Úloha prvků v organismu

1. Úloha prvků v organismu Jana Novotná

2. MINERÁLY A STOPOVÉ PRVKY 1. Hlavní skupina stavební složky molekul živých organismů – 96,6% (voda, proteiny, tuky, cukry, lipidy) C, H, O, N, S 2.Nutričně důležité minerály (více jak 100 mg za den) Ca, P, Mg, Na, K, Cl 3. Stopové prvky – vyskytují se v koncentraci ~ 0,01% tělesné hmotnosti Cr, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Se, I, F 4.Doplňkové prvky (nejsou esenciální pro člověka) Ni, Si, Sn, V, B, Li 5. Toxické prvky Pb, Hg

3. Obsah prvků v lidském těle Prvek % Prvek %

4. Transport stopových prvků • albumin - Cu, Zn, Ca, Mg • transferin - Fe, Cr, Mn, Zn • aminokyseliny - Cu, (Fe v malém množství) • transkobaltamin - Co • globuliny - Mn

5. Způsoby vylučování stopových prvků • žluč – Cr, Cu, Mn, Zn • moč – Co, Cr, Mo, Zn • pankreatická šťáva – Zn • pot – Zn • odumíráním mukosálních buněk – Fe, Zn

6. Sodík Na • Na+ je hlavní kationtextracelulární tekutiny, • koncentrace v plasmě - 135 -145 mmol/l, • intracelulární koncentrace - 3-10 mmol/l, v erytrocytech - 15 mmol/l; za gradient ECT/ICT je zodpovědná Na/K ATPasa • hlavní zdroj Na+v potravě je NaCl – denní dávka ~ 5 – 15 g, ale 90-95% se vyloučí močí - 120-240 mmol, 10 mmol stolicí, 10-20 mmol potem,

7. Sodík Na • Hypernatremieje většinou spojena s dehydratací (váže na sebe nejvíce vody); • hyponatremiemůže být důsledkem nejen dilucí sodných kationtů, sodíkovou deplecí, případně i odlišnou distribucí mezi ECT a ICT. • Ve tkáních se vyskytuje výhradně ionizovaný (Na+). • Váže na sebe nejvíce vody - retence sodíkuje doprovázená retencí vody !!!

8. Draslík K • Hlavní kationt intracelulární tekutiny(98%)-koncentrace 110 -160 mmol/l, • ve srovnání s Na+ ionty je v ECT 25 -30x nižší - 3,8-5,2 mmol/l (i malé zjištěné změnyv plasmě mají proto závažné funkční důsledky !!!), • v ECT se vyskytuje výhradně ionizovaný (K+), • změny koncentrace K+ v krvi (kalemie) ovlivní funkci kardiovaskulárního systému; mění proto křivku EKG,

9. Draslík K • změny pH krve (fyziologická hodnota pH = 7,4 ± 0,04) ovlivňují koncentraci draselných iontů: • valkalose (pH je vyšší než 7,44) - hodnotu K+ ovlivněna směrem k hypokalemii - 3,8 mmol/l, • v acidose(pH je nižší než 7,36) - hodnotu K+ ovlivněna směrem k hyperkalemii - 5,4 mmol/l), • 90% se vyloučí močí (45-90 mmol), 5 -10 mmol stolicí, 5 mmol potem. • Zdroje: v rostlinné stravě (např. ovocná šťáva obsahuje 20-60 mmol/l), brokolice, zelí, mléčné výrobky, kvasnice, otruby…

10. Chlor Cl • Hlavní extracelulární aniont doprovázející sodík • koncentrace v plasmě je 97 -108 mmol/l (srovnej Na+ -140 mmol/l), • vyšší je koncentrace v mozkomíšním moku, • nejvyšší v moči, 120 -240, • v žaludeční šťávě až do 160 mmol/l • v ICT je koncentrace 3 -10 mmol/l, v erytrocytech 15 mmol/l; • přijímán jako NaCl, v rostlinné stravě chybí

11. Vápník Ca 99% v minerální matrix kosti (hydroxyapatit) Ca10(PO4)6(OH)2 Kost se neustále remodeluje (více jak 700 mg Ca se denně ukládá a uvolňuje). 1% v tělesných tekutinách, jako ionizovaný, • konstantní koncentrace v plasmě - 2.2 - 2.6 mmol/l (4.4 - 5.2 meq/l). • koncentrace v ICT – 0.1 mM.

12. Vápník Ca • V plasmě existují tři frakce vápníku: • 15 % vázáno na organické a anorganické anionty – sulfát, fosfát, laktát, citrát • 40 % je vázáno na albumin • 45 % cirkuluje jako fyziologicky aktivní ionizovaný vápník (Ca2+) • Intracelulárnívápník: • cytosol  • mitochondrie • mikrosomy • regulovánspecifickými "pumpami" 

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

14. Vápník Ca Denní potřeba: děti do 11 let – více jak 1200 mg/den 11 – 24 let – 1200 – 800 mg/den nad 24 let – 500 mg/den postmenopausa – 1000 – 1500 mg/den Metabolismus: • Vit. D3 (1, 25-dihydoxycholekalciferol) reguluje vstřebávání v tenkém střevě (kalcium vázající protein). • Parathormon reguluje uvolňování Ca z kostí, zpětné vstřebávání v distálních renálních tubulech, vstřebávání ve střevě. • Kalcitonininhibuje aktivitu osteoklastů a tím potlačuje kostní resorpci, inhibuje reabsorpci Ca a P v ledvinových tubulech.

15. Vápník Ca Hypokalcemie : • Špatné vstřebávání vápníku ze střeva, • hypoparathyroidismus, renální insuficience • nedostatek vit. D • svalové křeče a neuromuskulární excitabilita, laryngospasmus, • křivice u dětí, • osteomalácie u dospělých (demineralizace kostí).

16. Vápník Ca Hyperkalcemie: • intoxikace vit. D, hyperparathyroidismus, • maligní nádory, • zvýšená osteoklastická aktivita, • nevolnost, zvracení, letargie, deprese. Hyperkalcemie nad 3,5 - 4 mmol/l je život ohrožující, hrozí zástava srdce, vyžaduje urgentní zásah. Zdroje: mléčné výrobky, ořechy, listová zelenina, zelí brokolice, mořské ryby (sardinky), kaviár…….

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

18. Fosfor P • V séru, moči: směs hydrogenfosforečnanu /HPO42- / a dihydrofosforečnanu /H2PO4-/- regulují okyselení moči a acidobazickou rovnováhu. Metabolismus: • Vit. D3 (1, 25-dihydoxycholekalciferol) - regulace absorpce ve střevě, stimulace reabsorpce spolu s Ca v proximálních tubulech ledvin. • Parathormon - ukládání fosfátů do kosti (hydroxyapatit). 85 – 90% plasmatického fosfátu se filtruje v ledvinových glomerulech.

19. Fosfor P Hypofosfatemie:pokles absorpce ve střevě, zvýšené vylučování ledvinami • křivice u dětí, osteomalácie u dospělých, abnormality krevních buněk Hyperfosfatemie:vznik při akutním nebo chronickém selhání ledvin, intoxikací vit. D3, hypoparathyroidismu (zvýšená reabsorpce v proximálních tubulech v důsledku selhání její inhibice). • snižuje hladinu Ca v krvi • křeče, poškození orgánových systémů (cévní systém, kosti, klouby, srdce) • Zdoje: maso kuřecí, hovězí, játra, mléčné výrobky, ořechy, dýňová semena, vejce, ryby, ovoce, zelí……

20. Hořčík Mg • Přítomen ve všech buňkách (hlavní kationt). • 50% tělesného Mg je v kostech, 45% jako intracelulární kationt, 5% v extracelulárních tekutinách. • Ledviny ho účinně zadržují, ztráta je jen 1 mEkv/den. Mg2+ funguje jako substrát v ATP Mg2+ je chelatovaný mezi beta a gama fosfáty, snižuje densitu anionického charakteru ATP

21. Hořčík Mg • Mg2+ je kofaktorem enzymů přenášejících fosfátovou skupinu a používajících ATP a jiné nukleotidtrifosfáty jako substrát (fosfatázy, fosfotransferázy, pyrofosfatázy). • Váže se na makromolekuly intracelulárních organel (vazba mRNA na ribosomy je dependentní na Mg2+). • Účinky na centrální nervový systém: • podobný vliv na nervový systém jako Ca2+.

22. Hořčík Mg • Účinky na nervosvalový systém: • důležitá funkce související s neurochemickým přenosem a svalovou excitabilitou, • zvýšení Mg2+ způsobuje snížení uvolňování acetylcholinu motorickými neurony, • účinek zvýšené hladiny Mg2+ antagonizuje Ca2+, • abnormálně nízká koncentrace Mg2+ v extracelulární tekutině má za následek uvolnění acetylcholinu a zvýšení svalové excitability (křeče).

23. Hořčík Mg Hypomagnesemie • chronický alkoholismus, diabetes mellitus, pankreatitida, ledvinové poškození • metabolické a neurologické obtíže • zvýšená dráždivost CNS (psychotické chování) • svalová disfunkce • tachykardie a hypertenze Hypermagnesemie • svalová slabost, hypotenze, tlumení činnosti CNS • Zdroje: maso, mořské ryby, ořechy, mandle, listová zelenina, sojové boby…..

24. Síra S • Výskyt: v pojivových tkáních a chrupavkách, součástí glykosaminoglykanů v proteoglykanech (chondroitinsulfát, keratansulfát, dermatansulfát); • v podobě aminokyselin cysteinu a methioninu; • je také součástí redukovaného glutathionu, který je součástí antioxidačního systému, v játrech pomáhá detoxikovat cizorodé látky. • Zroj: brukvovitá zelenina (zelí, kedlubny, květák, brokolice…), vejce, fazole, mléčné výrobky.

25. Železo Fe Hlavní funkcíje transport kyslíku v hemoglobinu a myoglobinu, součást cytochromů jako nehemové železo, kofaktor některých enzymů (např. prolylhydroxyláza, lysylhydroxyláza a lysyloxidáza u syntézy kolagenu). • Fe2+ a Fe3+je velmi nerozpustné – vstřebávání vyžaduje zvláštní transportní systém. • Fe je v potravě obsaženo hlavně jako Fe3+, je pevně vázáno na organické molekuly. • Feritin je zásobní formou železa v retikuloendoteliálním systému. (apoferitin– je schopen vázat až 4 300 molekul Fe) • Transferin - Fe přenašečv plasmě (apotransferin – protein, který váže 2 atomy Fe)

27. Železo Fe Hemochromatóza - dědičné onemocnění • zvýšené vstřebávání Fe (2 – 3 mg denně namísto 1 mg) a jeho postupné hromadění ve tkáních (zvětšení a cirhóza jater, diabetes mellitus 2. typu, bronzové zbarvení kůže a vývoj artropatie v důsledku ukládání Fe ve tkáních). Hemosideróza • Hemosiderin je agregované železo do micel po denaturaci feritinu ve tkáních. • Hemosideróza je často spojená s chorobami, doprovázenými nadměrným rozpadem červených krvinek (např. thalasémie). • Opakované alveolární krvácení v plicích vede k abnormální akumulaci železa v alveolárních makrofágách → vznik plicní fibrózy.

28. Železo Fe • Zdroje: maso, játra, mléčné výrobky, vejce, luštěniny, rajčata, listová zelenina, ovoce (meruňky, jahody), ořechy, sezamová semínka, slunečnicová semínka, kakao…..

29. Meď Cu Základní stopový prvek. • Rychlý růst zvyšuje poptávku Cu v kojeneckém věku; • v dospělosti je obsah mědi přibližně 100 mg - nejvyšší koncentrace je v játrech, ledvinách a srdci; • vstřebávání v zažívacím traktu vyžaduje specifický mechanismus - protein metalothionein (Cu2+je velmi nerozpustná). Intracelulární bílkovina řídící metabolismus Cu (distribuce a využití Cu buňkami). • Ceruloplasmin(CP) – glykoprotein (obsahuje 6 – 7 atomů Cu) • ceruloplasmin obsahuje 80 - 95% celkové Cu v plasmě, • oxiduje Fe2+na Fe3+při jeho absorpci v gastrointestinálním traktu.

30. Meď Cu • Kofaktor enzymů, které mají úlohu v přenosu kyslíku : • superoxiddismutázy (Cu/Zn-SOD), cytochrom c oxidázy (COX), tyrosinázy, monoaminooxidázy, lysyloxidázy – enzymu potřebného pro syntézu kolagenu, elastinu • Má důležitou úlohu v metabolismu železa a cholesterolu, metabolismu glukózy a tvorbě hnědého kožního pigmentu – melaninu, v imunitním systému jako antioxidant. • Metabolismus Cu se mění při zánětu, infekci, nádorových onemocnění: • aktivované lymfocyty potřebují Cu pro produkci Ile-2, • hladina CP v plasmě při rakovinném bujení pozitivně koreluje se stadiem onemocnění.

31. Meď Cu • Zdroje: listová zelenina, mořské ryby, fazole, čočka, droždí, mandle, lískové oříšky, avokádo, houby….

32. Zinek Zn • Je kofaktorem více než 200 životně důležitých enzymů: • potřebných pro syntézu nukleových kyselin. • jako kofaktor Zn/Cu-superoxiddismutázy, nezbytnou součástí antioxidačního systému. • součást enzymů metabolismu extracelulární matrix (kolagenázy želatinázy, elastáza) • potřebný pro vývoj a správnou funkce gonád. • nedostatek působí šeroslepost. • Význam pro imunitní systém – diferenciace T lymfocytů (při nedostatku atrofuje thymus). • Deficit je při sníženém přijmu potravy živočišného původu a vznikají systémové poruchy. • Zdroje: maso, ryby vaječný žloutek, fazole, mléko….

33. Molybden Mo Nezbytný pro funkci řady metaloenzymů : • xantinoxydázy • aldehydoxidázy • sulfitoxidázy • Množství Mo v potravě může interferovat s metabolismem Cu– snižuje v organismu její využití. (množství Mo je vázáno na jeho množství v půdě). Zdroje: listová zelenina, maso, mléko, ořechy

34. Mangan Mn • Vysoká koncentrace Mn v mitochondriích. • Faktor aktivující glykosyltransferázy (enzymypro syntézu oligosacharidů, glykoproteinů, proteoglykanů). • Nezbytný pro aktivitusuperoxiddismutázy a aktivitu dalších enzymů: • hydroláz • kináz • dekarboxyláz • transferáz Nedostatek Mn významněsnižuje tvorbu glykoproteinů a proteoglykanů. Zdroje: ořechy, listová zelenina, avokádo, ovoce (hroznové víno), fazole, žloutek….

35. Kobalt Co • Součást kobalaminu – vitaminu B12 (pyrolové jádro). • Elementární Co se dobře absorbuje ve střevě zabudovává se do vit. B12. • Zdroje: listová zelenina, zelí, květák,

36. Selen Se • Integrální složka glutathionperoxidázy • enzym přítomný ve všech typech buněk, • brání peroxidaci fosfolipidů, oxidativnímu poškození membrán. • Ochrana buněk před poškozením při oxidativním stresu (zánětlivé reakce, metabolismus xenobiotik, ochrana před UV zářením). • Deiodináza thyroninu reguluje metabolismus thyroidních hormonů. Význam Se v imunitním systému: • nedostatek Se snižuje funkci T-lymfocytů • snižuje se schopnost B-buněk produkovat protilátky. Zdroje: ovoce, zelenina, ořechy…..

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

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

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