Magnesium dalam biologi

Magnesium adalah unsur esensial dalam sistem biologis. Magnesium terdapat secara khusus sebagai ion Mg²⁺. Unsur ini merupakan nutrisi mineral esensial bagi kehidupan dan terdapat dalam setiap jenis sel di setiap organisme. Misalnya, ATP (adenosin trifosfat), sumber utama energi dalam sel, harus berikatan dengan ion magnesium agar aktif secara biologis. Apa yang seringkali disebut sebagai ATP sebenarnya adalah Mg-ATP. Karenanya, magnesium berperan dalam stabilitas semua senyawa polifosfat dalam sel, termasuk yang terkait dengan sintesis DNA dan RNA.
Lebih dari 300 enzim memerlukan kehadiran ion magnesium untuk aksi katalitiknya, termasuk 'semua' enzim yang menggunakan atau mensintesis ATP, atau yang menggunakan nukleotida lain untuk mensintesis DNA dan RNA.
Pada tumbuhan, magnesium diperlukan untuk sintesis klorofil dan fotosintesis.

Fungsi

Keseimbangan magnesium sangat penting untuk keberlangsungan seluruh organisme. Magnesium adalah ion yang relatif berlimpah di kerak bumi dan mantelnya dan sangat tersedia secara biologis di hidrosfer. Ketersediaan ini, dalam kombinasi dengan kimia yang berguna dan sangat tidak biasa, mungkin telah mengarah pada pemanfaatannya dalam evolusi sebagai ion untuk pensinyalan, aktivasi enzim, dan katalisis. Namun, sifat yang tidak biasa dari magnesium ionik juga menyebabkan tantangan besar dalam penggunaan ion dalam sistem biologis. Selaput biologis tidak dapat ditembus oleh magnesium (dan ion-ion lainnya), sehingga transpor protein harus memfasilitasi aliran magnesium, baik ke dalam maupun ke luar sel dan kompartemen intraseluler.
Klorofil pada tanaman mengubah air menjadi oksigen O₂. Hemoglobin pada hewan vertebrata mengangkut oksigen sebagai O₂ dalam darah. Klorofil sangat mirip dengan hemoglobin, kecuali magnesium berada di pusat molekul klorofil dan besi berada di pusat molekul hemoglobin, dengan variasi lain. Proses ini membuat sel-sel hidup di bumi tetap hidup dan mempertahankan tingkat batas bawah CO₂ serta O₂ di atmosfer.

Kesehatan manusia

Asupan magnesium yang tidak memadai sering menyebabkan kejang otot, dan telah dikaitkan dengan penyakit kardiovaskular, diabetes, tekanan darah tinggi, gangguan kecemasan, migrain, osteoporosis, dan infark serebral. Defisiensi akut (lihat hipomagnesemia) jarang terjadi, dan lebih sering terjadi sebagai efek samping obat (seperti alkohol kronis atau penggunaan diuretik) daripada dari asupan makanan yang rendah, tetapi dapat terjadi pada orang yang diberi makan secara intravena untuk periode waktu yang lama.
Magnesium orotat dapat digunakan sebagai terapi bantu bagi pasien dengan pengobatan optimal untuk gagal jantung kongestif, meningkatkan tingkat kelangsungan hidup dan meningkatkan gejala klinis serta kualitas hidup pasien.

Hipertensi

Magnesium sulfat intravena digunakan dalam mengobati pre-eklampsia. Untuk selain hipertensi terkait kehamilan, meta-analisis dari 22 uji klinis dengan rentang dosis 120 hingga 973 mg/hari dan dosis rata-rata 410 mg, menyimpulkan bahwa suplementasi magnesium memiliki efek yang kecil tetapi signifikan secara statistik, menurunkan tekanan darah sistolik sebesar 3–4 mm Hg dan tekanan darah diastolik hingga 2–3 mm Hg. Efeknya lebih besar ketika dosisnya lebih dari 370 mg/hari.

Diabetes dan tolerasi glukosa

Asupan magnesium yang lebih tinggi sesuai dengan insiden diabetes yang lebih rendah. Bagi penderita diabetes atau berisiko tinggi diabetes, suplementasi magnesium menurunkan glukosa puasa.

Rekomendasi asupan

Institute of Medicine (IOM) Amerika Serikat memperbarui Estimasi Kebutuhan Rata-Rata (EAR) dan Angka Kecukupan Gizi (AKG) untuk magnesium pada tahun 1997. Jika tidak ada informasi yang cukup untuk membuat EAR dan AKG, sebuah estimasi yang ditunjuk yakni Asupan yang memadai (AI) digunakan sebagai gantinya. EAR untuk magnesium untuk wanita dan pria saat ini yang berusia 31 tahun ke atas adalah 265 mg/hari dan 350 mg/hari masing-masing. RDA sebesar 320 dan 420 mg/hari. AKG lebih tinggi dari EAR sehingga dapat mengidentifikasi jumlah yang akan mencakup orang dengan persyaratan lebih tinggi dari rata-rata. AKG untuk kehamilan adalah 350 hingga 400 mg/hari tergantung pada usia wanita. AKG untuk rentang laktasi 310 hingga 360 mg/hari dengan alasan yang sama. Untuk anak usia 1–13 tahun, AKG meningkat dengan usia dari 65 hingga 200 mg/hari. Untuk keamanan, IOM juga menetapkan Tingkat asupan atas yang dapat ditoleransi (UL) untuk vitamin dan mineral ketika bukti cukup. Dalam kasus magnesium, UL diatur pada 350 mg/hari. UL khusus untuk magnesium yang dikonsumsi sebagai suplemen makanan, alasannya karena terlalu banyak magnesium yang dikonsumsi pada satu waktu dapat menyebabkan diare. UL tidak berlaku untuk magnasium yang bersumber dari makanan. Secara kolektif EAR, AKG, dan UL disebut sebagai Asupan Referensi Diet.

Sumber makanan

Sayuran hijau seperti bayam menyediakan magnesium karena banyaknya molekul klorofil, yang mengandung ion magnesium. Kacang (terutama kacang Brasil, jambu monyet dan almond), biji (misalnya, biji labu), coklat hitam, kacang kedelai, bekatul, dan beberapa serealia utuh juga merupakan sumber magnesium yang baik.

Kimia biologis

Mg²⁺ adalah ion logam paling melimpah keempat di sel (per mol) dan kation bivalen bebas paling berlimpah — sebagai hasilnya, ion tersebut secara mendalam dan intrinsik dikaitkan ke dalam metabolisme seluler. Memang, enzim yang bergantung pada Mg²⁺ muncul di hampir setiap jalur metabolisme: Pengikatan spesifik Mg²⁺ pada membran biologis sering diamati, Mg²⁺ juga digunakan sebagai molekul pensinyalan, dan banyak dari biokimia asam nukleat membutuhkan Mg²⁺, termasuk semua reaksi yang membutuhkan pelepasan energi dari ATP.