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1、微量元素生物学效应微量元素生物学效应第一节第一节 微量元素的生物转运过程微量元素的生物转运过程（一）微量元素的吸收（一）微量元素的吸收微量元素存在于多种环境介质（空气、水、微量元素存在于多种环境介质（空气、水、土壤、生物体）土壤、生物体）不同环境介质、不同吸收途径：不同环境介质、不同吸收途径：呼吸道呼吸道、消消化道化道、皮肤黏膜皮肤黏膜大多数微量元素：大多数微量元素：饮水和食物经消化道饮水和食物经消化道吸收吸收来满足机体的生理需要。来满足机体的生理需要。血血红红蛋蛋白白、肌肌红红蛋蛋白白，经经胃胃酸酸和和蛋蛋白白酶酶消消化化后后而而游游离离出出的的血血红红素素铁铁，能能直直接接被被肠肠黏黏膜膜
2、细细胞胞摄摄取取，在在细细胞胞内内经经血血红红素素氧氧化酶分解成原卟啉和铁而被吸收。化酶分解成原卟啉和铁而被吸收。食食物物中中最最易易吸吸收收的的铁铁化化合合物物血血红红素素铁铁在在小小肠肠内内的的吸吸收收率率高高达达37%37%，而而非非血血红红素素铁铁如如来来自自铁铁盐盐、铁铁蛋蛋白白、含含铁铁血血黄黄素素及及植物性食品中的高铁化合物等仅为植物性食品中的高铁化合物等仅为5%5%。（二）影响微量元素吸收的因素（二）影响微量元素吸收的因素 影响微量元素的吸收因素：影响微量元素的吸收因素：胃胃肠肠道道内内的的pHpH、机机体体内内环环境境稳稳定定性性调调节节、微微量量元元素素的的理理化化性性状状
3、、膳膳食食结结构构和和成成分分，以以及及微微量量元元素素间间的的相相互作用互作用等。等。1 1肠道内的肠道内的pHpH 胃内酸性环境：微量元素从食物成分中胃内酸性环境：微量元素从食物成分中解离成离子状态，如铁、铜、锰、铬等解离成离子状态，如铁、铜、锰、铬等均可形成可溶性氯化物，有利于其吸收均可形成可溶性氯化物，有利于其吸收胃酸对非血红素铁的溶解很重要：溶解胃酸对非血红素铁的溶解很重要：溶解状态的铁大多在状态的铁大多在5min5min内被吸收。当胃液内被吸收。当胃液pHpH2.52.5时，铁的时，铁的溶解度明显降低溶解度明显降低2 2机体内环境稳态调节机体内环境稳态调节 人体在神经、内分泌系统的
4、协同人体在神经、内分泌系统的协同作用下，具有调节体内环境使之作用下，具有调节体内环境使之不受外界环境的变化而保持相对不受外界环境的变化而保持相对稳定的能力，称为机体稳定的能力，称为机体内环境稳内环境稳态调节态调节（homeostasishomeostasis）。典型实例：典型实例：铁的吸收铁的吸收，体内铁的代谢非，体内铁的代谢非常旺盛，体内每天约有常旺盛，体内每天约有1/1201/120的红细胞需的红细胞需要更新，衰老红细胞释放的血红素铁约要更新，衰老红细胞释放的血红素铁约90%90%又可被重新利用，供给新生红细胞合又可被重新利用，供给新生红细胞合成血红蛋白，这部分铁约有数十毫克。成血红蛋白，
5、这部分铁约有数十毫克。机体每天从胃肠道吸收补充到血液中的机体每天从胃肠道吸收补充到血液中的铁仅铁仅1mg1mg即能满足生理需要。两者相比，即能满足生理需要。两者相比，相差数十倍。相差数十倍。3 3微量元素的理化性状微量元素的理化性状 溶解度：溶解度大易与氨基酸结合成复合物溶解度：溶解度大易与氨基酸结合成复合物的元素容易被吸收，而物质的溶解度也受胃的元素容易被吸收，而物质的溶解度也受胃肠道肠道pHpH等因素的影响。等因素的影响。水溶性的氟水溶性的氟几乎可全几乎可全部吸收，而食物中的氟约部吸收，而食物中的氟约80%80%被吸收。被吸收。低价铁低价铁比高价铁更易被吸收比高价铁更易被吸收血红素铁比非血
6、红素铁吸收率高，而且不易血红素铁比非血红素铁吸收率高，而且不易受抗坏血酸、植酸盐等因素的影响。受抗坏血酸、植酸盐等因素的影响。食物中的食物中的无机碘无机碘溶于水形成碘离子溶于水形成碘离子在胃和小肠吸收迅速而完全在胃和小肠吸收迅速而完全有机碘如碘化酪氨酸、甲状腺素不有机碘如碘化酪氨酸、甲状腺素不及无机碘吸收迅速且不够完全。及无机碘吸收迅速且不够完全。牛牛对对各各种种价价态态铜铜吸吸收收的的程程度度：CuCOCuCO3 3CuCu（NONO3 3）2 2CuClCuClCuCu2 2O OCuOCuO（粉粉）CuOCuO（针针晶晶）CuCu（金金属属丝丝）。4 4膳食成分膳食成分 膳食中的糖类、脂
7、肪、蛋白质、植酸盐、磷膳食中的糖类、脂肪、蛋白质、植酸盐、磷酸盐、纤维素、维生素等的含量对微量元素酸盐、纤维素、维生素等的含量对微量元素的吸收有明显影响。的吸收有明显影响。食物中的食物中的果糖果糖含量增加可使铜吸收明显减少，含量增加可使铜吸收明显减少，加剧机体的铜缺乏状态。加剧机体的铜缺乏状态。膳食中的膳食中的蛋白质蛋白质能显著影响铁、铜的生能显著影响铁、铜的生物利用率物利用率-取决于蛋白质的来源。各取决于蛋白质的来源。各种种瘦肉瘦肉都可促进血红素铁和非血红素铁都可促进血红素铁和非血红素铁的吸收的吸收乳类乳类和和蛋类蛋类的蛋白质及的蛋白质及大豆大豆蛋白质则抑蛋白质则抑制铁的吸收。制铁的吸收。食
8、物中的食物中的植酸植酸（六磷酸肌醇）为植（六磷酸肌醇）为植物所特有，是谷类和大豆等的天然物所特有，是谷类和大豆等的天然组分，通常以盐形式存在，又称植组分，通常以盐形式存在，又称植酸盐（酸盐（phytatephytate）。）。植酸是重要的抗营养因素，可影响植酸是重要的抗营养因素，可影响钙、镁及微量元素锌、铁的吸收，钙、镁及微量元素锌、铁的吸收，是以植物性食品为主的人群锌、铁是以植物性食品为主的人群锌、铁缺乏的重要原因。缺乏的重要原因。植酸对铜吸收的影响较小：植酸对铜吸收的影响较小：铜与植酸形成的复合物在肠道内是可溶铜与植酸形成的复合物在肠道内是可溶的的植酸对微量元素吸收的影响取决于微量植酸对微
9、量元素吸收的影响取决于微量元素与植酸的元素与植酸的结合能力结合能力及及结合物的溶解结合物的溶解性性，肠道内，肠道内可溶性铜可溶性铜-植酸复合物植酸复合物中的中的植酸可以被其它螯合物取代，而对铜影植酸可以被其它螯合物取代，而对铜影响甚小或无影响。响甚小或无影响。维生素维生素C C和柠檬酸和柠檬酸可明显增加铁的吸可明显增加铁的吸收率，柠檬酸维生素收率，柠檬酸维生素C C，两者有相，两者有相加作用。加作用。维生素维生素C C增强铁利用的原因：维生素增强铁利用的原因：维生素C C作为还原剂促进三价铁还原成二价作为还原剂促进三价铁还原成二价铁，作为络合剂与铁结合成可溶性铁，作为络合剂与铁结合成可溶性复合
10、物。复合物。5 5微量元素间的相互作用微量元素间的相互作用 竞争性结合同一受体部位竞争性结合同一受体部位：某元素过多：某元素过多可干扰另一元素的吸收。可干扰另一元素的吸收。对金属结合蛋白的诱导对金属结合蛋白的诱导：锌对铜：锌对铜吸收的吸收的抑制是由于锌可诱导肠黏膜细胞合成金抑制是由于锌可诱导肠黏膜细胞合成金属硫蛋白，后者对铜的亲和力明显高于属硫蛋白，后者对铜的亲和力明显高于锌，因此进入细胞的铜更易与之结合，锌，因此进入细胞的铜更易与之结合，从而减少了铜的吸收。从而减少了铜的吸收。二、微量元素的转运和分布二、微量元素的转运和分布（一）（一）微量元素的转运微量元素的转运 进入血液的微量元素，多与血
11、中有形成分如氨进入血液的微量元素，多与血中有形成分如氨基酸、白蛋白结合、或吸附于血细胞膜上并可基酸、白蛋白结合、或吸附于血细胞膜上并可进入细胞内，或者与特异蛋白结合，而呈进入细胞内，或者与特异蛋白结合，而呈结合结合态态随血液循环转运至全身各个部位。随血液循环转运至全身各个部位。少部分未被结合的微量元素则呈少部分未被结合的微量元素则呈游离状态游离状态存在存在于血液中也随血液循环而运输。于血液中也随血液循环而运输。发挥生物学活性的多为游离状态的微量元素。发挥生物学活性的多为游离状态的微量元素。表表3-1 3-1 与微量元素转运有关的载体与微量元素转运有关的载体元元 素素 元素的转运载体元素的转运载
12、体 铜铜 氨基酸、血浆铜蓝蛋白、白蛋白氨基酸、血浆铜蓝蛋白、白蛋白 铁铁 转铁蛋白、转铁蛋白、铁蛋白、乳铁蛋白、铁蛋白、乳铁蛋白、锌锌 红细胞、白蛋白、红细胞、白蛋白、-球蛋白、转铁蛋白球蛋白、转铁蛋白 锰锰 -球蛋白、锰转运蛋白球蛋白、锰转运蛋白 硒硒 血红蛋白、血浆蛋白血红蛋白、血浆蛋白 -球蛋白球蛋白 氟氟 红细胞、血浆白蛋白红细胞、血浆白蛋白 钼钼 红细胞、钼红细胞、钼-铜蛋白铜蛋白 铬铬 铁蛋白、血清白蛋白铁蛋白、血清白蛋白 钒钒 转铁蛋白转铁蛋白 钴钴 -球蛋白球蛋白 经消化道吸收进入血液的氟经消化道吸收进入血液的氟75%75%存存在于血浆中，在于血浆中，25%25%结合于红细胞。
13、结合于红细胞。血浆氟：血浆氟：蛋白结合氟蛋白结合氟和和离子氟离子氟的的形式存在，蛋白质结合氟约占形式存在，蛋白质结合氟约占75%75%，而离子氟约占，而离子氟约占25%25%，只有离子氟，只有离子氟才具有生理活性。才具有生理活性。（二）（二）微量元素的分布微量元素的分布不同组织和器官在结构功能和生理生化特性上不同组织和器官在结构功能和生理生化特性上的差异的差异-对不同微量元素的亲和性和需要量对不同微量元素的亲和性和需要量不同不同微量元素在体内不是均匀分布的微量元素在体内不是均匀分布的每种微量元素都有其每种微量元素都有其贮存库贮存库或含量较高的或含量较高的特定特定组织组织，贮存库中微量元素的浓度
14、较高，对某种，贮存库中微量元素的浓度较高，对某种微量元素亲和力较大的特异组织中，其浓度也微量元素亲和力较大的特异组织中，其浓度也较高。较高。骨骨骼骼作作为为体体内内微微量量元元素素的的贮贮存存库库，其其容容量量较较大大，多多种种微微量量元元素素如如氟氟、锌、铜、铁等易蓄积在此贮存库。锌、铜、铁等易蓄积在此贮存库。肝肝脏脏和和肾肾脏脏也也可可作作为为体体内内某某些些微微量量元素的贮存库。元素的贮存库。贮贮存存库库中中微微量量元元素素的的贮贮存存和和释释放放具具有重要生理学意义有重要生理学意义牙齿、骨骼牙齿、骨骼等：贮存等：贮存氟氟及大多数及大多数金属金属元元素的主要组织。骨相组织对氟具有特殊素的
15、主要组织。骨相组织对氟具有特殊的亲和性，贮存体内氟的的亲和性，贮存体内氟的90%90%。机体对摄。机体对摄入的氟约入的氟约50%50%被骨相组织摄取、贮存。被骨相组织摄取、贮存。碘碘离子随血液循环至全身组织器官。离子随血液循环至全身组织器官。甲甲状腺状腺对碘具有高度富集能力，一个对碘具有高度富集能力，一个25g25g的的甲状腺含碘约甲状腺含碘约10mg10mg，几乎占人体总碘量，几乎占人体总碘量的的80%80%。血中微量元素的浓度较为稳定，当血中微量元素的浓度较为稳定，当其浓度增加时可被转运至其浓度增加时可被转运至贮存库贮存库，而浓度降低时又可从贮存库中释放而浓度降低时又可从贮存库中释放出来，
16、以维持血中微量元素的正常出来，以维持血中微量元素的正常水平。水平。机体的机体的内稳态调节作用内稳态调节作用对于维持正对于维持正常的生理生化功能具有重要意义。常的生理生化功能具有重要意义。三、微量元素的代谢与排泄三、微量元素的代谢与排泄 微量元素以不同形式随血液运送到全身微量元素以不同形式随血液运送到全身组织器官，产生相应的生物学效应组织器官，产生相应的生物学效应机体对微量元素的代谢：以离子形式或机体对微量元素的代谢：以离子形式或与体内代谢产物结合，经尿液、胆汁、与体内代谢产物结合，经尿液、胆汁、粪便、毛发、指甲、汗液、脱落上皮细粪便、毛发、指甲、汗液、脱落上皮细胞等途径而排出体外。在特殊情况下
17、，胞等途径而排出体外。在特殊情况下，微量元素也可随月经、授乳等排出。微量元素也可随月经、授乳等排出。多途径排泄：以某一种为主，如多途径排泄：以某一种为主，如氟、氟、碘碘等主要经肾脏随等主要经肾脏随尿尿排泄，排泄，铁、铜、铁、铜、锌等以肠道、胆汁锌等以肠道、胆汁排泄为主，排泄为主，锰锰则主则主要随肝脏分泌的要随肝脏分泌的胆汁胆汁进入肠道而排出。进入肠道而排出。由于微量元素的生物学效应、代谢动由于微量元素的生物学效应、代谢动力学特点及贮存库的类型等各有不同，力学特点及贮存库的类型等各有不同，其代谢与排泄的方式各异。其代谢与排泄的方式各异。血锌的血锌的80%80%存在于红细胞内的碳酸酐酶存在于红细胞
18、内的碳酸酐酶-构成活性中心。构成活性中心。血浆中的锌约血浆中的锌约50%50%与白蛋白疏松结合，与与白蛋白疏松结合，与组织锌进行交换，组织锌进行交换，20%20%40%40%与游离氨基酸与游离氨基酸结合，结合，5%5%参与超氧化物歧化酶的合成参与超氧化物歧化酶的合成锌随着血液循环进入人体各组织和器官，锌随着血液循环进入人体各组织和器官，大量的锌存在于肌肉、骨骼和眼球的色素大量的锌存在于肌肉、骨骼和眼球的色素层中，在前列腺和精液中锌含量也很高。层中，在前列腺和精液中锌含量也很高。正常成年人体内含锌约正常成年人体内含锌约2 23g3g，大量存在于肌，大量存在于肌肉（约肉（约1420mg1420mg
19、）和骨骼（）和骨骼（660mg660mg），分别占），分别占66.2%66.2%和和28.5%28.5%，在眼球色素层中占，在眼球色素层中占4%4%。前列。前列腺含锌量为腺含锌量为87mg/kg87mg/kg湿重。湿重。成人摄锌量为成人摄锌量为1415mg/d1415mg/d，吸收量，吸收量2.52.5 4.0mg4.0mg每日锌排出量：粪便每日锌排出量：粪便11.811.813.7mg13.7mg，尿，尿0.60.60.8mg0.8mg；汗液；汗液0.5mg0.5mg，在酷暑期每天汗腺排锌，在酷暑期每天汗腺排锌可达可达3mg3mg。1414种必需微量元素中铬有减少倾种必需微量元素中铬有减少倾
20、向，氟有蓄积倾向向，氟有蓄积倾向其余其余1212种的排泄量接近吸收量种的排泄量接近吸收量第二节第二节 微量元素的生物学效应微量元素的生物学效应 一、微量元素的生理功能一、微量元素的生理功能微微量量元元素素通通过过参参与与体体内内的的新新陈陈代代谢谢、生生理理生生化化反反应应、能能量量转转换换等等过过程程，在在机机体体的的生生命命活活动动中中发发挥挥重重要要作作用用，其其突突出出的的特特点点是是微微量量元元素对生命过程的素对生命过程的必需性必需性。必必需需：机机体体不不能能通通过过自自身身的的生生理理生生化化反反应应来来合合成成微微量量元元素素，必必须须从从外外界界环环境境中中摄摄入入到到体体内
21、才能维持正常的生命活动。内才能维持正常的生命活动。另一特点：另一特点：量小作用大量小作用大 （一）（一）构成酶和酶的激活剂构成酶和酶的激活剂酶是一切生命活动和生化反应的物质基酶是一切生命活动和生化反应的物质基础。础。人体内已发现上千种酶，其中人体内已发现上千种酶，其中50%70%50%70%的酶都需要微量元素参与，或由微量元的酶都需要微量元素参与，或由微量元素组成酶的激活剂。含锌酶达素组成酶的激活剂。含锌酶达200200多种，多种，但有些仅存在于植物或低等动物，与人但有些仅存在于植物或低等动物，与人类有关的含锌酶有类有关的含锌酶有100100多种。多种。铁铁参与构成细胞色素参与构成细胞色素c
22、c氧化酶、过氧化氢酶氧化酶、过氧化氢酶（catalasecatalase，CATCAT）、过氧化物酶）、过氧化物酶（peroxidaseperoxidase，PXPX）、核苷酸还原酶、脂加）、核苷酸还原酶、脂加氧酶、髓过氧化物酶（氧酶、髓过氧化物酶（myeloperoxidasemyeloperoxidase）等）等十多种酶；十多种酶；锰锰：精氨酸酶、丙酮酸羧化酶、超氧化物歧：精氨酸酶、丙酮酸羧化酶、超氧化物歧化酶（化酶（Mn-SODMn-SOD）等，锰可激活上百种酶；）等，锰可激活上百种酶；硒硒参与构成谷胱甘肽过氧化物酶、磷脂氢过参与构成谷胱甘肽过氧化物酶、磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶、
23、氧化物谷胱甘肽过氧化物酶、型碘甲腺原型碘甲腺原氨酸氨酸5-5-脱碘酶脱碘酶 （二）（二）调控自由基及抗氧化作用调控自由基及抗氧化作用自由基的共同特点是具有顺磁性、化学反应性自由基的共同特点是具有顺磁性、化学反应性极强、作用半径小、生物半减期极短。极强、作用半径小、生物半减期极短。活性氧族活性氧族（reactive oxygen speciesreactive oxygen species，ROSROS）：）：氧自由基如超氧阴离子、羟自由基，；一些含氧自由基如超氧阴离子、羟自由基，；一些含氧的非自由基衍生物如单线态氧、氢过氧化物、氧的非自由基衍生物如单线态氧、氢过氧化物、次氯酸、过氧化物及内源性
24、脂质和外源性化合次氯酸、过氧化物及内源性脂质和外源性化合物的环氧代谢产物。物的环氧代谢产物。体内具有完备的自由基体内具有完备的自由基清除系统清除系统：非酶：非酶类化学清除剂和酶促清除系统类化学清除剂和酶促清除系统清除自由基的抗氧化酶类如：清除自由基的抗氧化酶类如：Cu-Zn Cu-Zn SODSOD（胞浆）、（胞浆）、Mn SODMn SOD（线粒体）、（线粒体）、GSH-GSH-Px Px（glutathione peroxidaseglutathione peroxidase）、）、CAT CAT（catalasecatalase）、）、PHGPx PHGPx（phospholipid p
25、hospholipid hydroperoxide glutathione hydroperoxide glutathione peroxidaseperoxidase，），）自由基自由基：攻击生物膜，使膜上的不饱和：攻击生物膜，使膜上的不饱和脂肪酸产生有害的脂质过氧化物，改变脂肪酸产生有害的脂质过氧化物，改变膜的结构和稳定性、响膜功能。膜的结构和稳定性、响膜功能。烷自由基烷自由基，能通过扩散进入细胞核或核，能通过扩散进入细胞核或核糖体，直接攻击糖体，直接攻击DNADNA和和RNARNA，引起细胞遗，引起细胞遗传物质的损害。传物质的损害。丙二醛丙二醛与与DNADNA和和RNARNA的碱基交联，
26、与核酸的碱基交联，与核酸和蛋白质上的游离氨基共价结合而损伤和蛋白质上的游离氨基共价结合而损伤核酸、蛋白质等生物大分子。核酸、蛋白质等生物大分子。（三）（三）微量元素与内分泌功能微量元素与内分泌功能碘碘-甲状腺素甲状腺素锌锌-胰岛素胰岛素铬铬-葡萄糖耐量因子葡萄糖耐量因子某些元素的失调（如某些元素的失调（如SeSe、FeFe、ZnZn、Cr Cr、MnMn、LiLi等）与等）与糖尿病糖尿病的发生和发展有重要关系，的发生和发展有重要关系，锌锌是胰岛素的成分，每个胰岛素分子中含有是胰岛素的成分，每个胰岛素分子中含有两个锌原子，可能与胰岛素的活性有关。锌两个锌原子，可能与胰岛素的活性有关。锌缺乏能使胰
27、岛内缺乏能使胰岛内、细胞数下降，胰高糖细胞数下降，胰高糖素及胰岛素分泌减少，使糖代谢异常。素及胰岛素分泌减少，使糖代谢异常。硒硒具具有与胰岛素相似的作用有与胰岛素相似的作用,可调节体内糖分可调节体内糖分,有利于改善糖尿病的症状。有利于改善糖尿病的症状。铬是葡萄糖磷酸变位酶的必需成分，铬是葡萄糖磷酸变位酶的必需成分，参与糖代谢调节，参与糖代谢调节，铬是葡萄糖耐量因子（铬是葡萄糖耐量因子（glucose glucose tolerance factor,GTFtolerance factor,GTF）的必需成分）的必需成分缺铬可使胰岛素活性降低缺铬可使胰岛素活性降低钒能增加组织对葡萄糖的转运和氧化
28、、钒能增加组织对葡萄糖的转运和氧化、激活葡萄糖代谢酶、抑制脂肪分解等激活葡萄糖代谢酶、抑制脂肪分解等作用而发挥降低血糖。作用而发挥降低血糖。适适当当的的硒硒可可以以促促进进碘碘的的吸吸收收和和碘碘的的有有机机化化 ,使甲状腺激素合成增加使甲状腺激素合成增加,避免避免甲状腺肿大甲状腺肿大。硒硒缺缺乏乏会会影影响响甲甲状状腺腺素素代代谢谢 ,使使T4T4升升高高T3 T3 降降低低 ,甲甲状状腺腺组组织织DNADNA、RNARNA、蛋蛋白白质质合合成成增增加加 ,加加快快组组织织生生长长和和增增强强组组织织的的功功能能 ,导导致致甲甲状状腺腺增增生生肿肿大大。主主要要是是由由于于型型55脱脱碘碘酶
29、酶是是一一种种含含硒硒酶酶，在在外外周周组组织织中中使使T4T4脱脱碘碘形成形成T3T3。（四）（四）构成体内载体和电子传递系统构成体内载体和电子传递系统 铁铁参与血红蛋白和肌红蛋白的合成，在参与血红蛋白和肌红蛋白的合成，在氧的运输和贮存上起重要作用氧的运输和贮存上起重要作用铁、铜铁、铜 参与形成的细胞色素系统如细胞参与形成的细胞色素系统如细胞色素色素c c、c c1 1、a a3 3、b b、b b5 5、P P450450等是重要的等是重要的电子传递物质，在细胞内呼吸、能量生电子传递物质，在细胞内呼吸、能量生成等发挥重要作用，使有机代谢产物最成等发挥重要作用，使有机代谢产物最终氧化成终氧化
30、成COCO2 2和和H H2 2O O。（五）对金属硫蛋白基因表达的调控（五）对金属硫蛋白基因表达的调控金属硫蛋白金属硫蛋白（metallothioneinmetallothionein，MTMT）是一类富含金属元素如铜、锌、）是一类富含金属元素如铜、锌、镉等和半胱氨酸的低分子量蛋白质，镉等和半胱氨酸的低分子量蛋白质，广泛存在于细菌、真菌、植物和真广泛存在于细菌、真菌、植物和真核生物中。核生物中。MTMT的基因结构及其表达的基因结构及其表达调控是其发挥生物学作用的基础。调控是其发挥生物学作用的基础。在哺乳动物中已发现四个主要的在哺乳动物中已发现四个主要的MTMT同工同工型：型：MTMT、MTM
31、T、MTMT、MTMT小鼠的小鼠的MTMT基因家族位于第基因家族位于第8 8号染色体上，号染色体上，而人的则位于第而人的则位于第1616号染色体上。号染色体上。各各MTMT同工型的共同特征为：同工型的共同特征为：分子量低（约分子量低（约6kDa7kDa6kDa7kDa）；）；由由61686168个氨基酸组成，其中含个氨基酸组成，其中含2020个半个半胱氨酸，不含芳香族氨基酸和组氨酸；胱氨酸，不含芳香族氨基酸和组氨酸；金属元素含量高。金属元素含量高。脑脑内内特特异异表表达达的的MTMT有有6868个个氨氨基基酸酸组组成成，其中其中3838个氨基酸与其它同工型的相同。个氨基酸与其它同工型的相同。M
32、TMT的结构特点：的结构特点：比比MTMT和和MTMT多多7 7个个氨氨基基酸酸，即即在在N N端端第第5 5位位插插入入一一个个苏苏氨氨酸酸，在在C C端端第第5555位位插插入入6 6个氨基酸（谷氨酸和丙氨酸）；个氨基酸（谷氨酸和丙氨酸）；含含8 8个个谷谷氨氨酸酸残残基基，使使MTMT呈呈酸酸性性，而而其它同工型均呈碱性。其它同工型均呈碱性。MTMT与微量元素关系密切，多种微量元素与微量元素关系密切，多种微量元素如锌、铜、镉等均可诱导体内如锌、铜、镉等均可诱导体内MTMT合成合成MTMT参与锌、铜等金属元素的代谢调节，参与锌、铜等金属元素的代谢调节，对于维持机体内环境稳态具有重要意义。对
33、于维持机体内环境稳态具有重要意义。微量元素锌在体内外均可诱导肝、肾、微量元素锌在体内外均可诱导肝、肾、小肠等器官的组织细胞合成小肠等器官的组织细胞合成MTMT。膳食锌对膳食锌对MTMT基因表达的影响基因表达的影响：高锌：高锌可使大鼠肝多聚核糖体可使大鼠肝多聚核糖体MT mRNAMT mRNA水平水平升高，升高，MTMT合成加速，肾脏合成加速，肾脏MTMT的表达的表达也有所增加。也有所增加。膳食锌对膳食锌对MTMT表达的调节：锌结合蛋表达的调节：锌结合蛋白与锌在细胞核内直接相互作用，白与锌在细胞核内直接相互作用，或者经锌敏感膜受体的间接作用。或者经锌敏感膜受体的间接作用。微微量量元元素素铜铜与与
34、MTMT的的亲亲和和力力非非常常高高，是镉的是镉的100100倍、锌的倍、锌的10001000倍。倍。铜铜在在肝肝脏脏和和肾肾脏脏中中均均可可诱诱导导MTMT基基因因转转录录和和mRNAmRNA蓄蓄积积，但但只只有有大大剂剂量量时时才才诱诱导导肝肝脏脏合合成成MTMT，而而在在肾肾脏，铜的诱导作用很弱。脏，铜的诱导作用很弱。体体内内的的镉镉大大部部分分与与MTMT结结合合，主主要要分分布布于于肝肝、肾。肾。镉镉对对MTMT的的诱诱导导能能力力很很强强：主主要要通通过过激激活活金金属属 反反 应应 元元 件件（metal metal response response element,MREel
35、ement,MRE）结结合合蛋蛋白白、激激活活金金属属依依赖赖性性转转录录因因子子及及与与MTMT启启动动子子上上金金属属反反应应元元件件结合等途径使结合等途径使MTmRNAMTmRNA的量增加。的量增加。（六）（六）微量元素与细胞凋亡微量元素与细胞凋亡必需微量元素锌对细胞凋亡的影响具有双必需微量元素锌对细胞凋亡的影响具有双重性重性锌不足时可诱导细胞凋亡，适宜时锌可抑锌不足时可诱导细胞凋亡，适宜时锌可抑制细胞凋亡，锌过多时也诱导细胞凋亡。制细胞凋亡，锌过多时也诱导细胞凋亡。锌可通过阻断锌可通过阻断CaCa2+2+凋亡信号转导系统，影凋亡信号转导系统，影响蛋白激酶响蛋白激酶C C信号系统，抑制核
36、酸内切酶信号系统，抑制核酸内切酶活性并抑制凋亡蛋白酶天冬氨酸特异性半活性并抑制凋亡蛋白酶天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶（胱氨酸蛋白酶（caspasescaspases）等从而调控细）等从而调控细胞凋亡。胞凋亡。铜铜可导致小鼠肝细胞凋亡，但铜缺乏时也可导致小鼠肝细胞凋亡，但铜缺乏时也可引发细胞凋亡。铜通过调节氧化损伤机可引发细胞凋亡。铜通过调节氧化损伤机制参与细胞凋亡过程。制参与细胞凋亡过程。铁铁对细胞凋亡呈现双相作用，铁缺乏可引对细胞凋亡呈现双相作用，铁缺乏可引起细胞凋亡的发生，铁过多同样可引发细起细胞凋亡的发生，铁过多同样可引发细胞凋亡。胞凋亡。铬铬（六价六价）酸钠可使）酸钠可使肺细胞凋亡肺细
37、胞凋亡，而铬的，而铬的三价三价复合物可使人的复合物可使人的淋巴细胞淋巴细胞凋亡。凋亡。镉诱导细胞凋亡的可能机制有：镉诱导细胞凋亡的可能机制有：引起细胞内钙浓度升高；引起细胞内钙浓度升高；镉离子可引起立即早期基因镉离子可引起立即早期基因（immediate early genesimmediate early genes）表达，从而）表达，从而引起引起c-myc mRNAc-myc mRNA、c-fos mRNAc-fos mRNA、Egr-1 Egr-1 mRNAmRNA含量增加，并可最终导致细胞凋亡；含量增加，并可最终导致细胞凋亡；镉离子与从细胞中溢出的金属硫蛋白镉离子与从细胞中溢出的金属硫
38、蛋白（MTMT）结合，形成）结合，形成Cd-MTCd-MT多聚物后引起细多聚物后引起细胞凋亡。胞凋亡。（七）（七）对感官机能的作用对感官机能的作用 微量元素对感官机能的影响：锌、硒等对微量元素对感官机能的影响：锌、硒等对视觉、晶状体及味觉视觉、晶状体及味觉功能的影响。功能的影响。眼球眼球是机体内锌含量最高的器官之一。在是机体内锌含量最高的器官之一。在哺乳动物视网膜中，锌主要存在于哺乳动物视网膜中，锌主要存在于视网膜视网膜光感受器和视网膜色素上皮细胞，锌和维光感受器和视网膜色素上皮细胞，锌和维生素生素A A均参与视色质的代谢。均参与视色质的代谢。视网膜上皮细胞内含有视网膜上皮细胞内含有视黄醇结合
39、蛋白视黄醇结合蛋白，允许，允许视黄醇进入并直接到达视网膜的感光细胞，此视黄醇进入并直接到达视网膜的感光细胞，此时视黄醇转化为视黄醛后与视杆细胞内的视蛋时视黄醇转化为视黄醛后与视杆细胞内的视蛋白结合形成白结合形成视紫质视紫质。视杆细胞被长波感光后，视黄醛还原为视黄醇。视杆细胞被长波感光后，视黄醛还原为视黄醇。在视黄醇与视黄醛相互转化的过程中，必须有在视黄醇与视黄醛相互转化的过程中，必须有含锌的含锌的视黄醇脱氢酶视黄醇脱氢酶参与。参与。锌锌可通过增强视网膜上可通过增强视网膜上视黄醇脱氢酶视黄醇脱氢酶的活性，的活性，使视黄醛再生或直接作用于视网膜神经细胞。使视黄醛再生或直接作用于视网膜神经细胞。晶状
40、体晶状体内含有丰富的锌，晶状体代谢所需的内含有丰富的锌，晶状体代谢所需的乳乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等都是含锌酶，这些等都是含锌酶，这些酶在晶状体代谢中发挥重要作用，以维持其酶在晶状体代谢中发挥重要作用，以维持其透透明性和正常功能明性和正常功能。正常的晶状体内有抗氧化的防御系统，即正常的晶状体内有抗氧化的防御系统，即抗氧抗氧化剂化剂（如谷胱甘肽、抗坏血酸和维生素（如谷胱甘肽、抗坏血酸和维生素E E）和）和抗氧化酶抗氧化酶系统（主要有系统（主要有SODSOD、GSH-PxGSH-Px、CATCAT）。）。谷胱甘肽在晶状体内合成活跃，对保持晶状体谷胱甘肽在晶状体内合成活跃，对保
41、持晶状体膜的稳定、维持其生理功能具有重要意义。膜的稳定、维持其生理功能具有重要意义。味味蕾蕾和和-味味蛋蛋白白中中含含有有锌锌，人人舌舌味味蕾蕾上上的的味味蛋蛋白白是是含含2 2个个锌锌离离子子的的多多肽肽，缺缺锌锌使使味味觉觉蛋蛋白白合合成成障障碍碍，味味觉觉迟迟钝钝，分分辨辨味味觉觉的的敏敏锐锐性性降降低，发生味觉异常，出现异食癖。低，发生味觉异常，出现异食癖。缺缺锌锌：颊颊部部黏黏膜膜上上皮皮细细胞胞角角化化、脱脱落落，遮遮盖盖味味蕾蕾小小孔孔，使使食食糜糜难难以以与与味味蕾蕾接接触触，阻阻碍碍味味觉产生冲动，造成食欲不振、进食减少。觉产生冲动，造成食欲不振、进食减少。严重缺锌者有食欲不
42、振、甚至厌食的症状。严重缺锌者有食欲不振、甚至厌食的症状。二、微量元素的健康效应二、微量元素的健康效应（一）（一）微量元素与生长发育微量元素与生长发育微量元素如铁、锌、碘、铜、钼、锰、微量元素如铁、锌、碘、铜、钼、锰、硅、氟等对机体的生长发育是不可缺少硅、氟等对机体的生长发育是不可缺少的。的。胚胎期严重缺锌可引起流产、死胎、胎胚胎期严重缺锌可引起流产、死胎、胎儿畸形等，出生后缺锌可使儿童生长发儿畸形等，出生后缺锌可使儿童生长发育严重障碍。育严重障碍。在在胚胎期和出生后两年胚胎期和出生后两年期间机体期间机体碘供给严重不足可引起克汀病的碘供给严重不足可引起克汀病的发生，因为碘缺乏可影响胎儿和发生，
43、因为碘缺乏可影响胎儿和出生后婴儿甲状腺素的合成，而出生后婴儿甲状腺素的合成，而甲状腺素在促进新陈代谢、生长甲状腺素在促进新陈代谢、生长发育及机体中枢神经系统发育方发育及机体中枢神经系统发育方面具有极为重要的作用。面具有极为重要的作用。细胞分裂增殖都离不开铁细胞分裂增殖都离不开铁铁参与形成血红素及多种酶的构成，铁参与形成血红素及多种酶的构成，对胶原、酪氨酸、儿茶酚胺以及对胶原、酪氨酸、儿茶酚胺以及DNADNA合成均有重要影响。合成均有重要影响。缺铁性贫血，降低骨骼肌中肌红蛋缺铁性贫血，降低骨骼肌中肌红蛋白、细胞色素、线粒体氧化酶、脱白、细胞色素、线粒体氧化酶、脱氢酶和其它含铁复合物的量。氢酶和其
44、它含铁复合物的量。硅硅在骨骼钙化过程中与钙的协同作用，硅能在骨骼钙化过程中与钙的协同作用，硅能增加骨矿化作用增加骨矿化作用的速度，尤其是在钙摄入量的速度，尤其是在钙摄入量偏低时效果更显著。缺硅可使骨骼出现异常、偏低时效果更显著。缺硅可使骨骼出现异常、畸形、牙齿和牙釉质发育不良。畸形、牙齿和牙釉质发育不良。硅是粘多糖及其蛋白质复合物中的重要成分，硅是粘多糖及其蛋白质复合物中的重要成分，硫酸软骨素硫酸软骨素A A、B B、C C都含有硅，尤以硫酸软骨都含有硅，尤以硫酸软骨素素A A最显著最显著软骨的正常发育特别是胚胎时期需要有足量软骨的正常发育特别是胚胎时期需要有足量的硅。的硅。硅是一种重要的交联
45、剂硅是一种重要的交联剂，以共价键结合，以共价键结合于多糖基质，而粘多糖、透明质酸、硫于多糖基质，而粘多糖、透明质酸、硫酸软骨素等均通过共价键与蛋白质联结，酸软骨素等均通过共价键与蛋白质联结，构成细胞外无定形基质，这种基质包围构成细胞外无定形基质，这种基质包围着着胶原弹性胶原弹性纤维细胞，有助于结缔组织纤维细胞，有助于结缔组织发育成纤维成分，并通过硅的交联作用发育成纤维成分，并通过硅的交联作用加强纤维的强度和弹性，使胶原结构更加强纤维的强度和弹性，使胶原结构更加完整。加完整。机体生长发育的早期对机体生长发育的早期对钼钼的需要量的需要量很大，在含硫氨基酸的分解代谢中，很大，在含硫氨基酸的分解代谢中
46、，含钼的含钼的亚硫酸氧化酶亚硫酸氧化酶催化亚硫酸盐催化亚硫酸盐转变为硫酸盐，该酶对发育中的组转变为硫酸盐，该酶对发育中的组织是必不可少的，特别是对妊娠期织是必不可少的，特别是对妊娠期胎儿和新生儿格外重要，此酶缺陷胎儿和新生儿格外重要，此酶缺陷或钼辅助因子不足，可引起神经系或钼辅助因子不足，可引起神经系统损害和生长发育障碍。统损害和生长发育障碍。创伤愈合对创伤愈合对锌锌的需要量增加。在组的需要量增加。在组织修复和上皮形成时，锌是细胞快织修复和上皮形成时，锌是细胞快速增殖和分化所必需的。同样锌也速增殖和分化所必需的。同样锌也是胶原基质获得正常抗张力强度所是胶原基质获得正常抗张力强度所必需的。必需的
47、。早期伤口的早期伤口的DNADNA和胶原含量在锌缺乏和胶原含量在锌缺乏时减少，随着补锌而使时减少，随着补锌而使DNADNA和胶原蛋和胶原蛋白合成增多。白合成增多。锌是创伤组织愈合的必需物质之一。锌是创伤组织愈合的必需物质之一。外科手术、刨伤、烧伤时血清锌降外科手术、刨伤、烧伤时血清锌降低，是由于锌被动员运转到创伤组低，是由于锌被动员运转到创伤组织中，其机制主要是由于锌促进含织中，其机制主要是由于锌促进含锌酶及蛋白质的合成，加速细胞的锌酶及蛋白质的合成，加速细胞的分裂和生长繁殖，增强了能量代谢、分裂和生长繁殖，增强了能量代谢、组织呼吸过程和细胞膜的稳定性，组织呼吸过程和细胞膜的稳定性，从而加速创
48、伤组织的愈合。从而加速创伤组织的愈合。（二）（二）微量元素与生殖微量元素与生殖微量元素微量元素锌、硒、铜、锰锌、硒、铜、锰等对维持等对维持正常的生殖、生育功能非常重要。正常的生殖、生育功能非常重要。锌参与生殖系统各种酶的组成，对锌参与生殖系统各种酶的组成，对精子的发育成熟起重要作用，并能精子的发育成熟起重要作用，并能显著增加精子的稳定性，有利于精显著增加精子的稳定性，有利于精子正常功能的发挥。子正常功能的发挥。硒硒对精子的形成和发育具有特异作对精子的形成和发育具有特异作用，含硒的磷脂氢过氧化物谷胱甘用，含硒的磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（肽过氧化物酶（phospholipid phosph
49、olipid hydroperoxide glutathione hydroperoxide glutathione peroxidaseperoxidase，PHGPxPHGPx）是一种通过抑）是一种通过抑制膜磷脂过氧化而保护质膜的抗氧制膜磷脂过氧化而保护质膜的抗氧化酶，具有多种功能，在人类精子化酶，具有多种功能，在人类精子成熟过程中能变成一种结构蛋白。成熟过程中能变成一种结构蛋白。（三）（三）微量元素与中枢神经发育微量元素与中枢神经发育微量元素微量元素铁、锌、碘、硒铁、锌、碘、硒等对脑的结构等对脑的结构发育和功能完善至关重要。在大脑发育发育和功能完善至关重要。在大脑发育期，严重缺碘、缺硒或
50、碘和硒同时缺乏，期，严重缺碘、缺硒或碘和硒同时缺乏，对中枢神经系统会产生严重后果，例如对中枢神经系统会产生严重后果，例如严重碘缺乏引起的地方性克汀病、亚临严重碘缺乏引起的地方性克汀病、亚临床克汀病等就是最好的例证。床克汀病等就是最好的例证。铁铁是神经系统发育必需的极为重是神经系统发育必需的极为重要的物质。铁分布于全脑，但主要的物质。铁分布于全脑，但主要存在于大脑白质，基底神经节要存在于大脑白质，基底神经节中含量最高，包括苍白球、尾状中含量最高，包括苍白球、尾状核、豆状核和黑质，而大脑皮质核、豆状核和黑质，而大脑皮质和小脑中含量较低。和小脑中含量较低。铁缺乏对脑功能影响的可能机制包括：铁缺乏对脑