ミネラル（栄養素）
炭酸脱水酵素は亜鉛を必要とする酵素であり（この画像の中央付近にある灰色の球体）、二酸化炭素の呼気には不可欠です。

栄養 学において、ミネラルとは化学元素のことです。「ミネラル」の中には生命に不可欠なものもありますが、ほとんどはそうではありません。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ミネラルは必須栄養素の4つのグループのうちの1つです。他のグループには、ビタミン、必須脂肪酸、必須アミノ酸があります。[ 4 ]人体の主要なミネラルは、カルシウム、リン、カリウム、ナトリウム、マグネシウムの5つです。[ 2 ]残りのミネラルは「微量元素」と呼ばれます。一般的に認められている微量元素は、鉄、塩素、コバルト、銅、亜鉛、マンガン、モリブデン、ヨウ素、セレン、[ 5 ]臭素です。[ 6 ]他にも存在する可能性があるという証拠もあります。

人体の約96%を占める炭素、水素、酸素、窒素（CHON）の4つの有機体構成元素[7]は、通常、ミネラル（栄養素）とはみなされません。実際、栄養学において「ミネラル」という用語は、より一般的には、生体内に存在するその他の機能的・構造的元素を指します。

植物は土壌からミネラルを摂取します。[ 8 ]動物は植物を摂取することで、食物連鎖の上位にミネラルを移動させます。大型生物は土壌を摂取したり（土食）、塩舐め場などの鉱物資源を利用してミネラルを摂取することもあります。

最後に、「ミネラル」と「元素」は多くの点で同義語ですが、ミネラルは吸収される範囲でのみ生体内で利用可能となります。吸収されるためには、ミネラルは溶解性があるか、摂取する生物によって容易に抽出される必要があります。例えば、モリブデンは必須ミネラルですが、金属モリブデンには栄養上の利点はありません。多くのモリブデン酸塩はモリブデンの供給源です。

人間にとって必須の化学元素

20種類の化学元素が構造的および機能的役割を果たして人間の生化学的プロセスをサポートするために必要であることが知られており、さらにいくつかの元素が必要であるという証拠もあります。[ 1 ] [ 9 ]

酸素、水素、炭素、窒素は、重量で見ると体内に最も多く含まれる元素で、人体の約 96% を占めます。カルシウムは成人の体重の 920 ～ 1200 グラムを占め、その 99% は骨と歯に含まれています。これは体重の約 1.5% です。[ 2 ]リンはカルシウムの約 2/3 の量で存在し、人体の約 1% を占めます。[ 10 ]その他の主なミネラル (カリウム、ナトリウム、塩素、硫黄、マグネシウム) は、体重の約 0.85% を占めるに過ぎません。これら 11 種類の化学元素 (H、C、N、O、Ca、P、K、Na、Cl、S、Mg) を合わせると、人体の 99.85% を構成します。残りの約 18 種類の超微量ミネラルは体重のわずか 0.15% で、平均的な人の場合は合計で約 100 グラムになります。この段落の合計分数は、人体の化学組成に関する記事のパーセンテージを合計した値です。

ヒト（および他の哺乳類）における様々な超微量元素の必須性については、同じデータに基づいているにもかかわらず、意見の相違が存在します。例えば、クロムがヒトにとって必須であるかどうかは議論の的となっています。クロムを含む生化学物質は精製されていません。米国と日本はクロムを必須栄養素に指定していますが[ 11 ] [ 12 ] 、欧州連合を代表する欧州食品安全機関（EFSA）は2014年にこの問題を検討し、意見が一致していません[ 13 ] 。

既知または示唆されているミネラル栄養素のほとんどは、原子量が比較的低く、陸上では比較的一般的であり、ナトリウムとヨウ素は海中に存在します。また、これらの栄養素は生理的pH範囲で可溶性化合物を形成する傾向があります。このような可溶性化合物を持たない元素は、必須元素ではない（Al）か、せいぜい微量しか必要とされない（Si）傾向があります。[ 1 ]

高等生物（ユーカリア）の必須要素。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 1 ] [ 6 ] [ 18 ]
H  彼
李なれ   BC北おFね
ナマグネシウム  アルシPS塩素アル
KカルシウムSc ティVCr マン鉄共同ニ銅亜鉛ガ ゲ として セBrクル
Rbシニアはい Zr 注記 モTC ル ロジウム パッド 農業 CDで スン SB テ 私ゼー
Cs バルー HF タ W 再 オス イル Pt オー 水銀 テル 鉛 バイ ポー で ルン
伝説：
  4つの基本的な有機元素
  数量要素
  必須微量元素
  本質か機能かが議論される
  ヒトには必須ではないが、一部の非ヒト真核生物には必須/有益である

生物学的プロセスにおける役割

食事要素 男性/女性（米国）のRDA/AI [mg] [ 19 ]UL（米国およびEU）[mg] [ 19 ] [ 20 ]カテゴリ 栄養密度の高い食事源 不足/過剰の用語
カリウム4700 北東;北東全身電解質であり、 ATPとナトリウムの 共調節に必須である。サツマイモ、トマト、ジャガイモ、豆、レンズ豆、乳製品、魚介類、バナナ、プルーン、ニンジン、オレンジ[ 21 ]低カリウム血症/高カリウム血症
塩素2300 3600;北東胃での 塩酸の生成、細胞ポンプ機能、宿主防御に必要食塩（塩化ナトリウム）が主な食事源です。 低塩素血症/高塩素血症
ナトリウム1500 2300;北東全身電解質であり、カリウムと ATPの共調節に必須である。食塩（塩化ナトリウム、主な供給源）、海藻、牛乳、ほうれん草。 低ナトリウム血症/高ナトリウム血症
カルシウム1000 2500; 2500 筋肉、心臓、消化器系の健康に必要であり、骨を形成し（ハイドロキシアパタイトを参照）、血液細胞の合成と機能をサポートし、血液凝固を助ける 乳製品、卵、骨付き缶詰魚（鮭、イワシ）、緑葉野菜、ナッツ類、種子類、豆腐、タイム、オレガノ、ディル、シナモン。[ 22 ]低カルシウム血症/高カルシウム血症
リン700 4000; 4000 骨（ハイドロキシアパタイト参照）、細胞、エネルギー処理、DNA、ATP（リン酸として）などの多くの機能 の構成要素赤身の肉、乳製品、魚、鶏肉、パン、米、オート麦。[ 23 ] [ 24 ]生物学的な文脈では、通常リン酸として見られる[ 25 ]低リン血症/高リン血症
マグネシウム420/320 350; 250 ATPの処理と骨に 必要ほうれん草、豆類、ナッツ類、種子類、全粒穀物、ピーナッツバター、アボカド[ 26 ]低マグネシウム血症（マグネシウム欠乏症）/高マグネシウム血症
鉄8月18日 45;北東多くのタンパク質や酵素、特に貧血を防ぐヘモグロビンに必要肉、魚介類、ナッツ、豆、ダークチョコレート[ 27 ]鉄欠乏症/鉄過剰症
亜鉛11月8日 40; 25 マトリックスメタロプロテアーゼ、肝臓アルコール脱水素酵素、炭酸脱水酵素、ジンクフィンガータンパク質などのいくつかのクラスの酵素に必要牡蠣*、赤身肉、鶏肉、ナッツ類、全粒穀物、乳製品[ 28 ]亜鉛欠乏症/亜鉛中毒
マンガン2.3/1.8 11;北東スーパーオキシドディスムターゼに必要な補因子穀物、豆類、種子、ナッツ類、葉野菜、お茶、コーヒー[ 29 ]マンガン欠乏症​
銅0.9 10; 5 シトクロムc酸化酵素に必要な補因子レバー、魚介類、カキ、ナッツ類、種子類；全粒穀物、豆類[ 29 ]銅欠乏症/銅中毒
ヨウ素0.150 1.1; 0.6 甲状腺ホルモンの合成と宿主防御酵素の補助に 必要海藻（昆布） *、穀物、卵、ヨウ素添加塩[ 30 ]ヨウ素欠乏症（甲状腺腫）/ヨウ素中毒（甲状腺機能亢進症[ 31 ]）
モリブデン0.045 2; 0.6 キサンチンオキシダーゼ、アルデヒドオキシダーゼ、亜硫酸オキシダーゼの機能に必要[ 32 ]豆類、全粒穀物、ナッツ類[ 29 ]モリブデン欠乏症/ モリブデン中毒[ 33 ]
セレン0.055 0.4; 0.3 グルタチオンペルオキシダーゼなどの抗酸化酵素の活性に必須ブラジルナッツ、魚介類、内臓肉、肉類、穀物、乳製品、卵[ 34 ]セレン欠乏症​
コバルトNE（トレース）; NE（トレース） 北東;北東コバルト（ビタミンB12として）は、 DNAの合成、赤血球形成、中枢神経系の発達、髄鞘形成、機能に必須です。動物は、細菌によって処理された後にのみコバルトを利用できるようになります。ヒトの体内には、これらの補因子に含まれるコバルトはわずかミリグラムしかありません[ 35 ]。動物の筋肉や肝臓は良い食物源であり、また貝類やカニ肉もよい供給源である[ 36 ]悪性貧血/コバルト中毒
硫黄NE（豊富）; NE（豊富） 北東;北東硫黄（必須アミノ酸のメチオニンとその誘導体であるシステイン）は、タンパク質の合成、抗酸化作用、DNAの転写、エピジェネティック発現、遺伝子制御に必須です。硫黄は、無機物と有機物の両方の組み合わせで摂取できるという点で珍しいミネラルです。硫黄は、カルシウムとリンに次いで体内で最も多く存在するミネラルです[ 37 ]。ナッツ類、豆類、肉類、卵、魚介類、発酵食品[ 38 ]グルタチオン合成障害[ 37 ] /高ホモシステイン血症
臭素NE（トレース）; NE（トレース） 北東;北東基底膜構造と組織の発達に重要であり、 IV型コラーゲンを生成するために必要な触媒である[ 6 ] [ 17 ]ブロミズム

RDA =推奨食事摂取量; AI = 適切な摂取量; UL =許容上限摂取量; 表示されている数値は、31～50歳の成人、男性または女性（妊娠または授乳中ではない）を対象としています。

* 海藻1食分は米国のUL1100μgを超えますが、日本が定めたUL3000μgは超えていません。[ 39 ]

食事栄養

栄養士は、対象となる化学元素を豊富に含む特定の食品を摂取することで、ミネラルを最も効果的に補給できると推奨する場合があります。これらの元素は、食品中に天然に含まれている場合（例：牛乳中のカルシウム）、または食品に添加されている場合（例：カルシウム強化オレンジジュース、ヨウ素強化ヨウ素添加塩）。栄養補助食品は、複数の異なる化学元素（化合物として）、ビタミンやその他の化合物の組み合わせ、またはカルシウム（炭酸カルシウム、クエン酸カルシウム）、マグネシウム（酸化マグネシウム）、鉄（硫酸第一鉄、ビスグリシン鉄）などの単一の元素（化合物または化合物の混合物として）を含むように処方することができます。

食事における化学元素への重点は、代謝の生化学反応に必要な元素成分を補給することへの関心から生まれます。 [ 40 ]最適な健康状態を維持するためには、特定の化学元素を適切に摂取する必要があることが実証されています。食事は体に必要な化学元素の必要量をすべて満たすことができますが、食事だけでは十分に摂取できない推奨量がある場合は、サプリメントを併用することができます。例えば、乳製品が少ない食事はカルシウムの推奨量を満たしません。

植物

植物の酸素発生部位のMn4O5Caコアの構造。微量鉱物マンガンの多くの役割の1つを示しています。 [ 41 ]

植物に必要なミネラルのリストは、動物に必要なミネラルのリストと似ています。どちらも非常によく似た酵素を使用していますが、違いもあります。例えば、マメ科植物はモリブデンを含む窒素固定酵素を持っていますが、動物は持っていません。多くの動物は酸素の運搬にヘモグロビン（Fe）に依存していますが、植物はそうではありません。肥料は、特定の土壌におけるミネラル欠乏に対処するために調整されることがよくあります。例としては、モリブデン欠乏、マンガン欠乏、亜鉛欠乏などが挙げられます。

安全性

推奨される1日摂取量と安全上限値（UL）と考えられているものとの間の差は小さい場合がある。例えば、カルシウムの場合、米国食品医薬品局は70歳以上の成人の推奨摂取量を1,200 mg/日、ULを2,000 mg/日と設定している。[ 19 ]欧州連合も推奨量と上限値を設定しているが、必ずしも米国のものとは一致していない。[ 20 ]同様に、ヨウ素のULを3000 μgと設定している日本に対し、米国は1100 μg、EUは600 μgである。[ 39 ]上の表では、マグネシウムは例外的に、成人男性の推奨摂取量は420 mg/日（女性は350 mg/日）であるのに対し、ULは推奨値より低い350 mgとなっている。その理由は、UL（耐容摂取量）は、サプリメントとして一度に350mgを超えるマグネシウムを摂取した場合に下痢を引き起こす可能性があるため、特に定められているからです。マグネシウムを豊富に含む食品は、この問題を引き起こしません。[ 42 ]

人間にとって必須である可能性はあるが、確認されていない元素

多くの超微量元素が必須元素として示唆されてきたが、そのような主張は通常確認されていない。有効性の決定的な証拠は、機能を特定してテスト可能な元素を含む生体分子の特性評価から得られる。[ 5 ]有効性を特定することに関する 1 つの問題は、一部の元素は低濃度では無害であり、遍在しているため（例：固体および粉塵中のシリコンとニッケル）、欠乏症を再現するのが難しいため、有効性の証明が不足していることである。[ 40 ]一部の元素は、かつては未知の生化学的性質を持つと考えられていたが、その証拠は必ずしも強力ではなかった。[ 5 ]例えば、ヒ素はおそらく哺乳類に必須であるとかつて考えられていたが[ 43 ] 、ヒ素は微生物によってのみ使用されるようである。[ 6 ]また、クロムは長い間、げっ歯類モデルに基づいて必須微量元素であると考えられ、グルコースと脂質の代謝に関与することが提案されたが[ 44 ] [ 45 ] 、最近の研究ではこの可能性は決定的に否定されている。インスリンシグナル伝達において役割を果たしている可能性はありますが、その証拠は明確ではなく、通常の食事では見られない量でのみ発生するようです。[ 6 ]ホウ素は植物には必須ですが、[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]動物には必須ではありません。[ 6 ]

非必須元素は、化学的に必須元素と類似している場合（例えば、Na +をRb +とCs +に置き換えるなど） 、体内に現れることがあるため、必須であることと生物系による吸収は同じではない。[ 1 ]

要素 説明 過剰
ニッケルニッケルは、ウレアーゼやヒドロゲナーゼなど、いくつかの酵素の必須成分です。[ 49 ]ヒトには必須ではありませんが、ビフィドバクテリウム属のいくつかの種に必要なウレアーゼなど、腸内細菌には必須であると考えられているものもあります。[ 50 ]ヒトにおいて、ニッケルは加水分解、酸化還元反応、遺伝子発現に関与する特定の金属酵素の補因子または構造成分である可能性があります。ニッケル欠乏は、ヤギ、ブタ、ヒツジの成長を抑制し、ラットの循環甲状腺ホルモン濃度を低下させました。[ 51 ]ニッケルの毒性
フッ素フッ素が必須であるという証拠はないが、有益であることは確かである。[ 6 ] [ 52 ]研究によると、フッ素による歯への主な恩恵は、局所的な曝露によって表面に現れることが示されている。[ 53 ] [ 54 ]この表のミネラルのうち、フッ素は米国医学研究所が適正摂取量を設定している唯一のものである。[ 55 ]フッ化物中毒
リチウム血漿リチウム濃度、生物学的活性および疫学的観察に基づくと、リチウムが必須栄養素であるという決定的ではない証拠がある。[ 15 ] [ 16 ]リチウム毒性
シリコンケイ素はほとんどの植物にとって有益ですが、通常は必須ではありません。人間には骨や結合組織を強化するなど有益な効果があるようですが、これらの効果はまだ研究中です。いずれにせよ、ケイ素は植物由来の食品に豊富に含まれているため、欠乏症状は現れません。[ 6 ]
バナジウム他の生物（藻類、地衣類、真菌、細菌）において、特殊ではあるものの確立された生化学的役割を有しており、ヒトにとって必須であることを示唆する重要な状況証拠が存在する。微量元素としてはかなり毒性が強く、必須元素であるとしても、その必要量はおそらく少ないと考えられる。[ 52 ]
他の 哺乳類には利用されないが、他の生物には有益であると思われる元素がいくつかあります。ホウ素、アルミニウム、チタン、ヒ素、ルビジウム、ストロンチウム、カドミウム、アンチモン、テルル、バリウム、初期のランタノイド（ランタンからガドリニウムまで）、タングステン、ウランです。（AlとRbの場合、そのメカニズムは十分に解明されていません。）特に、B、Ti、Sr、Cd、Baは真核生物によって利用されており、AlとRbも同様に利用されている可能性があります。[ 6 ] [ 52 ]

鉱物生態学

動物や微生物は、バイオミネラリゼーションと呼ばれる構造を鉱化させるプロセスに多様なイオンを使用し、骨、貝殻、卵殻、[ 56 ]外骨格、軟体動物の殻を構築します。[ 57 ]

ミネラルは、金属に作用してミネラルの溶解と沈殿を触媒するバクテリアによって生物工学的に作り出されます。[ 58 ]ミネラル栄養素は、世界中の土壌、海洋、淡水、地下水、氷河融解水システムに分布するバクテリアによってリサイクルされます。[ 58 ] [ 59 ]バクテリアは、植物プランクトンブルームを清掃しながら、ミネラルを含む溶解した有機物を吸収します。[ 59 ]ミネラル栄養素は、バクテリアや植物プランクトンから鞭毛虫や動物プランクトンへと、この海洋食物連鎖を通じて循環し、その後、他の海洋生物に食べられます。[ 58 ] [ 59 ]陸上生態系では、菌類がバクテリアと同様の役割を果たし、他の生物がアクセスできない物質からミネラルを動員し、獲得した栄養素を地元の生態系に輸送します。[ 60 ] [ 61 ]

参照

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