镁是有机体代谢不可或缺的常量元素，涉及碳水化合物、脂肪和蛋白质分解与合成，特别是与能量相关的代谢。据报道，作为活化剂（Activator），镁参与600多种酶促反应，与物质和能量代谢息息相关。直到1755年，Joseph Blank发现镁是一个化学元素，并推测人类腹痛、便秘、扭伤和肌肉痉挛与镁缺乏有关。后来Leroy（1926）发现镁与有机体生化反应密切相关，是维持健康和实现生命活动的必需元素。

一、镁元素吸收

镁原子或离子半径比钙小，水合能力强。镁有两个水合层，水合半径远大于钙，相当于钙的25倍。镁与钙同属碱土金属，化学活性和电荷数类同，但两种元素的吸收机制则截然不同。因为镁水合分子量大，不像钙那样能够顺利地经过肠上皮细胞紧密蛋白进入细胞。镁元素须先经脱水，降低水合分子量或以非水合物的形式吸收，脱水消耗大量的有效能（ATP）。镁吸收有两个途径，吸收位点和机制亦不同。

（一）被动扩散：像其他许多矿物元素一样，镁通过连接肠上皮细胞的连接蛋白通透性吸收，其中主要是紧密连接蛋白（Claudin）。空肠和回肠是吸收镁的主要场所，十二指肠次之。吸收过程受肠腔镁原子含量的动力学影响，也与细胞内外电势差有关系，属于非耗能被动吸收。

（二）主动转运：由非特异性的氧化还原离子通道瞬时感受器（TRPM）跨膜或通道介导的易化扩散途径吸收，吸收过程可能与钠离子梯度偶联，也就是Na+/Mg²⁺交换流程。因为涉及能量消耗，故被称之为主动吸收。主动转运主要出现在结肠，盲肠也吸收部分，但量小。有关镁元素在大肠主动转运学说仍众说纷纭，有待探讨。

二、机体镁分布

（一）镁存在形式：机体镁以三种形式存在，蛋白结合镁、无机络合镁和游离镁：蛋白结合镁和无机络合镁几乎不参与代谢，是镁的储备形式。镁离子（Mg²⁺）也叫活性镁，量少但具有特别重要的化学特质。

（二）镁的分布：约99%的镁分布在骨骼和肌肉软体组织中，其中近50%-60%与羟基磷灰石（Hydroxy apatite）结合，形成骨骼的表层，是骨骼的结构元素，助力于骨骼坚韧度，也有利于钙、磷元素动用。胞内大部分镁分布在核糖体（Ribosome）、多核苷酸和ATP酶，其次才是线粒体。

三、镁的物化特性与生物价值

因为机体活性镁含量非常有限，加之既往检测技术的局限性，镁元素的生物学价值一直没有得到足够重视，一度成为被忽略的阳离子（Jeronen Baaij，2015）。

作为结构物质，镁元素与DNA、RNA和骨骼等有关，是组织构型和维持细胞完整性的物质基础。以活性元素Mg²⁺参与酶促反应，且与肌肉收缩与舒张、神经传导和电解质平衡等密切相关。

（一）调节渗透压，防止便秘：无机盐释放出的镁离子结合水的能力强，镁水合物的半径相当于去水镁离子半径的400倍，分别是钙和钾水合半径的25倍和4倍。大分子镁水合物不易被吸收，因此改变了肠腔渗透压，肠上皮血管水分、小分子和一些非极性物质渗入肠腔引起轻泻，实践中多用于妊娠动物，防止便秘。

（二）生化作用：镁是600多种酶的辅因，活化与碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢有关的酶系统，而且是核酸、ATP和内分泌合成反应的必需元素。镁参与的酶促反应如下：

1、Mg²⁺与酶促反应

镁离子易形成八面体几何构型，具有中心原子特质和配位能力，在酶促反应中调整底物定位，促进磷酸基团转移。

式中S代表底物，P代表产物，E是酶。

上式与普通酶促反应的中间产物学说无异，但在Mg²⁺参与的反应中，Mg²⁺的底物是ATP，经与ATP上的磷酸基团配位形成螯合物（Mg-ATP），介导化学反应，反应如下：

2、参与葡萄糖无氧酵解、有氧氧化和有效能生成

从葡萄糖活化到丙酮酸生成的无氧酵解涉及10步反应，Mg²⁺参与所有与激酶有关的反应，其间经过消耗ATP和底物磷酸化净获2分子ATP。示例如下，

（1）葡萄糖被活化成葡萄糖-6-磷酸

（2）1，3-二磷酸被转化为3-磷酸甘油，通过底物磷酸化产生ATP

3、参与氨基酸活化和蛋白质合成

饲料蛋白质经消化酶降解为氨基酸或小肽，吸收进入细胞后，氨基酸经Mg²⁺参与的酶活化，氨基酸按照mRNA转录的DNA指令合成肽链和蛋白质。示例如下：

（三）Mg²⁺与核苷酸：Mg²⁺与核糖体、多核苷酸结构上带负电荷的氧和氮结合，形成轻键，稳定DNA和RNA天然构型和遗传功能。

（四）Mg²⁺与骨骼组织和肌肉舒张

1、Mg²⁺以羟基磷灰石结合态存在，是有机体镁的主要储存库，维持血镁平衡。磷灰石镁有活化钙、磷作用，有助于骨骼钙、磷释放。

2、Mg²⁺与肌肉组织：肌肉组织舒张与收缩是钙、镁相互拮抗、相互依存关系的结果，是正常生理现象。肌肉组织特别是横纹肌释放出的Ca²⁺与肌蛋白和肌浆蛋白结合，影响钙依从的第二信使乙酰胆碱释放，引起这些蛋白质的构型变化与收缩。Mg²⁺通过与神经元接触，影响钙依从的乙酰胆碱释放，稳定神经膜电位，舒张横纹肌，有节奏地调节肌肉收缩与舒张。缺乏或不足导致应激性亢奋和肌肉痉挛。通过舒张横纹肌膜电位和参与丙酮酸脱羧反应，Mg²⁺降低肌肉组织乳酸积聚，防止酸中毒和改善酮体肉质。

3、Mg²⁺是细胞内钾离子后的第二大阳离子，介导细胞内、外阳离子、阳离子与阴离子间电解质平衡，维护胞、内外渗透压和酸碱平衡。镁缺乏引起离子交换紊乱，有效能消耗增加，能量利用率降低。

4、镁是钙的拮抗剂

消化道镁竞争钙吸收通道，影响钙吸收，因此镁是钙的天然拮抗剂。日粮中镁添加剂类型、添加量和Ca²⁺/Mg²⁺比对维护Ca²⁺-ATPase活性和钙的转运机制非常重要，细胞Mg²⁺浓度的些许变化都可能波及第二信使钙信号传导紊乱。并且，肌肉组织中，钙、镁相互依从、拮抗，维持肌动纤维舒张与收缩。

四、结语

一段时间以来，镁元素营养价值没有得到充分认可，镁添加剂，如硫酸镁只被用作轻泻剂，防止便秘。近年来已经确认镁不仅是骨骼系统的构建成分和镁储存库，并为钙、磷动用创造条件。镁作为酶系统活化剂，参与碳水化合物、脂肪和蛋白质分解与合成，改善与细胞渗透压和酸碱平衡有关的电解质平衡，降低因辐射、传导和对流提高的食后体增热（Heat increment），提高生长率和能量利用率，改善肉质品质。