축산직, 농업직, 농학과 등 가축영양학 요점 요약 정리 8. 광물질과 그 대사작용

 

제8장 광물질과 그 대사작용

1.광물질
-생물체를 구성하는 무기적 구성요소.
-원자량이 16 이하인 원소들을 제외한 3~5주기 금속원소.
-불소-요오드 중 불활성화 기체는 제외.

 

(1)광물질의 중요성
-골격의 구성물질.
-체액의 삼투압을 조절.
-세포막의 투과성 조절로 영양소의 이동을 조절.
-신경과 근육 간의 자극전달에서 매개역할.
-체액 내 산과 염기의 평형을 조절.
-효소의 활성제 역할.
-에너지 발생을 위한 작용을 조절.
-혈액응고에 필수적인 역할.
-호르몬의 분비와 비타민의 합성에 관여.

 

(2)광물질의 분류
·필수광물질…동물체 내에서 이루어지는 각종 생리작용에 반드시 필요한 광물질.
-다량광물질 : Ca, K, Mg, Na, P, CI, S.
-미량광물질 : Mn, Fe, Cu, I(요오드), Zn, Co(코발트), Se, F, Mo, As

·필수광물질의 조건

-건강한 동·식물체에 반드시 존재할 것. -같은 종류의 생체 내 특정 부위의 함량은 유사 혹은 동일할 것. -결핍에 의해 발현되는 생리·화학적 이상이 동물의 종류에 관계없이 발생할 것. -생리·화학적 이상은 반복해서 같은 증상으로 나타날 수 있을 것. -결핍됨이 없게 해주면 정상상태로 회복되며, 어린 동물의 성장촉진 효과가 있을 것.

·준필수광물질…필수광물질의 구비요건을 만족시키지는 못하지만, 다소 부족하거나 결핍되면 생명유지가 곤란한 광물질.
-Ba, Br, Sr, Ni, Si, Rb, AI, Vd.
·비필수광물질…체내에 들어 있으면서 특별한 기능이 없거나 아직 기능이 밝혀지지 않은 광물질.
-B, Pb, Sn, Hg, Au, Ag.
·중독광물질…필요량 이상으로 존재할 때는 대사작용이나 생명유지에 심히 나쁜 결과를 초래.
-Cu, Se(셀레늄), F(불소), Mo, As(비소), Cr(크롬), Hg(수은), Cd(카드뮴), Pb(납).

 

(3)광물질의 교호작용
-광물질 간에 협동적이나 길항적으로 기능을 발휘하는 현상.
·칼슘-인-마그네슘
-Ca, Mg 과다 축적 : 뇨를 통한 배설 증진.
-Mg 과다 : Ca 대사 장해 유발.
·칼슘-구리-아연
-적정량의 칼슘 공급 : Zn과 Cu의 길항작용 완화.
·철-구리
-Cu : Fe 흡수 이용 촉진→헤모글로빈(Hb)15) 합성에 도움.
-Cu 과다 : 철분의 흡수 저하.
-Fe 과다 : 인의 이용율 저하.

 

15) 헤모글로빈 : 헴구조의 단백질에 철분이 존재하는 단백질로 산소의 운반에 관여.

·황-몰리브덴
-Cu의 체내 축적 방해.
·철, 망간 공급 과다
-인의 이용률 저하.
·칼슘과 영양소의 교호작용
-비타민 D : Ca의 흡수 촉진.
-단백질 공급 풍부 : Ca, Mg 흡수 촉진.
-Lactose : Ca 흡수 촉진.
-Ca 과다 공급 : 항생물질의 체내 흡수 방해.

 

2.주요 광물질의 특성과 기능
(1)칼슘과 인
-골격의 주성분, 체세포의 구성성분. 두 원소 간 효율적인 이용을 위해서는 비타민 D의 공급이 잘 이루어져야 함.
①Ca
-생체 내에 가장 많이 들어 있는 무기물.
-체중의 1.6~2.0%.
-불용성 : 탄산칼슘(CaCO3), 불화칼슘(CaF2).
-가용성 : 인산칼슘[Ca(H2PO4)2, CaHPO4, Ca3(PO4)2], 염화칼슘(CaCI2).
②P
-체내 광물질의 25% 차지.
-골격과 치아 : 80%.
③골조직과 Ca, P
-뼈의 조성 : Ca(22.5%), P(10.5%), Mg, Na, Sr, Pb, F, S.
-연골 : 수분과 단백질 함량이 높아 유연함, 칼슘이 쉽게 용해됨.
-경골 : 골성분의 이동이 어려움, 골수의 비율이 낮음.
④체내 칼슘의 형태
·분산성 칼슘
-쉽게 이온화하여 이용할 수 있는 칼슘.
-인산염, 중탄산염 형태의 무기결합태.
-혈청 내 칼슘의 60% 차지.
·비분산성 칼슘
-단백질과 결합하여 교질상태로 존재.
-입자가 커서 세포막 통과 불가능.
⑤칼슘과 골격대사
·골격의 대사작용
-골격의 대사작용으로 뼈와 혈액간의 칼슘 평형 상태 유지.
-하루에 교환되는 칼슘과 인 : 1%.
-일년에 교환되는 칼슘 : 뼈 성분의 20%.
·칼슘 부족 : 뼈의 해면조직이나 골수에서 칼슘 동원.
-칼슘의 체내 축적 : 파라토르몬의 역할이 큼. 칼슘 부족 시 이 호르몬의 분비가 왕성→골격으로부터 칼슘 동원을 촉진.
·칼슘의 농도 조절
-칼슘의 동적 평형 : 혈청 내 칼슘의 농도를 일정하게 유지.
-칼시토닌 : 장내 칼슘이온의 흡수 억제, 용골세포 활동 억제, 신장에서의 칼슘이온의 재흡수 억제→칼슘의 농도를 낮춤.
-파라티로이드호르몬(PTH) : Calcitonin의 반대 작용→칼슘의 농도를 높임.
→파라티로이드호르몬의 분비가 억제되면 혈중 칼슘이온농도가 증가하고, 혈중 마그네슘이온의 농도가 증가한다.

⑥칼슘 결핍증
·어린동물의 골연증(Ricket)
-정상적인 골 형성에 장애.
-관절의 비정상적 비대.
-갈비뼈의 비정상적 발육.
-Ca, P, Vit D의 부족 혹은 불균형.
-파라토르몬의 과잉 분비.
·성숙한 동물의 골연증(Ricket)
-뼈가 잘 부스러지거나 부러짐.
-뼈가 병적으로 가늘어짐.
-칼슘의 분해＞뼈조직 형성.
-칼슘의 뇨 분비＞칼슘의 흡수.
⑦연조직과 P
-분포 : 체조직은 전체 인의 20%(대부분이 적혈구), 섭취량에 의한 농도 변화가 적음.
·기능
-대사과정에서 phosphate(인산) 형성.
-Lecithin의 중간대사물 형성에 관여(지방대사).
-신경조직 등을 구성하는 인지질의 구성성분.
-Phosphoprotein, nucleus protein 구성.
-당류의 흡수(소장) 및 재흡수(신장) 촉진.
-체액의 산·염기 평형 유지.
⑧인의 결핍
·골격대사 이상
·반추동물의 반추위 소화율 감소
-인의 결핍은 미생물의 활력 저하를 초래하여 섬유소 분해율이 감소.
-미생물 단백질 합성량 감소로 인한 아미노산 공급량 부족.
-인을 이용하는 조직의 대사 감소.
-RNA 합성량 감소.

 

(2)나트륨·칼륨·염소
-나트륨과 염소는 주로 체액에 들어있고, 칼륨은 세포질 안에 들어 있음. 체액의 산과 염기의 평형과 삼투압을 조절.
①Na
·흡수 및 배설
-주로 소장에서 흡수되고, 일부는 위에서도 흡수됨.
-뇨를 통한 배설.
-칼륨의 농도가 높은 사료 섭취 시 Na 배설량 증가.
·생리적 기능
-효소의 기능 보조(수크라아제의 기능 보조).
-Na, K ATPase를 통한 영양소의 수송 : 포도당, A.A.
-신경전달물질.
·결핍증
-성장의 저하 혹은 정지.
-식욕 감퇴, 성장 부진, 에너지 축적 불량.
-체지방 및 체단백질 합성 부진.

②K
·흡수
-소장상부에서 주로 흡수되나 소장하부 및 대장에서도 흡수.
-반추동물의 경우 제1, 3위 및 하부장관에서 흡수.
·생리적 기능
-Mg과 함께 피루브산 키나아제와 ATPase의 보조인자로 작용.
·결핍증
-혈장 내 칼륨 농도 감소.
-성장 불량, 근육의 약화·경련.
③CI
·생리적 기능
-혈청 총 음이온의 2/3 차지.
-세포의 체액에 분비하면서 삼투압 조절 기능 수행.
-위액의 합성에 관여.
-식염의 형태로 공급.
·결핍증
-식욕 감퇴, 체중 감소.
-혈액 내 질소화합물의 배설 촉진.
-초식동물에서 쉽게 발생.
·식염(NaCI)섭취량 영향요인
-염 농도 : 열대지역 식물(우기가 많기 때문)＜온대지역 식물, 내륙지방＜해안(바다에 인접해있기 때문).
-온도 및 습도 : 온도가 높아지면 땀의 분비량이 높아 소금요구량이 증가.
-동물의 생리적 특성 : 성장속도가 빠르거나 생산량이 높은 동물(대사가 활발한 동물)은 소금의 요구량이 증가.
-사료의 형태 : 농후사료, 조사료, 건초, 사일리지 등의 공급형태에 따라 소금의 요구량이 다름.
-사료 내 칼륨 농도 : 과도한 칼륨의 공급은 소금 부족을 초래, 미성숙 목초는 칼륨의 농도가 높음.
-음수 내 염분 농도 : 음수에는 미량의 염분이 존재.
-목초의 수분 함량 : 건초에 비하여 청초나 사일리지 급여 시 식염의 요구량이 증가.
-질병 : 설사 및 구토 등으로 인한 염분 손실 시 식염의 요구량이 증가.

 

(3)마그네슘
-마그네슘은 칼륨이온 다음으로 세포 내에 많이 들어 있는 양이온성 물질로, 인산기 전달효소의 활성제 역할을 담당하며,
여러 가지 효소의 활성에도 관여. 탄수화물·지방·단백질 등의 에너지 발생작용과 밀접한 관계를 가지고 있음.
·흡수
-단위동물 : 소장상부에서 50% 이상 흡수.
-반추동물 : 제2위, 성장함에 따라 흡수량 감소.
-반추동물 : 성장함에 따라 Mg 흡수량 감소.
-사료 내 Mg 함량이 증가할수록 Mg 흡수량 감소.
-비타민 D 공급 시 Mg 흡수량 증가.
-Ca 및 P의 급여량이 증가하면 Mg 흡수량 감소.
-지방 급여 시 Mg 이용성 저하.
-동물성 단백질 급여 시 Mg 흡수량 증가.
·생리적 기능
-효소의 활성제 역할로 에너지 발생에 관여 : ADP→ATP(ADP에 인산기 하나가 추가되어 ATP가 되는 과정에 관여).
-단백질 합성에 관여 : mRNA와 70S ribosome의 결합.
-신경신호의 전달을 통한 근육 수축에 관여.
-적혈구의 생존에 관여.

-콜라겐 함량이 높은 조직의 대사에 관여.
-Na-K 대사에 관여.
·결핍증
-마그네슘 테타니(Mg tetany) : 혈중 Mg 함량 감소→신경 흥분, 근육 경련, 혈압 강하.

 

(4)황
-황은 주로 단백질에 많이 들어 있으며, 헤파린, 뮤신, 연골조직 등에도 들어 있음.
·생리적 기능
-헤파린, 뮤신, 연골조직의 구성성분.
-함황아미노산의 구성성분 : 메티오닌, 시스틴, 시스테인.
-호르몬의 구성성분 : 함황아미노산.
-비타민의 구성성분 : 티아민, 비오틴.
·공급형태
-무기태(자연계에 존재하는 형태) : Na2SO4, CaSO4, MgSO4, K2SO4…독성이 강함.
-유기태(생명체에서 합성된 형태) : 함황아미노산, 비타민, 호르몬…독성이 없고 섭취량에 제한이 없어 안전함.
-반추동물은 무기태황과 NPN을 이용하여 단백질 합성.

 

(5)망간
-망간은 주로 뼈 속에 들어 있으나, 간·근육·피부 등에도 상당량이 분포되어 있고 미토콘드리아에도 많이 들어 있음. 아
르기나아제 등 여러 가지 효소들의 활성제로서 이용됨.
·분포 : 뼈, 간, 근육, 피부, 미토콘드리아.
·생리적 기능
-Mg과 함께 에너지 대사에 관여.
-췌장에서 분비되는 효소의 활성제.
-당단백질 전이효소의 활력 증진.
-활성산소 제거.
·결핍증
-번식불량 : 성성숙 지연, 불규칙 배란, 정자활력 감소.
-성장불량 : 성장장애, 골격형성 불량, 비절증.

 

(6)철·구리·아연
①철
-동물체 내 철의 70% 정도는 헤모글로빈에, 나머지 30% 정도는 간에 들어 있으며, 그밖에 약간은 골수와 지라에 들어
있음. 철은 생명현상, 즉 에너지 발생에 중요한 산화·환원효소의 구성성분임.
·분포형태 및 종류
-헴(heme)성 단백질 : 헤모글로빈, 미오글로빈, 시토크롬, 시토크롬 산화효소, 카탈라제, 페록시다아제 등.
-비헴성 철 : 시데로필린, 페리틴, 헤모시데린. 철분의 운반체, 저장체로 이용.
·흡수
-무기질의 형태로 흡수 : 2가철(Fe²⁺)이 3가철(Fe³⁺)보다 더 잘 흡수됨.
-섭취 후 4시간 정도 지나면 혈액에서 검출.
-헤모글로빈 합성에 1주일 소요.
·배설
-1~3mg/일, 대부분 재흡수 되어 혈구 생성에 이용.
·결핍증
-빈혈증 : 적혈구의 수 및 크기 감소.
②구리
-구리의 동물체 내 함량은 철의 10% 정도에 불과.

·생리적 기능
-산화, 환원효소의 조효소 기능.
-적혈구 형성에 간접적으로 관여.
-산화효소의 구성성분 : Ascorbic acid 산화효소.
-Tyrosinase의 구성성분.
·결핍증
-Tyrosinase 부족으로 Hb 형성 저하 : 빈혈.
-Catalase 함량 저하로 인한 근육조직의 활력 저하→후구 마비.
③아연
·분포
-전립선, 신장, 간, 신장 등에 많이 분포되어 있으며, 혈액 내에서는 75%가 적혈구 내에 들어 있음.
-함금속단백질(Metalloprotein) 형태로 존재.
·생리적 기능
-동물의 정상적인 성장.
-시각작용에서 비타민 A의 이용성 증진.
-체조직의 재생 및 치료에 도움.
-탈탄산효소의 구성성분 : 적혈구에서 이산화탄소 이동.
·결핍증
-성장 억제, 모피형성 저해, 모발 퇴색, 사료이용성 감소.
-FSH(난포자극호르몬), LH(황체형성호르몬)의 기능 저하.

 

(7)기타
①요오드
·분포 : 갑상선(70~80%), 근육, 난소, 기타.
·생리적 기능
-호르몬의 합성원료 : 티록신, 트리요오드티록신.
-단백질 및 지방대사 촉진.
·결핍증
-티록신 분비 증가로 인한 갑상선 비대증.
-사산, 무모증.
②불소
·분포 : 뼈, 치아에 많이 들어 있으며, 무기물의 형태로 존재.
·결핍증 : 번식장애, 치아 및 골격형성 부진.
·과다증 : 골격의 색조 이상 및 비정상적인 골격 비대, 골격의 약화.
③코발트
·분포 : 근육(43%), 골격(14%), 기타.
·생리적 기능 : 비타민 B12의 구성성분, 반추위 미생물의 활력 증진, 효소의 활력 증진.
·결핍증
-번식 불량 : 수태율 저하.
-성장 불량 : 성장 장애, 사료이용성 감소, 빈혈.
④셀레늄
·분포 : 간, 신장, 골격, 모발, 백혈구에 들어 있으며, 함황아미노산의 대체 단백질결합물 및 지방단백질 형태로 존재.
·생리적 기능
-황함유아미노산 결합물 : 과산화물 제거.
-Deiodinase : 티록신을 활성화.
-비타민 E의 결핍을 예방하거나 치료.

·중독증
-호흡 및 동작 곤란.
-과다한 수액 분비 및 식욕 감퇴.
-골격 연결부위 이상, 피모 및 발굽의 비정상적인 성장.
-심장 위축, 간 경련, 빈혈.
·결핍증 : 간 괴사, 근육백화증.
⑤납
-체내에 축적되는 중독성이 강한 광물질, 대부분 골격(90%)에 존재.
·중독증
-체중 감소.
-세뇨관의 기능 저해에 의한 아미노산뇨증과 당뇨증.
-뇌조직의 발육 불량, 중추신경계 마비로 인한 자극전달 장애.
-헴 생성부진에 의한 빈혈증 및 적혈구의 수명 단축.
-호흡작용의 불량에 의한 시토크롬 함량의 감소.
-세균감염 및 바이러스성 질병에 대한 저항력 약화.
-유화수소기와 결합하여 각종 효소의 활력 저하.

 

3.반추위 내의 광물질 대사작용
(1)다량광물질의 대사작용
-Ca : 원생동물에 의한 VFA(휘발성지방산) 생성 촉진.
-Mg : VFA 생성 촉진, 섬유소 소화 촉진.
-S와 P : 미생물의 생장 촉진→섬유소 소화율 증진.
-NaCI(식염) : 반추위 박테리아의 생장.
(2)미량광물질의 대사작용
-Fe : 미생물의 생장 촉진.
-Cu : 섬유소의 소화 촉진.
-Co : 비타민 B12 합성.
-Mn, Mo : 섬유소의 소화 촉진.
-Zn : 섬유소의 소화 억제.
→다량광물질/미량광물질의 적정량 공급→미생물 생장↑→사료(섬유소) 소화↑→미생물 단백질 합성↑→생산성↑.