RNA分子とタンパク質合成
金属イオンは低いイオン化エネルギーを持つため、体内でイオン状態を保ちやすく、RNAの構造安定化に貢献します。特にマグネシウムとカリウムは、ポリ陰イオンであるRNAに結合し、折りたたみを助けることで、リボソームによるタンパク質合成を効率的に進行させます。
酵素触媒作用
金属イオンは金属錯体を形成し、多くの酵素反応の補因子（コファクター）として働きます。酵素の活性部位に一時的に結合し、基質を正しい位置に導くことで反応速度を高めます。代表例としてDNAリガーゼやヘモグロビンの鉄イオンが挙げられ、金属イオンが結合した酵素は「メタロ酵素」と呼ばれます。
筋肉におけるエネルギー利用
マグネシウムはATP（アデノシン三リン酸）と結合し、筋収縮に必要なエネルギー変換をサポートします。金属イオンが基質の負電荷を安定化させ、反応後に基質が活性部位から離脱できるようにすることで、ATPが次のエネルギー供給サイクルに再利用されます。
遺伝子調節と疾患制御
全タンパク質の約3分の1は金属イオンをコファクターとして持ち、遺伝子発現の調節に関与します。金属イオンの代謝異常はヘモクロマトーシスやメンケス症候群などの遺伝性疾患を引き起こすことがあります。白金族金属は生体内に自然には少ないものの、研究段階で高効率な触媒として利用され、将来的に病態改善に寄与する可能性があります。
鉄の貯蔵と調節
鉄は血液中のヘモグロビンや肝臓の貯蔵形態で不可欠な金属です。トランスフェリンなどのキレート剤が腸管からの鉄吸収を仲介しますが、過剰吸収は鉄中毒を招く危険があります。合成キレート剤は過剰鉄を除去する治療薬として開発が進められています。