Notas de Micronutrientes - Unidad I (Biquímica de Alimentos)

Definición y conceptos clave

  • Nutrientes esenciales: aquellos que el organismo necesita para funcionar correctamente y no puede sintetizar en cantidades adecuadas.
  • Grupos de iones: cationes (iones con carga positiva) y aniones (iones con carga negativa).
  • Funciones en los alimentos y la fisiología: actúan como co-factores en sistemas enzimáticos; participan en la estructura molecular (p. ej., hierro en la hemoglobina; sulfuros en proteína; cobalto en la vitamina B12).
  • Componentes inorgánicos de los alimentos; contenidos variables entre alimentos y a lo largo del tiempo.
  • Antinutrientes (ANF): compuestos que alteran la absorción de nutrientes (Vitaminas, minerales, proteínas) e inhiben la actividad enzimática; su efecto depende de edad, especie, procesamiento y otras interacciones nutricionales.
  • Efectos variables de ANF en biodisponibilidad; podrían ser beneficiosos cuando se consumen dentro de la matriz alimentaria natural o tras procesamiento adecuado.
  • Fuentes y ejemplos de ANF: lectinas, goitrogénicos, fitatos y oxalatos.
  • Enlaces a lecturas: Malik et al. (2023) sobre macrominerales; Alteración de la absorción y biodisponibilidad de nutrientes por ANF (Salim et al., 2023); revisión de antinutrientes en la literatura de alimentos funcionales (López-Moreno et al., 2022).

Macrominerales (≥50 mg/día)

  • Concepto: macrominerales son aquellos minerales requeridos en cantidades relativas mayores que los microminerales; su definición aparece como “superiores a 50 mg/día”.
  • Tabla de referencia de contenido en el cuerpo humano (contenido aproximado por kg de peso corporal):
    • Calcio: 10−20extg/kg10-20 ext{ g/kg}
    • Fósforo: 6−12extg/kg6-12 ext{ g/kg}
    • Potasio: 2−2.5extg/kg2-2.5 ext{ g/kg}
    • Sodio: 1−1.5extg/kg1-1.5 ext{ g/kg}
    • Cloro: 0.4−0.5extg/kg0.4-0.5 ext{ g/kg}
    • Magnesio: (valor no especificado claramente en la tabla mostrada) ~1-1.2 g/kg
  • Observación general: estos minerales cumplen funciones estructurales y enzimáticas, participan en el equilibrio osmótico, y/o como cofactores de enzimas y en la formación de moléculas clave (hueso, proteínas, hormonas, etc.).

Calcio (Ca)

  • Minería de calcio: mineral más abundante en el cuerpo; en un adulto de ~70 kg hay ~1.2 kg de Ca; ≈99% en hueso.
  • Absorción, metabolismo y excreción
    • Absorción intestinal depende de la vitamina D: entre 25%−75%25\% - 75\% (varía con edad, cantidad ingerida, lactosa, vitamina D plasmática y ejercicio).
    • Excreción: renal y por tracto gastrointestinal (Ca fecal: porción no absorbida de dieta y de restos de mucosa, jugos digestivos y bilis).
    • Factores que aumentan la absorción: lactosa y aminoácidos básicos forman complejos con Ca; fibra dietética reduce la absorción.
    • Fuente: leche, productos lácteos, pescados, harinas integrales, frutos secos y legumbres.
  • Funciones y vitamina D
    • La vitamina D activa (1,25-dihidroxicolecalciferol) eleva Ca plasmático por 3 mecanismos:
      1) Aumenta la captación de Ca^{2+} (y PO$_4^{3-}$) en el intestino; Ca2+Ca^{2+} y fosfato se absorben más.
      2) Incrementa la reabsorción de Ca$^{2+}$ en el riñón.
      3) Aumenta la resorción ósea cuando es necesario para liberar Ca.
    • Funciones principales del calcio: estructura ósea y dental (hidroxiapatita), contracción muscular (unido a la troponina C), transmisión de impulsos nerviosos, coagulación, transporte de iones y señalización celular (segundo mensajero).
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia asociada a baja ingesta y deficiencia de Vitamina D; riesgo de osteoporosis y alteraciones en la homeostasis Ca/P.
    • Exceso asociado a consumo excesivo de suplementos (≈2 g/día o más).
  • Notas y relaciones
    • Interacciones clave: vitamina D optimiza absorción; relación Ca/P importante para desarrollo óseo.

Fósforo (P)

  • Importancia: sexto mineral más abundante en el organismo (≈0.8–1.1% del peso total); ~80% en hueso y dientes.
  • Absorción, metabolismo y excreción
    • Absorción intestinal ≈70% (depende de la vitamina D plasmática).
    • Excreción renal y por tracto gastrointestinal.
  • Fuentes dietéticas: carnes, pescados, leche y derivados, frutos secos, legumbres y cereales; presentes también en alimentos procesados a los que se añade este mineral.
  • Funciones
    • Participa en la formación de ATP y otros intermediarios metabólicos fosforilados; es un componente indispensable de las membranas celulares (fosfolípidos).
    • Función estructural junto a Ca y Vitamina D: nucleótidos (base nitrogenada + azúcar desoxirribosa + grupo fosfato).
  • Deficiencias y excesos
    • Deficiencia rara; presente en todos los alimentos y con absorción intestinal alta.
    • Exceso: no suele presentarse en condiciones normales; esencial para la función celular y el metabolismo energético.

Magnesio (Mg)

  • Segundo catión más abundante en el medio intracelular; reserva principal en huesos y músculos.
  • Absorción, metabolismo y excreción
    • Absorción intestinal ~45%. Interviene en numerosos procesos celulares y es cofactor de>300 enzimas que catalizan reacciones dependientes de ATP; Mg se une a ATP formando Mg-ATP, sustrato de enzimas como cinasas.
  • Fuentes dietéticas: nueces, frutos secos, hortalizas, cereales; presencia de fitatos y oxalatos puede disminuir biodisponibilidad; lácteos, huevos y pescados también aportan Mg.
  • Funciones
    • Papel estructural en huesos y dientes; intercambio Ca–P entre hueso y otros tejidos; cofactor de >300 enzimas; participa en la señalización y en el metabolismo de glucosa, lípidos y proteínas; influencia la permeabilidad de membranas y la transmisión neuromuscular.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia asociada a consumo alto de productos procesados, alcoholismo, vómitos, diarreas, malabsorción.
    • Exceso: generalmente no Tóxico por vía oral en condiciones normales; puede haber situaciones patológicas.

Sodio (Na)

  • Principal catión del líquido extracelular; ~2% del contenido mineral del organismo.
  • Funciones
    • Mantiene la presión osmótica y el volumen del compartimento extracelular; contribuye al equilibrio ácido-base; participa en la conducción de impulsos nerviosos y función CV.
  • Absorción y excreción
    • Absorción intestinal rápida; excreción mayoritariamente por orina, con aporte menor por heces y sudor.
    • La ingesta debe igualar la excreción para mantener volumen extracelular estable.
  • Fuentes dietéticas: sal de mesa como principal fuente; frutas, verduras, carne y pescado: menor; embutidos y snacks: mayor.
  • Exceso y déficit
    • Exceso: hipertensión, retención de líquidos.
    • Deficiencia: rara; causas por vómitos, diarreas, deshidratación por sudor extremo.

Cloro (Cl)

  • Principal anión del líquido extracelular; ~3% del contenido mineral.
  • Funciones
    • Mantiene presión osmótica y equilibrio osmótico del compartimento extracelular; controla el pH sanguíneo; componente de secreciones gástricas y digestivas.
  • Absorción y excreción
    • Absorción intestinal rápida; excreción por orina y, en menor medida, heces y sudor.
  • Fuentes dietéticas
    • Principal fuente: sal de mesa; baja en alimentos no procesados y agua.
  • Exceso y deficiencia
    • Exceso: sin efectos graves significativos salvo problemas renales en ciertos casos.
    • Deficiencia: alteraciones cardíacas, musculares, renales y metabólicas.

Potasio (K)

  • Primer catión del líquido intracelular; ~5% del contenido mineral.
  • Funciones
    • Mantenimiento del equilibrio osmótico intracelular y balance ácido-base; participación en desarrollo celular; contribuye a la contracción cardíaca; relación entre K y masa muscular.
  • Absorción y excreción
    • Absorción intestinal principal; excreción mayoritariamente por orina (≈90%) y algo por heces.
  • Fuentes dietéticas
    • Frutas, hortalizas, legumbres, frutos secos, carne fresca, pescados, productos de soja, leche y yogur.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia: debilidad muscular, arritmias, presión arterial elevada.
    • Exceso: arritmias severas.

Azufre (S)

  • Presente en aminoácidos que contienen azufre; participa en moléculas como quimi necesarias para proteínas y enzimas.
  • Funciones
    • Presente en aminoácidos esenciales (metionina), y en la síntesis de cisteína; componente de proteínas como queratina y colágeno; participa en metabolismos de CHO y lípidos.
  • Fuentes dietéticas
    • Legumbres, repollo, coliflor, cebolla, ajo, espárragos, zanahoria, carne y huevo, vísceras, entre otros.
  • Absorción y excreción
    • Absorción intestinal; excreción principalmente por vía urinaria; relación con la ingesta de proteínas.

Microminerales (concentraciones <50 mg/día)

Flúor (F)

  • Elemento traza; se localiza en dientes, piel, tiroides, huesos, plasma y vísceras.
  • Absorción y excreción
    • Absorción intestinal delgada: 75–80%; estómago 20–25%; excreción principal por orina.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia asociada a caries dental; exceso produce fluorosis y aumento de densidad ósea.
  • Fuentes dietéticas
    • Agua potable con flúor, pescados, té; en menor proporción carnes, huevos, cereales, hortalizas y frutas.
  • Funciones
    • Previene caries dental; fortaleza ósea.

Hierro (Fe)

  • Requerimientos y biodisponibilidad
    • Requerimientos: mujeres en edad fértil ≈ 15 mg/día; hombres y mujeres posmenopáusicas ≈ 10 mg/día; mujeres embarazadas ≈ 30 mg/día.
  • Absorción, metabolismo y excreción
    • Digestión gástrica facilita absorción en el intestino delgado.
    • Formas: Fe^{2+} (ferroso) se absorbe mejor que Fe^{3+} (férrico).
    • Inhibidores: fitatos, calcio, carbonatos, oxalatos, fosfatos, salvado, yema de huevo, caseína, polifenoles.
    • Facilitadores: ácido ascórbico, HCl, carne de vacuno, pescado, presencia de proteínas, aminoácidos, ácido cítrico y azúcares simples.
  • Fuentes dietéticas
    • Carne, pescados, pollo; legumbres (lentejas, garbanzos, porotos negros).
    • Fe^{2+} (ferroso) en alimentos de origen animal; Fe^{3+} (férrico) en vegetales; biodisponibilidad mayor para Fe^{2+}.
  • Funciones
    • Hemoglobina y transporte de O$2$ y CO$2$; mioglobina; participa en el transporte de electrones en la cadena respiratoria; componente de enzimas como catalasa, peroxidasa, transferrina, ferritina, hemosiderina.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia por malabsorción, crecimiento, pérdidas (hemorragias, diarreas, parásitos); hierro bajo.
    • Exceso poco frecuente; puede conducir a depósitos y toxicidad.

Cobre (Cu)

  • Elemento traza; biodisponibilidad limitada en algunos alimentos.
  • Absorción y excreción
    • Absorción en duodeno y estómago (pequeña fracción).
    • Excreción mayoritariamente por vías biliares y secreciones GI.
  • Funciones
    • Co-factor de numerosas enzimas (oxidoreductasas), por ejemplo SOD Cu/Zn; necesario para convertir Fe almacenado en hemoglobina.
  • Fuentes dietéticas
    • Mariscos, ostras, cacao, cereales integrales, nueces, papas, legumbres, vísceras, frutas deshidratadas, levadura.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia: fatiga, baja Cu en sangre, menor número de glóbulos rojos, cadera de Ca en huesos; retraso en crecimiento.
    • Exceso: náuseas, vómitos, daño hepático y renal, posible ictericia si se excede capacidad de hígado.
  • Facilitadores/Inhibidores
    • Facilitadores: proteína animal, leche e histidina.
    • Inhibidores: caseína (leche), fitatos, fructosa, ácido ascórbico, zinc, níquel, molibdeno.

Zinc (Zn)

  • Función principal
    • Cofactor de >100 enzimas implicadas en metabolismo de CHO, proteínas y síntesis de ácidos nucleicos; involucrado en LDH, peptidasas, anhidrasa carbónica, enzimas de ADN y síntesis de proteínas, SOD, y factores de transcripción con dedos de zinc para unión al ADN.
  • Biodisponibilidad y requerimientos
    • Absorción principalmente en intestino delgado; excreción principalmente por riñones, piel e intestino.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia: retardo del crecimiento, hipogonadismo, retraso en cicatrización de heridas.
    • Exceso: poco frecuente; puede causar molestias gástricas.
  • Fuentes dietéticas
    • Mariscos (ostras), carne de vacuno, aves, pescados, hígado, leche, huevos, cereales refinados, trigo, maíz, maní, chocolate.
  • Inhibidores y facilitadores
    • Inhibidores: fibra y fitatos (la alta fibra reduce biodisponibilidad).
    • Facilitadores: histidina, metionina y cisteína.

Yodo (Iodine, I)

  • Elemento traza; pletado como yoduro.
  • Absorción y excreción
    • Absorción completa y rápida por el intestino; excreción renal.
  • Funciones
    • Síntesis de hormonas tiroideas; regulación del metabolismo energético y la producción de calor.
  • Fuentes dietéticas
    • Mariscos, pescados, algas; leche y huevo; hortalizas, frutas y cereales (dependen del contenido de iodo en el suelo y cultivo); consumo de sal yodada; alimentos procesados.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia: bocio en adultos; cretinismo en niños.
    • Exceso: hipertiroidismo, bocio por exceso; bociógenos como crucíferas y Allium pueden interferir con la absorción tiroidea.
  • Notas
    • Bociógenos: sustancias naturales que pueden interferir en la función tiroidea; pueden agravar deficiencia de yodo.

Manganeso (Mn)

  • Funciones
    • Constituyente de la enzima SOD; regula metabolismo de CHO, lípidos y proteínas; estructura ósea y desarrollo del sistema nervioso central; regulación de la función inmune.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia más frecuente en lactantes por baja concentración en la leche; exceso no es tóxico por vía oral, pero hay casos de intoxicación en trabajadores expuestos a humos.
  • Absorción, metabolismo y excreción
    • Absorción: bajo (1–16%); biodisponibilidad reducida por Fe^2+, fibra y ácido fítico; excreción mayoritariamente por heces (~99%).
  • Fuentes dietéticas
    • Carne, productos lácteos y pescado; frutos secos, cereales, legumbres y granos enteros; té, café; suplementos dietéticos.

Selenio (Se)

  • Fuentes dietéticas
    • Alto: leche y productos lácteos, legumbres, carnes y vísceras (riñón e hígado), cereales y derivados; nueces.
    • Bajo: hortalizas, azúcares, grasas, pescados y bebidas; contenido depende del suelo y agua.
  • Absorción y excreción
    • Absorción en estómago e intestino proximal; menor absorción por interacción con Cu; excreción mayoritariamente por orina; incorporado a proteínas como selenometionina y selenocisteína.
  • Funciones
    • Integrante de selenoproteínas clave (glutatión peroxidasa, tiorredoxina reductasa); acción antioxidante; se potencia con Vitamina E para prevenir peroxidación lipídica.
  • Deficiencia
    • Puede provocar enfermedad de Keshan (cardiovascular y fibrosis) en zonas con bajo contenido de Se en suelo.

Cobalto (Co) – Ultratraza

  • Absorción y excreción
    • Absorción comparte mecanismo de transporte del Fe; más en deficiencia de Fe; excreción principalmente urinaria, fecal y sudor.
  • Función
    • Parte esencial de la vitamina B12; el requerimiento se expresa en base a la vitamina B12.
  • Fuentes dietéticas
    • Alimentos de origen animal: mariscos (principal fuente), carnes, pescados, lácteos.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia asociada a déficit de vitamina B12.
    • Exceso: ingesta elevada de Co inorgánico puede inducir hiperplasia de la médula ósea y incremento del volumen sanguíneo.

Molibdeno (Mo) – Ultratraza

  • Funciones
    • Componente estructural de la molibdopterina; cofactor para enzimas sulfito oxidasa, xantina oxidasa y aldehído oxidasa (oxidación-reducción), necesarias para metabolismo de aminoácidos que contienen azufre (metionina, cisteína), degradación de nucleótidos y metabolismo de purinas.
  • Fuentes dietéticas
    • Legumbres, productos a base de cereales y frutos secos; contenido variable según alimento; fuentes animales y frutas tienden a ser más bajas.
  • Exceso y toxicidad
    • Toxicidad poco frecuente; puede haber dolor articular en exposición laboral en minas.

Cromo (Cr) – Ultratraza

  • Fuentes dietéticas
    • Contenido alto: pimienta negra, champiñones, vino tinto, levadura de cerveza, ostiones, carne, hígado, uvas, papas, cerveza, té, café e infusiones.
    • Contenido intermedio: mariscos, pescados, granos enteros, productos lácteos y salvado.
    • Contenido bajo: frutas y verduras; refinado de cereales reduce su contenido.
  • Funciones
    • Cromodulina (proteína que contiene Cr) facilita la unión de la insulina a su receptor y regula los niveles de glucosa en sangre.
  • Deficiencia y exceso
    • Deficiencia: alteración de la tolerancia a la glucosa y metabolismo de lípidos, con perfiles de dislipidemia; daños neuronales posibles.
    • Exceso: síntomas inespecíficos como náuseas y diarrea; algunos mecanismos de mejora de captación de glucosa descritos.

Resumen de roles y relaciones entre micronutrientes

  • Muchos micronutrientes actúan como cofactors (ej., Zn, Cu, Mn, Se) y como componentes estructurales (p. ej., Fe en hemoglobina, Ca en hueso).
  • Interacciones clave: vitamina D mejora absorción de calcio; vitamina C mejora absorción de hierro férrico; presencia de fitatos/fibras puede reducir biodisponibilidad de Zn, Fe y Mn; iones como Ca, P y Mg interactúan en la homeostasis ósea y energética.
  • Importancia de la dieta: fuentes lácteas, carnes, pescados, legumbres, granos enteros y frutos secos son habituales para proveer múltiples minerales; la matriz alimentaria puede modular efectos de ANF y la biodisponibilidad.

Conexiones con principios y relevancia práctica

  • En nutrición clínica, la monitorización de requerimientos (mg/día) según sexo y estado fisiológico (embarazo, lactancia) es clave para prevenir deficiencias como anemia, osteoporosis y desórdenes tiroideos.
  • La salud ósea depende de calcio, fósforo y magnesio, así como de vitamina D y la adecuada ingesta de potasio; la homeostasis hormonal regula estos procesos.
  • La biodisponibilidad de hierro depende del estado de hierro (Fe^{2+} vs Fe^{3+}) y de cofactores como la vitamina C; las dietas vegetarianas deben considerar estrategias de mejora de absorción.
  • Antinutrientes pueden modular la biodisponibilidad, por lo que la preparación de alimentos (remojo, cocción, fermentación) puede influir en la disponibilidad de nutrientes esenciales.

Notas éticas, filosóficas y prácticas

  • Equilibrio entre nutrientes y antinutrientes: en algunas dietas, los compuestos que limitan la absorción pueden tener efectos beneficiosos en dosis bajas (p. ej., fitatos como antioxidantes) pero negativos cuando se consumen en exceso.
  • Considerar variabilidad individual: edad, genética, estado de salud y exposición ambiental influyen en la biodisponibilidad y el riesgo de deficiencias o toxicidades.
  • Relevancia ambiental y de políticas públicas: la fortificación de alimentos (p. ej., yodo en la sal) ha sido una estrategia efectiva para prevenir deficiencias en poblaciones.

Formatos y fórmulas relevantes (ejemplos)

  • Absorción de Ca dependiente de vitamina D: extAbsorcioˊnCa=f(extVitD,extedad,extdieta,extejercicio)extconunrangode25%−75%.ext{AbsorciónCa} = f( ext{VitD}, ext{edad}, ext{dieta}, ext{ejercicio}) ext{ con un rango de } 25\%-75\%.
  • Complejo Mg-ATP: ext{Mg}^{2+} + ext{ATP}
    ightarrow ext{Mg-ATP complex}.
  • Estructura de un nucleótido (base nitrogenada + desoxirribosa + grupo fosfato): extNucleoˊtido=extbase+extdesoxirribosa+extgrupofosfato.ext{Nucleótido} = ext{base} + ext{desoxirribosa} + ext{grupo fosfato}.