодействия следов металлов в предшествующем процессе влияют на производство лекарств в целом?

В конечном итоге, неправильно контролируемые уровни следов металлов влияют на выход продукта в процессе производства. Неправильные или несоответствующие уровни следов металлов, вводимых в процесс из разных источников, могут повлиять на выход продукции в начале технологической цепочки. Например, если вы производите три грамма на литр антитела, и из-за этого половина грамма на литр не гликозилирована должным образом, то вы значительно снизите свой исходный выход.

Это также влияет на последующий процесс очистки. В предшествующем процессе производства клеточных культур цель состоит в том, чтобы получить как можно большее количество максимально чистого материала. Если уровни чистоты не являются оптимальными, вам может потребоваться выполнить дополнительную стадию последующей очистки для достижения общих целевых показателей выхода процесса. Это увеличивает временные и материальные затраты, поэтому за счет лучшего контроля над всеми источниками следов металлов в восходящем процессе и определения правильных низких уровней этих следов металлов, а затем обеспечения того, чтобы эти низкие уровни были постоянными, этот риск этих негативных воздействий можно уменьшить.

Также важно отметить, что после того, как вы определили оптимальные уровни следовых металлов и взаимодействия различных следов металлов в процессе культивирования клеток, такие же уровни следовых металлов должны присутствовать в процессе создания банка клеток. Если концентрация следов металлов на этапе накопления клеток отличается от среды для производства клеток, накопленные клетки могут быть «шокированы» при переносе из банков клеток в производство.

Как следует устранять или контролировать следы металлов?

Есть два способа улучшить контроль.Первый — это лучшее понимание того, как следы металлов полностью влияют на урожайность, в зависимости от клеток и процесса. Это включает в себя проведение исследований DOE, в которых используются материалы с полностью охарактеризованными уровнями следов металлов, которые согласованы и производятся в соответствии с процессами cGMP. В противном случае существует риск того, что по мере того, как производители переходят от исследований к уровню производства, результаты могут значительно отличаться. Знание уровней следов металлов в исследовании Министерства энергетики и обеспечение того, чтобы материалы, используемые при увеличении масштаба, имели одинаковые постоянные низкие уровни, позволили бы достичь целевого уровня добычи.

Это означает наличие стратегии обработки сырья, используемого для предшествующего производства, и определение допустимых уровней следов металлов во всем сырье, которое используется в вашем предшествующем процессе. Это выходит за рамки только первоначального состава среды для культивирования клеток в начале процесса. Он должен включать источники углерода, такие как галактоза или декстроза, которые могут быть добавлены в больших количествах в нескольких точках подачи в восходящем процессе.

Avantor, например, производит сахара с низким содержанием эндотоксина (HPLE) высокой чистоты, включая сахарозу, галактозу и дигидрат трегалозы.Эти сахара были произведены с использованием запатентованных методов очистки и были охарактеризованы, чтобы постоянно содержать менее пяти частей на миллиард следов металлов, включая цинк, никель, медь и кадмий.

Производитель может добавлять другие материалы только один раз на определенном этапе процесса, например, аминокислоты, факторы роста и материалы для контроля pH. Все они являются потенциальными источниками следов металлов, которые могут накапливаться; Хотя было проделано больше работы по определению содержания следов металлов в источниках углеводов, этим другим материалам уделялось не так много внимания.

Какие результаты могут ожидать производители биофармацевтических препаратов при улучшении характеристик и контроля следов металлов?

Потенциальным результатом является надежный восходящий процесс, который намного более предсказуем и находится под контролем. Это означает, что нет изменений в продукции белка от партии к партии из клетки-мишени и при гораздо более чистых выходах. Затем это может повлиять на последующие процессы, позволяя максимально упростить этапы очистки и потенциально исключая этап очистки.

В конечном счете, понимание и определение целевых уровней следов металлов означает признание того, что они играют роль в таких процессах, как разворачивание белков и гликозилирование. Это означает признание того, что все материалы, используемые в процессах, — углеводы, аминокислоты, материалы для контроля pH — могут вносить следы металлов таким образом, что в совокупности могут влиять на выход и качество на начальных этапах производства. Определение уровней следов металлов и обеспечение полной характеристики всех исходных материалов обеспечит основу для самого строгого контроля.

Компания Avantor ( www.avantorinc.com ), работающая в более чем 30 странах мира, является ведущим мировым поставщиком интегрированных индивидуальных решений для биологических наук и отраслей передовых технологий.

7.4: Микроэлементы в биологических системах

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Макроминералы
2. Реакции группового переноса
3. Реакции биологического окисления-восстановления
4. Структурные компоненты
   1. Пример 9
   2. Резюме
   3. Ключевые выводы
   4. Концептуальные проблемы

Общая химия Libretexts Textmap, организованная вокруг учебника
Химия: принципы, закономерности и приложения
Брюса А.Аверилл

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV 9117 911 XIV 9116 911 X11 VII X VIII X IX X X X XI X XII X X6 I XII ● Домашнее задание

Цели обучения

• Для описания некоторых ролей микроэлементов в биологических системах.

Из более чем 100 известных элементов приблизительно 28 известны как , необходимы для роста по крайней мере одного биологического вида, и только 19 необходимы для человека. Что делает некоторые элементы необходимыми для организма, а остальные — несущественными? Причин как минимум две:

1. Элемент должен обладать некоторыми уникальными химическими свойствами, которые организм может использовать в своих интересах и без которых он не может выжить.
2. Достаточное количество элемента должно быть доступно в окружающей среде в легкодоступной форме.

Как вы можете видеть в Таблице 7.6, многие элементы, которых много в земной коре, тем не менее, не находятся в легкодоступной форме (например, в виде ионов, растворенных в морской воде). Вместо этого они склонны к образованию нерастворимых оксидов, гидроксидов или карбонатных солей. Хотя кремний является вторым по распространенности элементом в земной коре, SiO ₂ и многие силикатные минералы нерастворимы, поэтому они не легко усваиваются живыми тканями. Это также относится к железу и алюминию, которые образуют нерастворимые гидроксиды.Поэтому многие организмы разработали сложные стратегии получения железа из окружающей среды. Напротив, молибден и йод, хотя и не особенно распространены, хорошо растворимы — молибден в виде молибдата (MoO ₄ ^2-) и йод в виде йодида (I ^— ) и йодата (IO ₃ ^— ). — и поэтому в морской воде их больше, чем в железе. Неудивительно, что и молибден, и йод используются многими организмами.

Таблица 7.6 Относительное содержание некоторых основных элементов в земной коре и океанах

Элемент *	Корка (ppm; в среднем)	Морская вода (мг / л = ppm)
* Элементы, выделенные жирным шрифтом, считаются важными для человека.
O	461 000	857 000
Si	282 000	2,2
Al	82,300	0,002
Fe	56 300	0,002
Ca	41 500	412
Na	23 600	10 800
мг	23 300	1290
К	20 900	399
H	1400	108 000
п.	1050	0.06
Mn	950	0,0002
ф	585	1,3
S	350	905
С	200	28
Класс	145	19 400
В	120	0.0025
Cr	102	0,0003
Ni	84	0,00056
Zn	70	0,0049
Cu	60	0,00025
Co	25	0.00002
Li	20	0,18
N	19	0,5
Br	2,4	67,3
Пн	1,2	0,01
I	0.45	0,06
SE	0,05	0,0002

Источник: данные CRC Handbook of Chemistry and Physics (2004).

К счастью, многие элементы, необходимые для жизни, необходимы только в небольших количествах. (В таблице 1.6 перечислены микроэлементы в организме человека.) Даже в этом случае элементы, которые присутствуют в следовых количествах, могут оказывать большое влияние на здоровье организма.Такие элементы функционируют как часть механизма амплификации, в котором молекула, содержащая микроэлемент, является важной частью более крупной молекулы, которая, в свою очередь, регулирует концентрации других молекул и так далее. Механизм амплификации позволяет небольшим вариациям концентрации микроэлемента иметь большие биохимические эффекты.

Основные микроэлементы у млекопитающих могут выполнять четыре основные роли: (1) они могут вести себя как макроминералы, (2) они могут участвовать в катализе реакций передачи группы, (3) они могут участвовать в реакциях окисления-восстановления или ( 4) они могут служить конструктивными элементами.

• Макроминералы

  Макроминералы — Na, Mg, K, Ca, Cl и P — обнаруживаются в больших количествах в биологических тканях и присутствуют в виде неорганических соединений, растворенных или осажденных. Все образуют одноатомные ионы (Na ⁺ , Mg ²⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Cl ^—), за исключением фосфора, который находится в виде фосфат-иона (PO ₄ ^{3 —} ). Напомним, что соли кальция используются многими организмами в качестве структурных материалов, например, в костях [гидроксиапатит, Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH]; соли кальция также содержатся в морской и яичной скорлупе (CaCO ₃ ), и они служат хранилищем Ca ²⁺ в растениях (оксалат кальция).

  Жидкости организма всех многоклеточных организмов содержат относительно высокие концентрации этих ионов. Некоторые ионы (Na ⁺ , Ca ²⁺ и Cl ^—) локализуются преимущественно во внеклеточных жидкостях , таких как плазма крови, тогда как K ⁺ , Mg ²⁺ и фосфат находятся в основном в в внутриклеточных жидкостях. Для избирательного переноса этих ионов через клеточные мембраны требуется значительное количество энергии. Селективность этих ионных насосов основана на различии ионного радиуса (Раздел 7.2) и ионный заряд.

  Поддержание оптимальных уровней макроминералов важно, потому что временные изменения их концентрации в клетке влияют на биологические функции. Например, для передачи нервного импульса требуется внезапное обратимое увеличение количества Na ⁺ , поступающего в нервную клетку. Точно так же, когда гормоны связываются с клеткой, они могут заставить ионы Ca ²⁺ проникать в эту клетку. В сложной серии реакций ионы Ca ²⁺ запускают такие события, как сокращение мышц, высвобождение нейротрансмиттеров или секреция гормонов.Когда люди, которые активно занимаются спортом в течение длительного периода времени, чрезмерно гидратируют водой, низкий уровень соли в крови может привести к состоянию, известному как гипонатриемия , которое вызывает тошноту, усталость, слабость, судороги и даже смерть. По этой причине спортсмены должны пить спортивные напитки, содержащие соли, а не только воду.

• Реакции группового переноса

  Ионы следов металлов также играют решающую роль во многих биологических реакциях передачи группы.В этих реакциях узнаваемая функциональная группа, такая как фосфорильная единица (-PO ₃ ^—), передается от одной молекулы к другой. В этом примере

  Уравнение 7.18

  ROPO2−3 + h3O → ROH + HOPO2−3

  единица переводится из алкоксида (RO ^—) в гидроксид (OH ^—). Чтобы нейтрализовать отрицательный заряд молекулы, которая подвергается реакции, многие биологические реакции этого типа требуют присутствия ионов металлов, таких как Zn ²⁺ , Mn ²⁺ , Ca ²⁺ или Mg ^{. 2+} и иногда Ni ²⁺ или Fe ³⁺ .Эффективность иона металла во многом зависит от его заряда и радиуса.

  Цинк является важным компонентом ферментов, катализирующих гидролиз белков, добавления воды к CO ₂ для получения HCO ₃ ^— и H ⁺ , а также большинства реакций, участвующих в ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота ) и синтез, репарация и репликация РНК (рибонуклеиновой кислоты). Следовательно, дефицит цинка имеет серьезные побочные эффекты, включая аномальный рост и половое развитие, а также потерю вкусовых ощущений.

• Биологические реакции окисления-восстановления

  Третья важная роль микроэлементов — перенос электронов в биологических реакциях окисления и восстановления. Железо и медь, например, содержатся в белках и ферментах, которые участвуют в транспорте O ₂ , восстановлении O ₂ , окислении органических молекул и превращении атмосферного N ₂ в NH ₃ . Эти металлы обычно переносят один электрон на каждый ион металла, чередуя состояния окисления, такие как 3 + / 2 + (Fe) или 2 + / 1 + (Cu).

  Поскольку большинство переходных металлов имеют несколько степеней окисления, разделенных только одним электроном, они однозначно подходят для переноса нескольких электронов по одному. Примеры включают молибден (+ 6 / + 5 / + 4), который широко используется в двухэлектронных реакциях окисления-восстановления, и кобальт (+ 3 / + 2 / + 1), который содержится в витамине B ₁₂ . Напротив, многие из элементов блока p хорошо подходят для одновременного переноса двух электронов . Селен (+ 4 / + 2), например, содержится в ферменте, который катализирует окисление глутатиона (GSH) до его дисульфидной формы (GSSG):

  \ [2 GSH + H_ ₂ O_ ₂ \ rightarrow 2 H_ ₂ O + GSSG \]

• Конструкционные элементы

  Микроэлементы также действуют как важные структурные компоненты биологических тканей или молекул.Во многих системах, где микроэлементы не изменяют степень окисления или иным образом не участвуют непосредственно в биохимических реакциях, часто предполагается, хотя часто без прямых доказательств, что элемент стабилизирует конкретную трехмерную структуру биомолекулы, в которой он находится. Одним из примеров является сахар-связывающий белок, содержащий Mn ²⁺ и Ca ²⁺ , который является частью системы биологической защиты некоторых растений. Другие примеры включают ферменты, которым требуется Zn ²⁺ на одном сайте, чтобы активность проявлялась в другом сайте молекулы.Некоторые неметаллические элементы, такие как F ^— , также играют структурную роль. Фторид, например, вытесняет гидроксид-ион из гидроксиапатита в кости и зубах с образованием фторапатита [Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F]. Фторапатит менее растворим в кислоте и обеспечивает повышенную устойчивость к разрушению зубов.

  Фторапатит (\ (Ca_5 (PO_4) _3F \)) менее растворим, чем гидроксиапатит (\ (Ca_5 (PO_4) _3 (OH) \))

  Другим примером неметалла, который играет структурную роль, является йод, который у человека содержится только в одной молекуле — гормоне щитовидной железы тироксин .Когда диета человека не содержит достаточного количества йода, щитовидные железы на его шее сильно увеличиваются, что приводит к состоянию, называемому зобом . Поскольку йод содержится в основном в океанской рыбе и водорослях, у многих первых поселенцев Среднего Запада Америки развился зоб из-за отсутствия морепродуктов в их рационе. Сегодня большая часть поваренной соли содержит небольшое количество йода [на самом деле йодид калия (KI)], чтобы предотвратить эту проблему.

  Человек с зобом. В США «йодированная соль» предотвращает появление зоба.

  Пример 9

  Есть некоторые свидетельства того, что олово является важным элементом млекопитающих. Основываясь исключительно на том, что вы знаете о химии олова и его положении в периодической таблице, предскажите вероятную биологическую функцию олова.

  Дано: элемент и данные в таблице 1.6

  Запрошено: Вероятная биологическая функция

  Стратегия:

  На основании положения олова в периодической таблице, его общих степеней окисления и данных в таблице 1.6, спрогнозируйте вероятную биологическую функцию элемента.

  Решение:

  Из его положения в нижней части группы 14 мы знаем, что олово — это металлический элемент, наиболее распространенные степени окисления которого — +4 и +2. Учитывая низкие уровни олова у млекопитающих (140 мг / 70 кг человека), олово вряд ли будет функционировать как макроминерал. Хотя нельзя исключать его роль в катализе реакций с переносом группы или в качестве важного структурного компонента, наиболее вероятная роль олова будет заключаться в катализе реакций окисления-восстановления, которые включают двухэлектронный перенос.Это позволит использовать способность олова иметь две степени окисления, разделенные двумя электронами.

  Упражнение

  Основываясь исключительно на том, что вы знаете о химии ванадия и его положении в периодической таблице, предскажите вероятную биологическую функцию ванадия.

  Ответ: Ванадий, вероятно, катализирует окислительно-восстановительные реакции, поскольку он является переходным металлом первого ряда и, вероятно, имеет несколько степеней окисления.

  Сводка

  Многие элементы периодической таблицы являются основными микроэлементами , которые необходимы для роста большинства организмов.Хотя они присутствуют только в небольших количествах, они обладают важными биологическими эффектами из-за их участия в механизме амплификации . Макроминералы присутствуют в больших количествах и играют структурные роли или действуют как электролиты, распределение которых в клетках строго контролируется. Эти ионы избирательно переносятся через клеточные мембраны с помощью ионных насосов . Другие микроэлементы катализируют реакции передачи группы или реакции биологического окисления-восстановления, в то время как другие все же являются важными структурными компонентами биологических молекул.

  Key Takeaway

  • Основные микроэлементы у млекопитающих выполняют четыре основные роли: как макроминералы, как катализаторы в реакциях передачи группы или окислительно-восстановительных реакциях, или как структурные компоненты.

  Концептуальные проблемы

  1. Укажите хотя бы один критерий для основных элементов, участвующих в биологических реакциях окисления-восстановления. Какой регион таблицы Менделеева содержит элементы, которые очень хорошо подходят для этой роли? Объясните свои рассуждения.

  2. Каковы общие биологические роли микроэлементов, у которых нет двух или более доступных степеней окисления?

Отображение распределения микроэлементов в отдельных органеллах и субклеточных элементах

5. Lee, SM, Chen, H., Dettmer, CM, O’Halloran, TV & Nguyen, ST Липсомы в полимерных клетках: чувствительная к pH система доставки с высокой стабильность.Журнал Американского химического общества 129, 15096–15097 (2007).

   CAS Google ученый

6. Дэвис А. В. и О’Халлоран Т. В. Место химии тиоэфиров в распознавании и перемещении ионов меди в клетке. Nat Chem Biol 4, 148–151 (2008).

   CAS PubMed PubMed Central Google ученый

7. Ким, Б. Э., Невитт, Т. и Тиле, Д. Дж.Механизмы приобретения, распределения и регулирования меди. Nat Chem Biol 4, 176–185 (2008).

   CAS Google ученый

8. Эль Муайед, М. и др. Острая цитокин-опосредованная регуляция транспортера цинка ZnT8 изменяет функцию бета-клеток поджелудочной железы. Журнал эндокринологии 206, 159–169 (2010).

   CAS Google ученый

9. Ким, А. М., Фогт, С., О’Халлоран, Т. В. и Вудрафф, Т. К. Доступность цинка регулирует выход из мейоза в созревающих ооцитах млекопитающих. Nat Chem Biol 6, 674–681 (2010).

   CAS PubMed PubMed Central Google ученый

10. Бернхардт, М. Л., Конг, Б. Ю., Ким, А. М., О’Халлоран, Т. В. и Вудрафф, Т. К. Цинк-зависимый механизм регулирует мейотическую прогрессию в ооцитах млекопитающих. Биология размножения 86, 114 (2012).

    PubMed PubMed Central Google ученый

11. Конг, Б.Ю., Бернхардт, М. Л., Ким, А. М., О’Халлоран, Т. В. и Вудрафф, Т. К. Цинк поддерживает арест профазы I в ооцитах мышей посредством регуляции пути MOS-MAPK. Биология размножения 87, 11, 11–12 (2012).

    PubMed PubMed Central Google ученый

12. Thiers, R.E. & Vallee, B.L. Распределение металлов в субклеточных фракциях печени крыс. Journal of Biological Chemistry 226, 911–920 (1957).

    CAS Google ученый

13. Ойоо-Окот, Э.и другие. Паразиты изменяют субклеточное разделение металлов в кишечнике рыб. Aquat Toxicol 106–107, 76–84 (2012).

    Google ученый

14. Chen, K. G. et al. Меланосомная секвестрация цитотоксических препаратов способствует неизлечимости злокачественных меланом. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103, 9903–9907 (2006).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

15. Макрей, Р., Lai, B. & Fahrni, C.J. Субклеточное перераспределение и митотическое наследование переходных металлов в пролиферирующих клетках фибробластов мыши. Металломика: интегрированная наука о биометаллах 5, 52–61 (2013).

    CAS Google ученый

16. Бозим Р. А., Томпсон Р. Б., Стоддард А. К. и Фиерке К. А. Измерение пикомолярного внутриклеточного обменного цинка в клетках PC-12 с использованием логометрического флуоресцентного биосенсора. ACS Chem Biol 1, 103–111 (2006).

    CAS Google ученый

17. Джейкоб К., Марет В. и Валле Б. Л. Контроль переноса цинка между тионеином, металлотионеином и белками цинка. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 95, 3489–3494 (1998).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

18. Laychock, S.G., Duzen, J. & Simpkins, C.О. Индукция металлотионеина в островках Лангерганса и клетках инсулиномы. Mol Cell Endocrinol 165, 179–187 (2000).

    CAS Google ученый

19. Li, X., Chen, H. & Epstein, P. N. Металлотионеин защищает островки от гипоксии и увеличивает выживаемость трансплантата островков, поглощая большинство видов реактивных форм кислорода. Журнал биологической химии 279, 765–771 (2004).

    CAS Google ученый

20. Геркин-Керн, Дж.Л., Ву, Т. Д., Кинтана, К. и Круази, А. Прогресс в аналитической визуализации клетки с помощью динамической вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС-микроскопия). Biochimica et biophysica acta 1724, 228–238 (2005).

    CAS Google ученый

21. Steinhauser, M. L. & Lechene, C.P. Количественная визуализация субклеточного метаболизма с помощью стабильных изотопов и мультиизотопная масс-спектрометрия. Семинары по клеточной биологии и биологии развития 24, 661–667 (2013).

    CAS Google ученый

22. Twining, B. S. et al. Количественная оценка микроэлементов в отдельных водных клетках протистов с помощью синхротронного рентгеновского флуоресцентного микрозонда. Аналитическая химия 75, 3806–3816 (2003).

    CAS Google ученый

23. Kemner, K. M. et al. Элементный и окислительно-восстановительный анализ отдельных бактериальных клеток с помощью рентгеновского микропучкового анализа. Science 306, 686–687 (2004).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

24. Ян Л. и др. Визуализация внутриклеточной топографии меди с помощью флуоресцентного сенсора и синхротронной рентгеновской флуоресцентной микроскопии. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102, 11179–11184 (2005).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

25. Финни, Л.и другие. Рентгеновская флуоресцентная микроскопия выявляет крупномасштабную релокализацию и внеклеточную транслокацию клеточной меди во время ангиогенеза. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104, 2247–2252 (2007).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

26. Chen, K. G. et al. Влияние динамики меланосом на лекарственную чувствительность меланомы. Журнал Национального института рака 101, 1259–1271 (2009).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

27. Холт, М., Хардер, Р., Винарски, Р. и Роуз, В. Методы наноразмерной жесткой рентгеновской микроскопии для исследования материалов. Ежегодный обзор исследований материалов 43, 183–211 (2013).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

28. Ортега Р., Клоутенс П., Девес Г., Кармона А. и Бохик С. Хранение железа в нейровезикулах дофамина, выявленное с помощью химической нано-визуализации.PloS one 2, e925 (2007).

    ADS PubMed PubMed Central Google ученый

29. Matsuyama, S. et al. Картирование микроэлементов отдельной клетки с использованием жесткого рентгеновского нанопучка, сфокусированного зеркальной системой Киркпатрика-Баэса. Рентгеновская спектрометрия 38, 89–94 (2009).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

30. Deng, J. et al. Одновременная крио-рентгеноптихографическая и флуоресцентная микроскопия зеленых водорослей.Труды Национальной академии наук 112, 2314–2319 (2015).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

31. Горняк Т. и др. Поддержка и проблемы модели меланосомной оболочки, основанной на наноразмерном распределении металлов в меланосомах радужной оболочки, обнаруженном с помощью рентгенофлуоресцентного анализа. Исследование пигментных клеток и меланомы 27, 831–834 (2014).

    CAS Google ученый

32. Миядзаки, Дж.-Я. и другие. Создание линии β-клеток поджелудочной железы, которая сохраняет индуцируемую глюкозой секрецию инсулина: специальная ссылка на экспрессию изоформ переносчиков глюкозы. Эндокринология 127, 126–132 (1990).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

33. Гилки, Дж. К. и Стэхелин, Л. А. Достижения в области сверхбыстрого замораживания для сохранения ультраструктуры клеток. Journal of Electron Microscopy Technique 3, 177–210 (1986).

    Google ученый

34. Quintana, C. Криофиксация, криозамещение, криогенная заливка для ультраструктурных, иммуноцитохимических и микроаналитических исследований. Микрон 25, 63–99 (1994).

    CAS Google ученый

35. Нагата Т. Рентгеновский микроанализ биологических образцов с помощью высоковольтной электронной микроскопии. Прогресс в гистохимии и цитохимии 39, 185–319 (2004).

    CAS Google ученый

36. Cai, Z. et al. Сканирующий микрозонд с жестким рентгеновским излучением для флуоресцентной визуализации и микродифракции на передовом источнике фотонов. Материалы конференции AIP 507, 472–477 (2000).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

37. Winarski, R.P. et al. Линия пучка жесткого рентгеновского нанозонда для наноразмерной микроскопии. Журнал Synchrotron Radiat 19, 1056–1060 (2012).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

38. Ян, Х. и др. Двумерная жесткая нанофокусировка рентгеновского излучения с помощью скрещенных многослойных линз Лауэ. Опт. Express 19, 15069–15076 (2011).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

39. Ширато Н. и др. Элементный дактилоскопический анализ материалов с предельной атомарной чувствительностью. Нано-письма 14, 6499–6504 (2014).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

40. Эль Муайед, М. и др. Накопление кадмия в бета-клетках, продуцирующих инсулин. Островки 4. С. 405–416 (2012).

    PubMed PubMed Central Google ученый

41. Corezzi, S. et al. Рентгенофлуоресцентное изображение человеческих клеток, меченных квантовыми точками CdSe, на основе синхротрона. Аналитическая биохимия 388, 33–39 (2009).

    CAS Google ученый

42. Джеймс, С.A. et al. Количественная оценка поглощения, распределения и растворения наночастиц ZnO в индивидуальных макрофагах человека. АСУ Нано 7. 2013. С. 10621–10635.

    CAS Google ученый

43. Sheridan, E.J. et al. Синхротронные рентгеновские флуоресцентные исследования меченного бромом циклического пептида RGD, взаимодействующего с отдельными опухолевыми клетками. Journal of Synchrotron Radiation 20, 226–233 (2013).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

44. Грубман, А.и другие. Рентгеновская флуоресцентная визуализация выявляет нарушения внутриклеточного биометалла при детском нейродегенеративном заболевании. Chem Sci 5, 2503–2516 (2014).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

45. Леонардо Т. и др. Определение распределения элементов в зеленых микроводорослях с использованием синхротронного излучения, нано-рентгеновской флуоресценции (SR-nXRF) и методов электронной микроскопии — субклеточная локализация и количественная визуализация поглощения серебра и кобальта Coccomyxa actinabiotis.Металломика: интегрированная наука о биометаллах 6, 316–329 (2014).

    CAS Google ученый

46. Хуанг, X. Ф. и Арван, П. Формирование ядра инсулинсодержащих секреторных гранул происходит внутри незрелых бета-гранул. Журнал биологической химии 269, 20838–20844 (1994).

    CAS Google ученый

47. Хуанг, X. Ф. и Арван, П. Внутриклеточный транспорт проинсулина в бета-клетках поджелудочной железы.Структурное созревание определяется доступностью дисульфидов. Журнал биологической химии 270, 20417–20423 (1995).

    CAS Google ученый

48. Chimienti, F., Favier, A. & Seve, M. ZnT-8, транспортер цинка, специфичный для бета-клеток поджелудочной железы. Biometals: международный журнал о роли ионов металлов в биологии, биохимии и медицине 18, 313–317 (2005).

    CAS Google ученый

49. Фунт, Л.D. et al. Делеция мышиного гена Slc30a8, кодирующего транспортер цинка-8, приводит к нарушению секреции инсулина. Биохимический журнал 421, 371–376 (2009).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

50. О’Халлоран, Т.В., Кебеде, М., Филипс, С.Дж. и Этти, А.Д. Цинк, инсулин и печень: менаге в троих. Журнал клинических исследований 123, 4136–4139 (2013).

    PubMed PubMed Central Google ученый

51. Хубер, А.М. и Гершофф, С. Н. Влияние дефицита цинка у крыс на высвобождение инсулина из поджелудочной железы. J Nutr 103, 1739–1744 (1973).

    CAS Google ученый

52. Jiang, L.J., Maret, W. & Vallee, B.L. Редокс-пара глутатиона модулирует перенос цинка от металлотионеина к обедненной цинком сорбитолдегидрогеназе. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 95, 3483–3488 (1998).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

53. Habeebu, S.S., Liu, J., Liu, Y. & Klaassen, C.D. Мыши с нулевым содержанием металлотионеина более чувствительны, чем мыши дикого типа, к повреждению печени, вызванному многократным воздействием кадмия. Toxicol Sci 55, 223–232 (2000).

    CAS Google ученый

54. Jiang, L.J., Vasak, M., Vallee, B.L. и Maret, W. На потенциалы переноса цинка альфа- и бета-кластеров металлотионеина влияют доменные взаимодействия во всей молекуле. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 97, 2503–2508 (2000).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

55. Kim, B.J. et al. Цинк как паракринный эффектор в гибели островковых клеток поджелудочной железы. Диабет 49, 367–372 (2000).

    CAS Google ученый

56. Lichtlen, P. et al. Поиск целевого гена для металл-чувствительного фактора транскрипции MTF-1. Nucleic Acids Res 29, 1514–1523 (2001).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

57. Хасуми, М.и другие. Регулирование экспрессии металлотионеина и транспортера цинка в клетках и тканях рака простаты человека. Раковые письма 200, 187–195 (2003).

    CAS Google ученый

58. Huang, L., Kirschke, C.P., Zhang, Y. & Yu, Y. Y. Ген ZIP7 (Slc39a7) кодирует транспортер цинка, участвующий в гомеостазе цинка в аппарате Гольджи. Журнал биологической химии 280, 15456–15463 (2005).

    CAS Google ученый

59. He, L.и другие. ZIP8, член семейства переносчиков металлов-переносчиков растворенных веществ-39 (SLC39): характеристика свойств переносчиков. Mol Pharmacol 70, 171–180 (2006).

    CAS Google ученый

60. Hogstrand, C., Zheng, D., Feeney, G., Cunningham, P. & Kille, P. Контролируемая цинком экспрессия гена с помощью металл-регулирующего фактора транскрипции 1 (MTF1) у модельного позвоночного животного, рыбок данио . Biochem Soc Trans 36, 1252–1257 (2008).

    CAS Google ученый

61. Li, Y., Kimura, T., Huyck, R. W., Laity, J. H. & Andrews, G.K. Индуцированное цинком образование коактиваторного комплекса, содержащего чувствительный к цинку фактор транскрипции MTF-1, p300 / CBP и Sp1. Молекулярная и клеточная биология 28, 4275–4284 (2008).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

62. Мокчегиани, Э., Джаккони, Р. и Малаволта, М. Передача сигналов цинка и субклеточное распределение: новые цели при диабете 2 типа.Trends Mol Med 14, 419–428 (2008).

    CAS Google ученый

63. Lichten, L. A., Ryu, M. S., Guo, L., Embury, J. & Cousins, R. J. MTF-1-опосредованная репрессия транспортера цинка Zip10 облегчается ограничением цинка. PloS one 6, e21526 (2011).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

64. Saxena, R. et al. Полногеномный ассоциативный анализ определяет локусы диабета 2 типа и уровни триглицеридов.Science 316, 1331–1336 (2007).

    CAS Google ученый

65. Boesgaard, T. W. et al. Распространенный вариант SLC30A8 Arg325Trp связан со сниженным высвобождением инсулина в первой фазе у 846 недиабетических потомков пациентов с диабетом 2 типа — исследование EUGENE2. Диабетология 51, 816–820 (2008).

    CAS Google ученый

66. Омори, С. и др. Связь CDKAL1, IGF2BP2, CDKN2A / B, HHEX, SLC30A8 и KCNJ11 с предрасположенностью к диабету 2 типа в популяции Японии.Диабет 57, 791–795 (2008).

    CAS Google ученый

67. Wu, Y. et al. Общие варианты генов CDKAL1, CDKN2A / B, IGF2BP2, SLC30A8 и HHEX / IDE связаны с диабетом 2 типа и нарушением уровня глюкозы натощак в китайской ханьской популяции. Diabetes 57, 2834–2842 (2008).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

68. Xiang, J. et al. Ген транспортера цинка-8 (SLC30A8) у китайцев связан с диабетом 2 типа.J Clin Endocrinol Metab 93, 4107–4112 (2008).

    CAS Google ученый

69. Majithia, A. R. et al. Связь миссенс-полиморфизма R325W SLC30A8 с уровнями проинсулина на исходном уровне и после изменения образа жизни, вмешательства метформина или троглитазона в программу профилактики диабета. Диабетология, 54, 2570–2574 (2011).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

70. Шань, З.и другие. Взаимодействие между геном транспортера цинка-8 (SLC30A8) и концентрацией цинка в плазме для нарушения регуляции глюкозы и диабета 2 типа. Диабет (2013).

71. Fu, Y. et al. Подавление экспрессии ZnT8 в бета-клетках поджелудочной железы крыс INS-1 снижает содержание инсулина и индуцируемую глюкозой секрецию инсулина. PloS one 4, e5679 (2009).

    ADS PubMed PubMed Central Google ученый

72. Wijesekara, N.и другие. Специфичная для бета-клеток делеция Znt8 у мышей вызывает заметные дефекты процессинга, кристаллизации и секреции инсулина. Диабетология (2010).

73. Ibáñez, A. J. et al. Метаболомика одиночных дрожжевых клеток на основе масс-спектрометрии. Proceedings of the National Academy of Sciences 110, 8790–8794 (2013).

    ADS Google ученый

74. Зеноби Р. Одноклеточная метаболомика: аналитические и биологические перспективы.Наука 342, 1243259 (2013).

    CAS PubMed Google ученый

75. Vogt, S. MAPS: Набор программных инструментов для анализа и визуализации наборов данных трехмерной рентгеновской флуоресценции. J. Phys. IV France 104, 635–638 (2003).

    CAS Google ученый

Хорошие и плохие примеси: Микроэлементы


Загрузить эту заметку (PDF)

В течение последних нескольких десятилетий среды для культивирования клеток эволюционировали от сложных базовых рецептур, содержащих сыворотку или гидролизат, до химически определенных, не содержащих компонентов животного происхождения или не содержащих компонентов животного происхождения, высокоэффективных растворов для культивирования клеток.Параллельно с этим биофармацевтическая промышленность повысила свои ожидания в отношении согласованности и прослеживаемости от партии к партии. Эти требования ставят во главу угла анализ загрязнения микроэлементами сырья сред для культивирования клеток. Наконец, сбор таких данных не только поможет понять текущие характеристики среды для культивирования клеток, но и предоставит необходимые данные для разумной оценки или поддержания характеристик среды.




Пример отслеживания / контроля сырья: загрязнение аминокислот микроэлементами

Аминокислоты являются основным компонентом сред для культивирования клеток, которые также составляют значительный процент в составе среды и корма.Здесь мы показываем, как сырье для аминокислот от разных поставщиков может иметь различные примеси микроэлементов. Эти примеси могут оказывать специфическое для клеток и зависящее от концентрации влияние на культуру клеток, поэтому их необходимо учитывать, контролировать или даже избегать перед производством сред и кормов. Однако не каждый микроэлемент и не каждая концентрация оказывает одинаковое влияние на каждую клетку, поэтому даже переход от сырья к более низкому содержанию примесей может иметь отрицательное влияние, если создание культуры клеток уже было выполнено с так называемой «примесью». ».

Железо, цинк, марганец и медь являются наиболее распространенными микроэлементами, влияющими на культуру клеток, но другие микроэлементы (алюминий, молибден, ванадий, никель, олово и т. Д.) Также часто используются в еще более низких концентрациях в качестве добавок для оптимизации продуктивности клеток. .

Соответствующие данные можно найти в литературе (см., Например, Clincke et al. BMC Proceedings 2011, Wang et al. Биотехнология и биоинженерия 2018, Эрет и др. Биотехнология и биоинженерия 2019, Sumit et al.iScience 2019.).

Рисунок 1: Примеси, обнаруженные в образцах цистина от разных поставщиков. Наибольшие примеси содержали: железо (Fe), молибден (Mo), медь (Cu) и хром (Cr).

Рисунок 2: Примеси, обнаруженные в образцах тирозина от разных поставщиков. Наибольшие примеси присутствовали: железо (Fe), молибден (Mo) и хром (Cr).

Данные на рисунках 1 и 2 показывают примеси в образцах для аминокислот цистина и тирозина, в то время как другие аминокислоты в нашем анализе имеют гораздо менее очевидные примеси, зависящие от поставщика.Они часто связаны с процессом экстракции соответствующего сырья или с материалами, используемыми в производственном процессе.

Например, общее количество микроэлементов для аминокислот аспарагина и глутамата (рис. 3 и 4) значительно ниже, чем для тирозина и цистина. Но соотношение микроэлементов варьируется, и поскольку влияние микроэлементов на культивирование клеток в первую очередь зависит от концентрации каждого элемента и конкретной клеточной линии, низкие примеси меди для глутамата следует рассматривать так же, как и 100-кратное увеличение. более высокие концентрации железа в цистине.

Рисунок 3: Примеси, обнаруженные в образцах аспарагина от разных поставщиков. Наибольшие примеси имели место: железо (Fe) и медь (Cu).

Рисунок 4: Примеси, обнаруженные в образцах глутамата от разных поставщиков. Наибольшие примеси присутствовали: Медь (Cu) и Железо (Fe).

Другими областями, которые необходимо учитывать при анализе следовых элементов, являются качество воды и загрязнение от используемой системы культивирования (нержавеющая сталь vs.стекло против пластика).

Поэтому для оценки этих влияний на клеточную систему важно знать, как правильно измерять эти следовые примеси, идентифицировать потенциальные источники загрязнения и знать способы контроля их уровней.

В рамках аналитических услуг в Xell мы также предоставляем пакет для анализа следов элементов для отработанных носителей. Мы используем масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой для определения микроэлементов, и этот метод обеспечивает высочайшую чувствительность и превосходную надежность.