Dalam konteks nutrisi, suatu mineral adalah unsur kimia yang dibutuhkan sebagai nutrisi esensial oleh mikroorganisme untuk melakukan fungsi yang diperlukan untuk hidup. Mineral berasal dari bumi dan tidak bisa diproduksi oleh makhluk hidup. Tanaman mendapatkan mineral dari tanah. Sebagian besar mineral dalam makanan manusia berasal dari memakan tumbuhan dan hewan atau dari air minum. Sebagai kelompok, mineral adalah satu dari empat kelompok nutrisi penting, yang lain adalah vitamin, asam lemak esensial, dan asam amino esensial.
Lima mineral utama dalam tubuh manusia adalah kalsium, fosfor, kalium, natrium, dan magnesium. Semua unsur yang tersisa dalam tubuh manusia disebut "unsur renik". Unsur renik yang memiliki fungsi biokimia spesifik dalam tubuh manusia adalah besi, kobalt, tembaga, seng, mangan, molibdenum, iodium, dan selenium.
Sebagian besar unsur kimia yang dicerna oleh organisme berbentuk senyawa sederhana. Tanaman menyerap unsur-unsur terlarut di tanah, yang kemudian dikonsumsi oleh herbivora yang memakannya, dan unsur-unsurnya bergerak sepanjang rantai makanan. Organisme yang lebih tinggi juga bisa mengkonsumsi tanah (geofagi) atau menggunakan sumber daya mineral, seperti garam jilat, untuk mendapatkan mineral terbatas yang tidak tersedia melalui sumber makanan lain.
Bakteri dan jamur memainkan peran penting dalam pelapukan unsur primer yang menghasilkan pelepasan nutrisi untuk nutrisi mereka sendiri dan untuk nutrisi spesies lain dalam rantai makanan ekologis. Satu unsur, kobalt, tersedia untuk digunakan oleh hewan hanya setelah diproses menjadi molekul kompleks (misalnya, vitamin B12) oleh bakteriiii. Mineral digunakan oleh hewan dan mikroorganisme untuk proses mineralisasi struktur, disebut "biomineralisasi", yang digunakan untuk membangun tulang, cangkang kerang, kulit telur, eksoskeleton dan kulit moluska.
Unsur kimia esensial bagi manusia
Setidaknya ada dua puluh unsur kimia yang diketahui dibutuhkan untuk mendukung proses biokimia manusia dengan melayani peran struktural dan fungsional serta elektrolit. Namun, sebanyak total dua puluh sembilan unsur (termasuk hidrogen, karbon, nitrogen dan oksigen) diperkirakan digunakan oleh mamalia, seperti yang disimpulkan pada studi biokimia dan asupan. Di antara lima mineral utama, wanita dewasa memiliki kalsium 920-1000 g sementara pria dewasa memiliki ~ 1,22 kg, dengan 99% di antaranya terdapat pada tulang dan gigi, dan 1% lainnya pada cairan ekstraselular, struktur intraselular dan membran sel. Fosfor membentuk sekitar 1% dari berat tubuh seseorang. Empat mineral utama terakhir (kalium, natrium, klorin dan magnesium) membentuk hanya sekitar 0,85% dari berat badan. Bersama-sama, sebelas unsur kimia ini membentuk 99,85% tubuh.
Sebagian besar nutrisi mineral yang diketahui dan dianjurkan memiliki berat atom yang relatif rendah, dan cukup umum di darat, atau paling tidak, umum di laut (iodium, natrium):
| H | He | |||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |
| Cs | Ba | La | * | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| Fr | Ra | Ac | ** | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
| * | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||
| ** | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | ||||
|
Empat unsur dasar organik
|
|
Unsur kuantitas
|
|
Unsur renik esensial
|
|
Dianggap berfungsi dari kekurangan efek atau penanganan metabolik aktif, namun tidak ada fungsi biokimia yang jelas teridentifikasi pada manusia
|
|
Terbatasnya bukti tidak langsung untuk mengetahui jejak manfaat atau aksi biologis pada mamalia
|
|
Tidak ada bukti aksi biologis pada mamalia, namun esensial untuk beberapa organisme yang lebih rendah.
(Dalam kasus lantanum, definisi nutrisi esensial sebagai sangat diperlukan dan tak tergantikan tidak sepenuhnya berlaku karena kemiripan lantanida yang ekstrem. Jadi Ce, Pr, dan Nd dapat menggantikan La tanpa efek buruk bagi organisme yang menggunakan La. Sedangkan Sm, Eu, dan Gd yang lebih kecil juga dapat menggantikan dengan baik namun menyebabkan pertumbuhan lebih lambat.) |
Mineral berikut ini memainkan peran penting dalam proses biologis:
AKG = Nilai Harian; UL = Batas asupan atas yang dapat ditoleransi (Angka yang ditampilkan adalah untuk orang dewasa berusia 31-50, pria atau wanita tidak hamil atau menyusui)
| Unsur diet | AKG [mg] | UL [mg] | Jumlah | Kategori | Sumber makanan dengan kepadatan nutrien tinggi |
Ketidakcukupan | Berlebihan |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kalium | 3500 | NE | Kuantitas | Elektrolit sistemik dan esensial dalam koregulasi ATP dengan natrium | ubi jalar, tomat, kentang, kacang polong, kacang-kacangan, produk susu, seafood, pisang, prem, wortel, jeruk | hipokalemia | hiperkalemia |
| Klorin | 3400 | 3600 | Kuantitas | Diperlukan untuk produksi asam klorida di dalam lambung dan fungsi pompa seluler | Garam dapur (natrium klorida) adalah sumber makanan utama. | hipokloremia | hiperkloremia |
| Natrium | 2400 | 2300 | Kuantitas | Elektrolit sistemik dan esensial dalam koregulasi ATP dengan natrium | Garam dapur (natrium klorida, sumber utama), sayuran laut, susu, dan bayam. | hiponatremia | hipernatremia |
| Kalsium | 1000 | 2500 | Kuantitas | Dibutuhkan untuk kesehatan otot, jantung dan sistem pencernaan, membangun tulang, mendukung sintesis dan fungsi sel darah | produk susu, telur, ikan kalengan dengan tulang (salmon, sarden), sayuran hijau, kacang, biji, tahu, timi, oregano, dil, kayu manis. | hipokalsemia | hiperkalsemia |
| Fosfor | 1000 | 4000 | Kuantitas | Komponen tulang (lihat apatit), sel, pengolahan energi, DNA dan ATP (sebagai fosfat) dan banyak fungsi lainnya | daging merah, makanan olahan susu, ikan, unggas, roti, nasi, oat. Dalam konteks biologis, biasanya terlihat sebagai fosfat | hipofosfatemia | hiperfosfatemia |
| Magnesium | 400 | 350 | Kuantitas | Diperlukan untuk pengolahan ATP dan untuk tulang belulang | Bayam, legume, kacang polong, biji, biji-bijian, selai kacang, alpukat |
hipomagnesemia, defisiensi magnesium |
hipermagnesemia |
| Besi | 18 | 45 | Renik | Diperlukan untuk banyak protein dan enzim, terutama hemoglobin untuk mencegah anemia | daging, seafood, kacang, buncis, cokelat hitam | kekurangan zat besi | kelainan kelebihan besi |
| Seng | 15 | 40 | Renik | Pervasif dan diperlukan untuk beberapa enzim seperti karboksipeptidase, alkohol dehidrogenase, dan karbonat anhidrase | Tiram*, daging merah, unggas, kacang, biji-bijian, produk susu | defisiensi seng | keracunan seng |
| Mangan | 2 | 350 | Renik | Sebuah kofaktor dalam fungsi enzim | Biji-bijian, legume, biji, kacang, sayuran berdaun, teh, kopi | defisiensi mangan | manganisme |
| Tembaga | 2 | 11 | Renik | Komponen yang dibutuhkan untuk banyak enzim redoks, termasuk sitokrom c oksidase | Liver, seafood, tiram, kacang, biji; beberapa: whole grains, legume | defisiensi tembaga | keracunan tembaga |
| Iodium | 0.150 | 1.1 | Renik | Diperlukan untuk sintesis hormon tiroid, tiroksin dan triiodotironin dan untuk mencegah gondok: | Rumput laut (kelp atau kombu)*, biji-bijian, telur, garam beriodium | defisiensi iodium | iodisme Hipertiroidisme |
| Kromium | 0.120 | NE | Renik | Terlibat dalam metabolisme glukosa dan lipida, walaupun mekanisme kerjanya dalam tubuh dan jumlah yang dibutuhkan untuk kesehatan optimal belum didefinisikan dengan baik. | Brokoli, jus anggur (terutama yang merah), daging, produk gandum utuh | defisiensi kromium | keracunan kromium |
| Molibdenum | 0.075 | 2 | Renik | Oksidase xantin oksidase, aldehida oksidase, dan sulfit oksidase | Legume, gandum utuh, kacang | defisiensi molibdenum | keracunan molibdenum |
| Selenium | 0.070 | 0.4 | Renik | Penting untuk aktivitas enzim antioksidan seperti glutation peroksidase | kacang Brazil, seafood, jerohan, daging, biji-bijian, produk susu, telur | defisiensi selenium | selenosis |
| Kobalt | none | NE | Renik | Diperlukan dalam sintesis vitamin B12, tetapi karena bakteri diperlukan untuk mensintesis vitamin, biasanya dianggap sebagai bagian dari vitamin B12 | keracunan kobalt |
* Satu porsi melebihi UL (batas asupan atas yang dapat ditoleransi).
Konsentrasi mineral darah
Mineral hadir dalam darah manusia yang sehat pada konsentrasi massa dan molar tertentu. Gambar di bawah ini menyajikan konsentrasi masing-masing unsur kimia yang dibahas dalam artikel ini, dari kanan tengah ke kanan. Bergantung pada konsentrasinya, ada beberapa yang berada pada gambar bagian atas gambar, sementara yang lain berada di bagian bawah. Angka tersebut mencakup nilai relatif unsur penyusun darah lainnya seperti hormon. Pada gambar tersebut, mineral disorot dengan warna ungu.
Nutrisi makanan
Ahli gizi dapat merekomendasikan bahwa mineral paling baik dipasok dengan mengkonsumsi makanan tertentu yang kaya akan unsur kimia yang dikehendaki. Unsur-unsurnya mungkin ada secara alami dalam makanan (misalnya kalsium dalam susu) atau ditambahkan ke makanan (misalnya, jus jeruk yang diperkaya dengan kalsium; garam beriodium, garam yang difortifikasi; Dengan iodium). Suplemen makanan dapat diformulasikan untuk mengandung beberapa unsur kimia yang berbeda (sebagai senyawa), kombinasi vitamin dan/atau senyawa kimia lainnya, atau satu unsur tunggal (sebagai senyawa atau campuran senyawa), seperti kalsium (sebagai kalsium karbonat, kalsium sitrat, dll.) atau magnesium (seperti magnesium oksida, dll.), kromium (biasanya sebagai kromium(III) pikolinat), atau besi (sebagai besi bis-glisinat).
Fokus diet pada unsur kimia berasal dari ketertarikan untuk mendukung reaksi biokimia suatu metabolisme dengan komponen unsur yang dibutuhkan. Tingkat asupan unsur kimia tertentu yang tepat telah ditunjukkan untuk menjaga kesehatan optimal. Diet dapat memenuhi semua persyaratan unsur kimia tubuh, walaupun suplemen dapat digunakan bila beberapa persyaratan (misalnya kalsium, yang terutama ditemukan pada produk susu) tidak terpenuhi oleh makanan, atau bila timbul defisiensi kronis atau akut akibat patologi, cedera, dll. Penelitian telah mendukung bahwa mengubah senyawa mineral anorganik (karbonat, oksida, dll.) dengan mereaksikannya dengan ligan organik (asam amino, asam organik, dll.) meningkatkan ketersediaan hayati mineral suplemen.
Unsur-unsur yang mungkin dianggap penting namun belum dikonfirmasi
Banyak unsur ultrarenik telah dianjurkan sebagai esensial, tetapi klaim semacam itu biasanya belum dikonfirmasi. Bukti khasiat definitif berasal dari karakterisasi biomolekul yang mengandung unsur tersebut dengan fungsi yang dapat diidentifikasi dan dapat diuji. Salah satu masalah dalam mengidentifikasi keampuhan adalah bahwa beberapa unsur tidak berbahaya pada konsentrasi rendah dan pervasif (contoh: silikon dan nikel dalam bentuk padat dan debu), jadi bukti kemanjurannya kurang karena defisiensi sulit untuk diulang.Unsur ultrarenik dari beberapa mineral seperti silikon dan boron diketahui memiliki peran namun sifat biokimiainya tidak diketahui, dan yang lainnya seperti arsenik dan kromium dicurigai memiliki peran dalam kesehatan, tetapi dengan bukti lebih lemah. Peran untuk mineral renik meliputi katalisis enzim, menarik molekul substrat, reaksi redoks, dan efek struktural atau pengaturan pada protein binding.
| Unsur | Keterangan | Ekses |
|---|---|---|
| Bromin | Mungkin penting untuk arsitektur membran basal dan pengembangan jaringan, sebagai katalis yang dibutuhkan untuk membuat kolagen IV. | bromisme |
| Arsenik | Esensial pada model tikus, hamster, kambing dan ayam, tetapi tidak ada mekanisme biokimia yang dikenal pada manusia. | keracunan arsenik |
| Nikel | Nikel adalah komponen esensial pada beberapa enzim, termasuk urease dan hidrogenase. Meski tidak diperlukan oleh manusia, beberapa dianggap perlu oleh bakteri usus, seperti urease yang dibutuhkan oleh beberapa varietas Bifidobacterium. Pada manusia, nikel mungkin merupakan komponen kofaktor atau struktural dari metaloenzim tertentu yang terlibat dalam hidrolisis, reaksi redoks, dan ekspresi gen. Defisiensi nikel menekan pertumbuhan pada kambing, babi, dan domba, dan berkurangnya konsentrasi hormon tiroid pada tikus. | Toksisitas nikel |
| Fluorin | Fluorin (sebagai fluorida) umumnya tidak dianggap sebagai unsur esensial karena manusia tidak memerlukannya untuk pertumbuhan atau untuk mempertahankan kehidupan. Namun, jika seseorang menganggap pencegahan gigi berlubang merupakan kriteria penting dalam menentukan esensialitas, maka fluorida mungkin dianggap sebagai unsur renik esensial. Bagaimanapun, penelitian terbaru menunjukkan bahwa aksi utama fluorida terjadi secara topikal (pada permukaan). | Keracunan fluorida |
| Boron | Boron adalah nutrisi penting untuk tanaman, yang dibutuhkan terutama untuk menjaga integritas dinding sel. Boron telah terbukti penting untuk melengkapi siklus hidup di perwakilan semua kerajaan filogenetik, termasuk spesies model danio rerio (zebrafish) dan Xenopus laevis (katak cakar Afrika). Pada hewan, suplemen boron telah terbukti mengurangi ekskresi kalsium dan mengaktifkan vitamin D | Tidak beracun |
| Litium | Tidak diketahui apakah lithium memiliki peran fisiologis pada spesies apapun, tapi, studi nutrisi pada mamalia telah menunjukkan pentingnya bagi kesehatan. Hal ini menyebabkan anggapan perlunya diklasifikasikan sebagai unsur renik esensial. | Toksisitas litium |
| Stronsium | Stronsium telah ditemukan terlibat dalam pemanfaatan kalsium dalam tubuh. Ia telah mendorong pengasupan kalsium ke dalam tulang pada tingkat diet moderat, tetapi menjadi rakhitogenik (memproduksi rakhitis) pada tingkat diet yang lebih tinggi. | Rakhitogenik (menyebabkan Rakhitis) |
| Lain-lain | Silikon dan vanadium telah menetapkan, meskipun khusus, peran biokimia sebagai kofaktor struktural atau fungsional pada organisme lain, dan mungkin saja digunakan oleh mamalia (termasuk manusia). Sebaliknya, tungsten, lantanum, dan kadmium memiliki kegunaan biokimia khusus pada organisme rendah tertentu, tetapi unsur-unsur ini tampaknya tidak dapat dimanfaatkan oleh manusia. Unsur-unsur lain yang dianggap esensial termasuk aluminium, germanium, timbal, rubidium, dan timah. | Beberapa |
Ekologi mineral
Penelitian terbaru menunjukkan hubungan yang erat antara organisme hidup dan unsur kimia di planet ini. Hal ini mendorong redefinisi mineral sebagai "unsur atau senyawa, amorf atau kristalin, yang terbentuk melalui proses 'biogeokimia'. Penambahan awalan 'bio' mencerminkan apresiasi yang lebih besar, meskipun pemahamannya tidak lengkap, tentang proses pembentukan mineral oleh makhluk hidup". Ahli biologi dan ahli geologi baru-baru ini mulai menghargai besaran biogeoengineering mineral. Bakteri telah berkontribusi pada pembentukan mineral selama miliaran tahun dan secara kritis menentukan siklus biogeokimia mineral di planet ini. Mikroorganisme dapat mengendapkan logam dari larutan sehingga berkontribusi terhadap pembentukan deposit bijih, selain kemampuannya untuk mengkatalisis disolusi mineral, untuk respirasi, pengendapan, dan pembentukan mineral.
Sebagian besar mineral di alam adalah anorganik. Nutrisi mineral mengacu pada kelas mineral yang lebih kecil, yang dimetabolisme untuk pertumbuhan, perkembangan, dan vitalitas organisme hidup. Mineral nutrisi didaur ulang oleh bakteri yang secara bebas tersuspensi di kolom air yang luas di samudera dunia. Mereka menyerap bahan organik terlarut yang mengandung nutrisi mineral saat mereka mengais-ngais melalui individu yang sekarat dan keluar dari fitoplankton besar yang sedang mekar. Flagelata adalag bacterivora efektif dan juga jamak ditemukan di kolom air laut. Flagelata dimenangi oleh zooplankton sedangkan fitoplankton berkonsentrasi pada partikel yang lebih besar yang tersuspensi di kolom air karena dikonsumsi oleh zooplankton yang lebih besar, dengan ikan sebagai predator teratas. Mineral nutrisi berputar melalui rantai makanan laut ini, dari bakteri dan fitoplankton ke flagelata dan zooplankton yang kemudian dimangsa oleh ikan. Bakteri penting dalam rantai ini karena hanya mereka yang memiliki kemampuan fisiologis untuk menyerap nutrisi mineral terlarut dari laut. Prinsip daur ulang dari lingkungan laut ini berlaku untuk banyak ekosistem tanah dan juga air tawar. Di ekosistem terestrial, jamur memainkan peran yang sama dengan bakteri: mereka memobilisasi unsur gizi yang menyusun materi yang tidak dapat diakses oleh organisme lain dan mengangkut nutrisi yang didapat ke ekosistem untuk menambal kekurangan gizinya.
Lihat juga
Bacaan lebih lanjut
- (Inggris) Humphry Bowen (1966), Trace Elements in Biochemistry, Academic Press.
- (Inggris) Humphrey Bowen (1979), Environmental Chemistry of the Elements, Academic Press, ISBN 0-12-120450-2