Марганец в биологии
Марганец является важным биологическим элементом во всех организмах. [1] Он используется во многих ферментах и белках. [2] [3] Он необходим растениям . [4]
Биохимия
[ редактировать ]К классам ферментов , имеющих кофакторы марганца, относятся оксидоредуктазы , трансферазы , гидролазы , лиазы , изомеразы и лигазы . Другими ферментами, содержащими марганец, являются аргиназа и Mn-содержащая супероксиддисмутаза ( Mn-SOD ). Также класс ферментов обратных транскриптаз многих ретровирусов (но не лентивирусов, таких как ВИЧ ) содержит марганец. Марганецсодержащие полипептиды — это дифтерийный токсин , лектины и интегрины . [2]
Биологическая роль у человека
[ редактировать ]Марганец является важным элементом питания человека. Он присутствует в качестве кофермента в нескольких биологических процессах, включая метаболизм макронутриентов, формирование костей и от свободных радикалов системы защиты . Это важнейший компонент десятков белков и ферментов. [3] В организме человека содержится около 12 мг марганца, преимущественно в костях. Остальная часть мягких тканей сосредоточена в печени и почках. [5] В человеческом мозге марганец связан с металлопротеинами марганца , особенно с глутаминсинтетазой в астроцитах . [6]
Питание
[ редактировать ]Диетические рекомендации
[ редактировать ]| Мужчины | Женщины | ||
|---|---|---|---|
| Возраст | ИИ (мг/день) | Возраст | ИИ (мг/день) |
| 1–3 | 1.2 | 1–3 | 1.2 |
| 4–8 | 1.5 | 4–8 | 1.5 |
| 9–13 | 1.9 | 9–13 | 1.6 |
| 14–18 | 2.2 | 14–18 | 1.6 |
| 19+ | 2.3 | 19+ | 1.8 |
| беременна: 2 | |||
| кормящие: 2,6 | |||
Институт медицины США (МОМ) обновил расчетные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA) для минералов в 2001 году. По марганцу не было достаточной информации для установления EAR и RDA, поэтому потребности описываются как оценки адекватного потребления ( ИИ). Что касается безопасности, МОМ устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, когда есть достаточные доказательства. В случае марганца допустимая норма для взрослых установлена на уровне 11 мг/день. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются эталонными диетическими нормами потребления (DRI). [7] Дефицит марганца встречается редко. [8]
Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) называет совокупный набор информации эталонными диетическими значениями, с эталонным потреблением для населения (PRI) вместо RDA и средней потребностью вместо EAR. AI и UL определены так же, как и в США. Для людей в возрасте 15 лет и старше ИИ устанавливается на уровне 3,0 мг/день. ИИ при беременности и лактации составляет 3,0 мг/день. Для детей в возрасте 1–14 лет доза ИА увеличивается с возрастом от 0,5 до 2,0 мг/день. ИИ для взрослых выше, чем RDA в США. [9] EFSA рассмотрело тот же вопрос безопасности и решило, что информации недостаточно для установления UL. [10]
Для целей маркировки пищевых продуктов и пищевых добавок в США количество в порции выражается в процентах от дневной нормы (% ДВ). Для целей маркировки марганца 100% дневной нормы составляло 2,0 мг, но по состоянию на 27 мая 2016 года она была пересмотрена до 2,3 мг, чтобы привести ее в соответствие с RDA. [11] [12] Таблица старых и новых дневных норм для взрослых представлена в разделе «Справочная суточная норма» .
Токсичность
[ редактировать ]Чрезмерное воздействие или потребление может привести к состоянию, известному как марганизм , нейродегенеративному заболеванию, которое вызывает гибель дофаминергических нейронов и симптомы, похожие на болезнь Паркинсона . [5] [13]
Дефицит
[ редактировать ]Дефицит марганца у человека, который встречается редко, приводит к ряду медицинских проблем. Многие распространенные витаминные и минеральные добавки не содержат в своем составе марганец. Относительно высокое потребление с пищей других минералов, таких как железо, магний и кальций, может препятствовать правильному потреблению марганца. Дефицит марганца вызывает деформацию скелета у животных и подавляет выработку коллагена при заживлении ран.
Токсичность в морской жизни
[ редактировать ]Многим ферментативным системам для функционирования необходим Mn, но в больших количествах Mn может стать токсичным. Одной из экологических причин повышения уровня Mn в морской воде является возникновение периодов гипоксии. [14] С 1990 года поступали сообщения о накоплении Mn в морских организмах, включая рыб, ракообразных, моллюсков и иглокожих. У разных видов мишенью являются определенные ткани, включая жабры, мозг, кровь, почки и печень/гепатопанкреас. Сообщалось о физиологических эффектах у этих видов. Марганец может влиять на обновление иммуноцитов и их функциональность, например, на фагоцитоз и активацию профенолоксидазы, подавляя иммунную систему организма. Это делает микроорганизмы более восприимчивыми к инфекциям. По мере изменения климата распространение патогенов увеличивается, и для того, чтобы организмы могли выжить и защитить себя от этих патогенов, им необходима здоровая и сильная иммунная система. Если их системы будут нарушены из-за высокого уровня Mn, они не смогут бороться с этими патогенами и умрут. [15]
Биологическая роль бактерий
[ редактировать ]Mn-СОД — это тип СОД, присутствующий в эукариот митохондриях , а также у большинства бактерий (этот факт соответствует теории бактериального происхождения митохондрий). Фермент Mn-СОД, вероятно, является одним из самых древних, поскольку почти все организмы, живущие в присутствии кислорода, используют его для борьбы с токсическим действием супероксида ( O −
2 ), образующийся в результате одноэлектронного восстановления дикислорода. Исключение составляют бактерии, включая Lactobacillus plantarum и родственные лактобактерии , которые используют другой неферментативный механизм с марганцем (Mn 2+ ) ионы в комплексе с полифосфатом, что указывает на путь эволюции этой функции в аэробной жизни.
Биологическая роль в растениях
[ редактировать ]Марганец также важен для фотосинтетического выделения кислорода в хлоропластах растений. ( ОЭК Кислородвыделяющий комплекс ) — часть фотосистемы II, содержащейся в тилакоидных мембранах хлоропластов; он отвечает за терминальное фотоокисление воды во время световых реакций фотосинтеза . и имеет металлоферментное ядро, содержащее четыре атома марганца [16] [17] Чтобы выполнить это требование, большинство растительных удобрений широкого спектра действия содержат марганец.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ли, Лонгман; Ян, Сяобо (2018). «Незаменимый элемент марганец, окислительный стресс и метаболические заболевания: связи и взаимодействия» . Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2018 : 1–11. дои : 10.1155/2018/7580707 . ПМЦ 5907490 . ПМИД 29849912 .
- ^ Jump up to: а б Райс, Дерек Б.; Мэсси, Аллисса А.; Джексон, Тимоти А. (2017). «Марганец-кислородные интермедиаты в активации связи O – O и реакциях переноса атома водорода». Отчеты о химических исследованиях . 50 (11): 2706–2717. doi : 10.1021/acs.accounts.7b00343 . ПМИД 29064667 .
- ^ Jump up to: а б Эриксон, К.М.; Ашнер, М. (2019). «Марганец: его роль в болезнях и здоровье». Незаменимые металлы в медицине: терапевтическое использование и токсичность ионов металлов в клинике . Том. 19. стр. 253–266. дои : 10.1515/9783110527872-016 . ISBN 978-3-11-052787-2 . ПМИД 30855111 . S2CID 73725546 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Шмидт, Сидсель Биркелунд; Хустед, Сорен (27 сентября 2019 г.). «Биохимические свойства марганца в растениях» . Растения . 8 (10): 381. doi : 10.3390/plants8100381 . ПМК 6843630 . ПМИД 31569811 .
- ^ Jump up to: а б Эмсли, Джон (2001). «Марганец» . Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны . Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. стр. 249–253 . ISBN 978-0-19-850340-8 .
- ^ Такеда, А. (2003). «Действие марганца на функцию мозга». Обзоры исследований мозга . 41 (1): 79–87. дои : 10.1016/S0165-0173(02)00234-5 . ПМИД 12505649 . S2CID 1922613 .
- ^ Jump up to: а б Группа экспертов Института медицины (США) по микроэлементам (2001 г.). «Марганец» . Рекомендуемая диетическая норма потребления витамина А, витамина К, мышьяка, бора, хрома, хрома, йода, железа, марганца, молибдена, никеля, кремния, ванадия и хрома . Национальная Академия Пресс. стр. 394–419. ISBN 978-0-309-07279-3 . ПМИД 25057538 .
- ^ См. «Марганец» . Информационный центр микроэлементов . при Университете штата Орегон Институт Лайнуса Полинга . 2014-04-23.
- ^ «Обзор диетических эталонных значений для населения ЕС, составленный Группой EFSA по диетическим продуктам, питанию и аллергиям» (PDF) . 2017.
- ^ Допустимые верхние уровни потребления витаминов и минералов (PDF) , Европейское управление по безопасности пищевых продуктов, 2006 г.
- ^ «Федеральный реестр, 27 мая 2016 г. Маркировка пищевых продуктов: пересмотренная версия этикеток с информацией о пищевой ценности и пищевых добавках. Страница FR 33982» (PDF) .
- ^ «Справочник по дневной норме базы данных этикеток пищевых добавок (DSLD)» . База данных этикеток пищевых добавок (DSLD) . Архивировано из оригинала 7 апреля 2020 года . Проверено 16 мая 2020 г.
- ^ Сильва Авила, Дайана; Луис Пунтель, Робсон; Ашнер, Майкл (2013). «Марганец в здоровье и болезнях». В Астрид Сигел; Хельмут Сигель; Роланд К.О. Сигел (ред.). Взаимосвязь между ионами незаменимых металлов и заболеваниями человека . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 13. Спрингер. стр. 199–227. дои : 10.1007/978-94-007-7500-8_7 . ISBN 978-94-007-7499-5 . ПМК 6589086 . ПМИД 24470093 .
- ^ Хернрот, Бодил; Кронг, Анна-Сара; Баден, Сюзанна (февраль 2015 г.). «Бактериостатическое подавление у норвежского лобстера (Nephrops norvegicus), подвергшегося воздействию марганца или гипоксии под давлением закисления океана». Водная токсикология . 159 : 217–224. Бибкод : 2015AqTox.159..217H . дои : 10.1016/j.aquatox.2014.11.025 . ПМИД 25553539 .
- ^ Хернрот, Бодил; Тассидис, Хелена; Баден, Сюзанна П. (март 2020 г.). «Иммуносупрессия водных организмов, подвергшихся воздействию повышенных уровней марганца: от глобальной к молекулярной перспективе». Развивающая и сравнительная иммунология . 104 : 103536. doi : 10.1016/j.dci.2019.103536 . ПМИД 31705914 . S2CID 207935992 .
- ^ Умена, Ясуфуми; Каваками, Кейсуке; Шен, Цзянь-Рен; Камия, Нобуо (май 2011 г.). «Кристаллическая структура фотосистемы II, выделяющей кислород, с разрешением 1,9 Å» . Природа . 473 (7345): 55–60. Бибкод : 2011Природа.473...55У . дои : 10.1038/nature09913 . ПМИД 21499260 . S2CID 205224374 .
- ^ Чарльз Дисмукс, Г.; Ван Виллиген, Роджер Т. (2006). «Марганец: комплекс и модели, выделяющие кислород». Энциклопедия неорганической химии . дои : 10.1002/0470862106.ia128 . ISBN 978-0-470-86078-6 .