Minéraux
1 Minéraux/Métabolismes
Calcium
Le calcium de l'os est un complexe de phosphate et de carbonate de calcium, de magnésium, et de sodium. Il résulte de la cristallisation locale du calcium véhiculé par le liquide extracellulaire. Le calcium de l'os est en perpétuel remaniement :les cellules ostéoblastes en déposent constamment dans leur environnement, tandis que les ostéoclastes érodent les dépôts.
Dans les autres tissus, le calcium a un rôle en association avec des protéines: coagulation du sang, du lait, activation du trypsinogène, et régulateur de systèmes enzymatiques. En particulier le plasma renferme 100 mg de calcium par litre dont la moitié environ est liée à la sérum-albumine; le reste est à l'état d'ion Ca++ influençant de nombreuses réactions enzymatiques, ainsi que l'excitabilité neuro-musculaire. D'une façon générale, c'est un stabilisateur du potentiel des membranes celluaires.
Le calcium excédentaire est éliminé par les fèces, l'urine et la sueur. Une « décalcification » peut résulter de déséquilibres hormonaux, d'une carence en vitamine D, d'une diarrhée chronique, rarement d'une carence de l' ingestion alimentaire (environ 1 g/jour chez un adulte, dont 300 mg sont absorbés).
Les principales sources de calcium sont le lait, surtout consommé en fromage, les légumes et les fruits secs, ainsi que certaines eaux minérales.
Phosphore
Le besoin journalier de l'adulte est de 0,8 grammes. Les principales sources sont les viandes, le lait, les céréales, les légumes, en un mot, tous les aliments, ce qui rend le risque de carence très faible.
Magnesium
Soufre
Le soufre, par les ponts S-S, est un élément majeur de la structure spatiale des protéines (exemple: la kératine des cheveux)
Il crée des liaisons riches en énergie au niveau de l'acétyl Coenzyme, dans le métabolisme des glucides et des lipides.
Les radicaux SH sont très souvent des sites actifs d'enzymes.
Il est intervient dans des polysaccharides, dans l'héparine, dans l'acide chondroïtine sulfurique présent dans les tissus cartilagineux.
Enfin il participe à l'élimination de composés toxiques.
Le besoin quotidien de l'adulte est de 0,2 gramme, couvert par les aliments sans risque de carence.
Les ions métalliques sodium Na+, potassium K+ et le chlore Cl- , même s'il ne représentent qu'un petite partie du poids corporel ont une importance considérable car ils tapissent les membranes de toutes les cellules, constituant ainsi une réserve d'énergie qui leur permet de réguler le transport actif de toutes les molécules entrant ou sortant de la cellule par des canaux ioniques, en fonction de la différence de potentiel électrique qui règne entre les faces internes et externes de la membrane cellullaire.
En fait il n'y a pas « une membrane cellulaire » mais une infinité de membranes très différentes les une des autres selon qu'elles appartiennent au règne végétal, aux organismes microbiens, ou aux différents tissus des animaux. Chacune a sa constitution et ses propriétés physico-chimiques. Elles réalisent une frontière séparant 2 milieux hydratés : l'intérieur et l'extérieur de la cellule.
C'est en étudiant des cas particuliers, membranes d'algues, peau de grenouille, globules rouges, bactéries, etc., que l'on a pu élucider les mécanismes du passage des ions au travers des membranes par des pores. On est passé du modèle simple du film lipidique (cf Lipides 4, Figure 38) hydrophobe, c'est-à-dire rejetant l'eau et les substances hydratées, à un modèle beaucoup plus complexe dans lequel les protéines forment des canaux ioniques, en rose sur la Figure 61, ci-dessous. Seules des molécules ayant une certaine affinité pour les corps gras peuvent diffuser en traversant directement la membrane. Des ions tels que le sodium, le chlore, le potassium la franchissent par des pores qui sont des canaux remplis d'eau et chargés électriquement: négativement sur la face intra cellulaire de la membrane, positivement sur la face externe et à l'intérieur du canal. Les canaux sont le plus souvent fermés. Ils s'ouvrent de temps à autre pour laisser passer les ions entrant ou sortant des cellules, tels des écluses.
Membranes
D'autres molécules ne pénètrent dans la cellule qu'en étant complexées avec des protéines spécialisées dans le transport, les « ligants ».
Enfin les très grosses molécules ayant la taille de particules et insolubles pénètrent dans les cellules par des zones membranaires invaginées. La phagocytose de germes pathogènes ou de débris cellulaires par les leucocytes en est un exemple.
D'une façon générale, il faut considérer que chaque nutriment de nature glucidique, lipidique ou protéique, chaque type de molécule est associé à un système de protéines de transport et d'enzymes lui permettant de franchir la barrière membranaire en entrée ou sortie de la cellule. Il y a un véritable métabolisme des membranes dans lequel les composés minéraux ont un rôle majeur. La distinction entre macroéléments, (calcium, sodium, et autres cations et anions) et oligoéléments ne repose pas uniquement sur l'importance des besoins journaliers et le turn-over, mais aussi sur leur mode d'action dans l'organisme.
Les oligoéléments n'agissent que rarement directement à l'état libre. Ils sont pour la plupart associés à des enzymes dont ils activent l'effet catalytiques (vitesse de réaction et sens de la réaction).
C'est le cas du Fer. L'ion ferrique Fe3+ est par nature un oxydant capable de décomposer les peroxydes, par exemple l'eau oxygénée H2O2. Associé à une enzyme du type catalase, il accélère la décomposition, débarrassant les cellules rapidement de tous les peroxydes qui leurs sont très toxiques.
2 Le Fer
L'homme adulte comporte 4 à 5 grammes de fer avec différentes aptitudes fonctionnelles:
Ces fonctions sont vitales pour l' organisme. Les carences en fer, ou des désordres dans son métabolisme, sont à l'origine de graves pathologies que l'on résume parfois sous le nom d' « anémie », vocable par trop simplificateur. Le bon équilibre du métabolisme impose une circulation (Figure 62, ci-dessous) et une régulation pysico-chimique et hormonale.
Figure 62
a) Les globules rouges sont dépourvus de noyau, du point de vue biologique, ce sont des cellules mortes. Le fer est au centre d'une matrice protéique formant une couronne schématisée sur la figurine de droite. Des milliards de globules rouges circulent dans les vaisseaux sanguins, contenant en tout 1,5 à 3 grammes de fer.
b) Au bout de plusieurs semaines d'activité les globules rouges dégénèrent et se décomposent. Le fer est reçyclé en étant combiné avec une protéine sanguine, la ferrine, à raison de 15 à 30 milligramme/jour, tandis que la protéine globulaire est décomposée en acides aminés réintégrés au pool des acides aminés (cf Protéines 2, Figure 42).
c) Une partie du fer, 0,6 à 1,2 milligramme, est stockée dans les réserves, principalement dans la moelle osseuse.
d) Les cellules des organes de réserve, ou « érythrocytes », entreprennent la construction de nouveaux globules rouges qui sont déversés dans le flux sanguin, à raison de 15 à 30 milligrammes/jour.
e) f) L'alimentation apporte le fer nécessaire pour remplacer les quantités perdues, soit 1 à 3 milligrammes/jour.
Le besoin journalier en fer est en moyenne pour les adultes et les enfants de 10 milligrammes, largement supérieur aux pertes journalières. Le fer est en effet très mal absorbé au niveau de l'intestin. Environ 90 % du fer ingéré est rejeté dans les fèces, surtout quand il s'agit de fer végétal. Aussi on majore les apports (cf tableau Figure 63, ci-dessous) pour éviter les carences, notamment chez les adolescents (apports conseillés 13 à 16 mg/jour), les femmes enceintes (25 à 35 mg/jour) ou allaitantes (13 mg/jour).
3 Autres minéraux
On a évoqué des minéraux utiles, mais il en est qui non seulement ne semblent pas avoir de fonctions, mais ont des effets toxiques à doses très faibles : plomb, arsenic, étain, chrome, etc...Il existent dans les milieux vivants à des concentrations de une à cent parties par million. Les organismes se laissent pénétrer par eux. Se fixant sur des protéines, ils contribuent à accélérer la dégénérescence des cellules qui les captent et les éliminent, non sans dégats pour l'organisme.