三、重要微量元素的生物学作用及代谢

（一）锌（Zn）

⒈锌的生物学作用 锌是当代微量元素研究中非常活跃的课题之一。

⑴锌可作为多种酶的功能成分或激活剂：锌是碳酸酐酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶，胸嘧啶核苷激酶、碱性磷酸酶、亮氨酸氨肽酶等含锌酶的组成成分。

⑵促进机体生长发育，促进核酸及蛋白质的生物合成：缺锌后创伤溃疡难愈合，生长发育不良，性器官发育不全或减退，成为缺锌性侏儒或肠原性肢端皮炎。

⑶增强免疫及吞噬细胞的功能：缺锌后免疫功能减退。

⑷抗氧化、抗衰老及抗癌作用：锌亦是超氧化物歧化酶的组成成分，能防止自由基对细胞膜造成的损伤，减少过氧化脂质的生成，某些肿瘤病人及衰老过程中有缺锌的倾向，因此锌可能具有抗氧化、抗衰老及抗癌作用。

⒉锌在体内的代谢　正常成人体内含锌2-2.5g，平均2.3g。男性比女性稍高，锌以视网膜、前列腺及胰腺中的浓度最高，在肌肉及骨骼中贮存。肌肉内储锌全身锌的62.2％，骨中的锌占全身体内锌的28.5％。正常人从普通膳食中每日摄取10-15mg锌，吸收率为20％-30％，主要在小肠内和胰腺分泌的小分子量配体－前列腺素E₂结合后，经小肠上皮细胞吸收。锌进入毛细血管后由血浆运输至肝及全身。锌主要由粪便、尿、汗、头发及乳汁排泄，每天由尿排泄的锌不超过1mg。

含锌丰富的食物有谷类、粗粮、蛋黄、瘦肉、鱼、牡蛎和坚果等。

（二）铜（Cu）

⒈铜的生物学作用

⑴参与造血及铁的代谢：铜主要影响铁的吸收，促进储存铁进入骨髓，加速血红蛋白及铁卟啉的合成。铜还促进幼稚红细胞的成熟，使成熟红细胞从骨髓释放进入血液循环。

⑵构成体内许多含铜的酶（如丁酰辅酶A脱氢酶、酪氨酸氧化酶、尿酸酶、超氧化物歧化酶等）及含铜的生物活性蛋白质（如血浆铜蓝蛋白、血铜蛋白、肝铜蛋白、乳铜蛋白等）。

⑶与DNA结合，在DNA两条链中形成架桥，形成金属络合物，与维持核酸结构的稳定性有关。

⑷铜参与赖氨酸氧化酶的组成，促进弹性蛋白及胶原纤维中共价交联的形成，维持组织的弹性和结缔组织的正常功能。

⑸含铜酶大部属氧化酶类，如细胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺-β-羟化酶、胺氧化酶等，这些酶类参与儿茶酚胺类激素的代谢、黑色素的生成以及神经递质的代谢，因而对中枢神经系统的功能、智力及精神状态、防御功能及内分泌功能等均有重要影响。

临床上可测定血浆铜蓝蛋白的氧化酶活性，亦可测定血浆铜蓝蛋白，还可测血清铜。

血浆铜蓝蛋白：正常成人在25-43mg/dl之间，在肝豆状核变性（Wilson病，为铜在肝、脑等组织中沉积的慢性内源性铜中毒，为常染色体性隐性遗传性疾病）和Menke综合征（以中枢神经病变为主的、头发卷曲色浅为特征的婴幼儿缺铜性遗传疾病）时明显减低。

血浆铜蓝蛋白氧化酶活性：正常人在66-140单位/L之间。心肌梗死、传染病、肝癌及转移性肿瘤患者明显升高，Menke综合征及Wilson病时显著降低。

血清铜：成人在105-114mg/dl之间，女性稍高于男性。

尿铜：24小时在70μg以下，肝豆状核变性、肾病综合征、急性铜中毒、急性病毒性肝炎、肝硬化时尿铜增加。

毛发铜含量较为恒定，能反映机体营养状态，正常成人平均值9.5-23μg/g。

⒉铜的代谢 铜主要参与造血及酶的合成。正常人体内含铜100mg-200mg，平均150mg左右，约50％-70％的铜存在于肌肉及骨骼内，20％存在于肝。肝是重要的储铜库，5％-10％的铜分布于血液中，微量的铜以酶的形式存在于组织中。一般成年人每日从食物摄取2mg铜已能满足生理需要，富含铜的食品是牡蛎、蛤类、小虾及动物肝肾等。正常人每天从各种渠道排泄铜2mg左右，肠管可能通过含铜复合物的上皮细胞的脱落而排泄铜。

（三）硒（Se）

⒈硒的生物学作用

⑴硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的必需组成成分：每摩尔的酶含有4毫摩尔的硒，该酶催化的反应为：

2GSH＋H2O2→GSSG＋2H2O

2GSH＋ROOH→ROH＋GSSG＋H2O

通过GSH-Px的作用，在清除自由基、分解过多的H2O2，减少过氧化物、保护细胞膜、保护细胞敏感分子（DNA、RNA）中占有重要地位。

⑵硒参与辅酶A和辅酶Q的合成，促进α-酮酸脱氢酶系的活性，在三羧酸循环及呼吸链电子传递过程中发挥重要作用。

⑶硒与视力和神经传导有密切关系，虹膜及晶状体含硒丰富，视网膜的视力与含硒量有关。硒是光电管基础物质之一，硒在视网膜、运动终板中可能起着整流器及蓄电器的作用。

⑷硒能拮抗某些有毒元素及物质的毒性：硒可在体内外减低汞、镉、铊、砷等的毒性作用。

⑸硒能刺激免疫球蛋白及抗体的产生，增强机体对疾病的抵抗力。

⑹硒与心血管结构和功能的关系：硒可防止镉引起的实验性高血压，并可防止冠心病及心肌梗死。硒参与保护细胞膜的稳定性及正常通透性，抑制脂质的过氧化反应，消除自由基的毒害作用，从而保护心肌的正常结构、代谢和功能。投予亚硒酸（每周0.5-1mg）可有效地防治克山病的发生。

⑺硒能调节维生素A、C、E、K的代谢。

⑻硒的抗肿瘤作用：许多报道表明结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、直肠癌及白血病等的死亡率与其居住地区土壤的硒含量、日摄取量以及血硒水平呈逆相关关系。动物致癌试验中观察到硒对动物的实验性皮肤癌、肝癌、结肠癌、乳癌、肺癌等均有显著的抑制作用，且此种抑癌效果还受食物中维生素A、C、E等含量的影响。关于硒化合物的抗癌作用机制尚未阐明，可能与硒能抑制致癌物质的致突变性、或改变致癌物的代谢、或通过抗氧化作用而抗癌。有报道硒化合物能促进肝癌细胞及白血病细胞的再分化，通过促分化而抗癌。

⒉硒的代谢　 1957年Schwarz证明硒是动物体内必需的微量元素。人体内硒的含量约14mg-21mg，以肝、胰腺、肾中的含量较多，人类对硒的摄入量受环境及食物含硒量的影响。富含硒的食品有蒜、芝麻、啤酒、酵母、蘑菇、小虾、鱼类、肝、肾等，富硒中药有黄芪、地龙等。人对硒的摄入量不应低于40μg/d，一般认为成人每日从食物中约摄取60μg-350μg的硒，每日由尿约排泄约50μg，由粪排泄80μg，由汗排泄20μg，在血浆内的硒主要与α及β-球蛋白结合而运输。

我国不同地区报道的成人全血硒为0.028-0.033μg/ml，还有报道为0.099-0.160μg/ml。克山病区成人及儿童全血硒显著低下，分别为0.018-0.025μg/ml及0.017-0.024μg/ml。癌瘤时血硒明显减少，特别是消化道癌肿病人血硒降低更为显著，往往表明癌的转移、多发或低分化程度。

尿硒成人平均为11.9±2.6μg/24h，克山病区成人尿硒明显降低，平均为7.9±2.6μg/24h。

（四）铬（Cr）

⒈铬的生物学作用

⑴铬形成葡萄糖耐量因子（GTF），使胰岛素与膜受体上的-SH基形成-S-S-键，协助胰岛素发挥作用。

⑵降低血浆胆固醇及调节血糖。

⑶促进血红蛋白的合成及造血过程。

⒉铬的代谢　成人体内含铬6mg，日摄入量5-115μg，进入血浆的铬与运铁蛋白结合运至肝脏及全身。富含铬的食品有红糖、麦麸、鱼、葡萄汁、啤酒酵母等，铬主要随尿排泄，3-60μg/d。

（五）钴（Co）

⒈钴的生物学作用　人类不能利用钴合成维生素B₁₂，主要从能合成维生素B₁₂的动物及细菌摄取，维生素B₁₂在人体内参与造血。维生素B₁₂参与体内一碳单位的代谢，参与脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成，维生素B₁₂缺乏可导致叶酸的利用率下降，造成巨幼红细胞性贫血。维生素B12促进铁的吸收及储存铁的动员，它还促进锌的吸收，提高锌的活性。

⒉钴的代谢　正常成人体内含钴1.1-1.5mg，一般从普通膳食中摄入钴150-450μg/d，吸收率63％-97％，每日吸收钴190-290μg，钴通过小肠进入血浆后由三种运钴蛋白（transcobalbmin Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）结合后运至肝脏及全身，主要由尿排泄，每日排泄量约等于吸收量。当内因子缺乏、运钴蛋白缺乏、摄入量不足或因消化系统疾病而干扰吸收时，可造成钴及维生素B₁₂缺乏。全血及血清钴10.8±6.0ng/ml，在恶性贫血、急性白血病时降低，慢性粒细胞白血病、淋巴肉芽肿时血钴升高。

富含钴的食品有小虾、扇贝、肉类、粗麦粉及动物肝脏。

检测血清不饱和维生素B12结合力（UBBC）及血清维生素B12正常人血清UBBC为0.7-1.6μg/L，血清维生素B12为0.16-0.75μg/L，这两项指标有利于肝癌的诊断。有些AFP不增高、HBsAg阴性的肝癌病例，UBBC及维生素B₁₂亦可显著增高。

（六）锰（Mn）

⒈锰的生物学作用

⑴锰的多种酶的组成成分及激活剂：锰是精氨酸酶、脯氨酸酶、丙酮酸羧化酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶的组成成分，又是磷酸化酶、醛缩酶、半乳糖基转移酶等的激活剂，与蛋白质生物合成、生长发育有密切关系。

⑵参与造血、卟啉合成、改善机体对铜的利用。

⑶构成Mn-SOD，有抗衰老作用：衰老时Mn-SOD活性降低，肿瘤细胞内Mn-SOD活性亦降低。故Mn具有抗衰老抗肿瘤作用。

⒉锰的代谢正常成人体内含锰12-20mg，分布于一切组织，每日从一般食物摄入锰0.7-22mg，吸收率为3％-4％。吸收的锰经小肠壁进入血流，与β₁-球蛋白或“运锰蛋白”结合后，迅速运至富含线粒体的细胞中，血锰5-15μg/L，人体内的锰主要由肠道、胆汁、尿液排泄。坚果、茶叶、叶菜、谷类富含锰。

（七）钼（Mo）

⒈钼的生物学作用

⑴钼是构成黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、亚硫酸氧化酶等氧化酶的组成成分，可解除有害醛类的毒性。

⑵参与电子的传递及铁从铁蛋白的释放及铁的运输。

⑶钼有抗癌作用，缺钼地区食管癌发病率高，钼构成亚硝酸还原酶（植物），降低环境中亚硝酸含量，减少致癌物亚硝胺的生成。

⑷钼与心血管疾病有关，洋地黄类施用钼肥可提高产量及强心甙疗效。

⒉钼的代谢　成人体内含钼9mg左右，分布于全部组织及体液中。一般成人每日由普通膳食中摄入钼300μg，吸收率为40％-60％，随食物及饮水进入消化道的钼化物可迅速（10分钟）被吸收，80％与蛋白质结合，血清钼590ng/dl，而在食管癌高发区血清钼明显减低为220ng/dl-290ng/dl，癌症病人、心律不齐病人均可有血钼降低，白血病及缺铁性贫血时血清钼增高。

富含钼的食品有豆荚、肝、肾、酵母、牛乳及粗麦粉等。

高钼地区痛风发病率高，可能与黄嘌呤氧化酶活性增高、尿酸生成增多有关。

（八）氟（F）

⒈氟的生物作用 氟为骨骼牙齿的必需组分，与牙齿及骨的形成有关，可增加骨硬度及牙齿的耐酸蚀能力。缺氟易生龋齿，氟过多可引起骨密度增加和斑釉齿，氟在细胞内可抑制多种酶的活性，干扰胶原的合成。

⒉氟的代谢　成人体内含氟量2.6g左右，主要在骨骼、牙、指甲、毛发中。每日约摄入2.4mg的氟，大部分由尿排泄，每日排出约2.4mg。

富含氟的食品有海味（牡蛎）、葱、豆类、茶叶等。

（九）碘（I）

⒈碘的生物学作用　碘是1850年即已发现的必需微量元素，主要构成甲状腺激素T₃、T4。甲状腺激素维持正常生长发育及智力发育，调节能量代谢。缺碘可发生地方性甲状腺肿和呆小病，碘过多可造成碘中毒，刺激甲状腺功能亢进。

⒉碘的代谢　人体含碘量约为11mg，每日成人需摄入50-100μg的碘，为防治地方性甲状腺肿，应普遍食用加碘食盐。

此外，近年来对锗这一微量元素的研究日益增多，据报道有些有机锗（如Ge-132）化合物可以提高人体免疫力，诱导干扰素生成，有抗衰老抗肿瘤的作用。有人主张锗是可能必需微量元素。

总之，微量元素在生命科学中的作用、微量元素与地方病、微量元素与职业病、微量元素与衰老、微量元素与肿瘤等领域的研究近十余年来极为活跃，是临床生物化学中令人瞩目的篇章。