从生物无机化学角度分析硒元素的生理功能

从生物无机化学角度介绍硒元素的生理功能 刘紫薇 化学学院 09 级 摘要 硒是人体必须的营养微量元素 是生物多种酶和蛋白质的重要组成成分 为人体所必需 具有很强 的生物活性 参与多种生理生化作用 本文从硒的存在形式和在人体中的结构入手 着重论述硒的生理功 能 最后讨论硒与其他元素的关系及硒用量和来源 关键词 硒 结构 生理功能 用量 来源 一 前言 常见的硒的化学形式有硒酸盐 亚硒酸盐硒蛋氨酸和硒半胱氨酸 机体中所有按化学 定量结合硒的蛋白均以半胱氨酸硒形式存在 二 硒在人体内的分布与存在形式 人的细胞和组织中都含硒 一般来说 肝脏 肾脏 胰腺 垂体及毛发硒含量较高 肌肉 骨骼和血液中相对较低 脂肪组织中最低 在不同组织中 硒在细胞内的分布不同 人体内的硒以硒的硒蛋白和含硒蛋白两种形式存在 即发现的硒蛋白大多是具有重要作用 的酶 故又称硒酶 硒蛋白是硒在机体内存在的主要功能形式 目前已在发现并分离了至 少 35 种硒蛋白 其中功能比较明确的硒蛋白是 谷胱甘肽过氧化物酶家族 脱碘酶家族 硫氧还原酶家族 硒磷酸化物合成酶 精子线粒体膜硒蛋白 34ku 精子 DNA 结合硒蛋白 15ku 前列腺上皮硒蛋白和人淋巴细胞硒蛋白 硒蛋白 P 硒蛋白 W 和一种存在于多种组织 中的 18ku 硒蛋白 它们具有防止膜结构及生物大分子的氧化损伤 合成并调节 DNA 表达 促进精子生成 发育及维持其活力 保护内皮细胞和芜湖肌肉组织的正常功能等广泛的生 理作用 2 1 细胞谷胱甘肽过氧化物 GPx1 硒是以半胱氨酸硒的形式 位于 GPx1 的活性中心上 GPx1 是体内重要的抗氧化酶之 一 他以还原性 GSH 为底物 催化还原不同种类的氢过氧化物 从而清除组织中有害的氢 过氧化物和自由基 保护生物大分子和生物膜结构免受过氧化物损伤 2 2 磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶 GPx4 GPx4 是一种膜结合酶 具有界面性 能作用于膜和睡相之间的界面 对磷脂氢过氧化 物的活性较高 对于保护生物膜的完整性具有重要意义 它还能保护细胞免受氧化型低密 度脂蛋白的损伤 祈祷预防动脉粥样硬化的作用 2 35 脱碘酶 5 脱碘酶分为 型 硒是组织中 型 型脱碘酶的组成成分 其存在形式 与 GPx 相同 半胱氨酸硒位于活性中心上 型脱碘酶活性与硒水平呈正相关 型脱碘 酶虽不是硒酶 但其活性也受硒营养水平的调控 3 种脱碘酶的主要作用是维持机体甲状 腺激素代谢的动态平衡 一是将低活性的四碘甲腺原氨酸 T4 转化为高活性的三碘甲腺 原氨酸 T3 二是使甲状腺激素降解为或死那个低或无活性的形式 缺硒是一起脱碘酶活 性下降 导致 T4 向 T3 转化受阻 引起甲状腺激素代谢紊乱 2 4硒蛋白 P 硒蛋白 P 含有多个巯基和硒原子 具有很强的还原能力 它参与血红素的代谢 可作 为自由基的清除剂 保护肝脏功能 避免肝坏死和脂质过氧化 三 硒的生理功能 3 1 抗衰老 硒在体内形成的谷胱甘肽过氧化物酶具有抑制过氧化反映 清除有害自由基 分解过 氧化物和修复分子损伤的作用 能够防止脂质过氧化对细胞膜的破坏反映 另一方面 硒 还能够加强机体内维生素 A 维生素 E 的抗氧化作用 硒通过抑制脂质过氧化反应 能有 效地延缓人类衰老过程 3 2 防癌抗癌 实验证明 硒能够减少肿瘤细胞的 DNA RNA 及蛋白质的合成 抑制其增殖及能量代谢 硒的防癌抗癌作用主要体现在三个方面 1 拮抗致癌物质的诱癌性 对机体内汞 砷 铊 铜等元素的毒性及诱癌性有拮抗作用 对其他有机致癌剂如黄曲霉毒素 二乙基亚硝 胺等 亚硒酸钠也能够有效地拮抗其诱发的 cGMP 升高 降低其诱癌性 2 抑制肿瘤细胞 的生长 无论富氧还是乏氧状态下 硒对人肿瘤细胞分裂增殖均有抑制作用 硒对肿瘤细 胞有杀伤作用 对健康细胞有保护作用 3 协同抗癌药物治疗癌症 硒与常用抗癌药物 具有协同效应 加硒抗癌药物具有更好的抑制肿瘤细胞生长的能力 此外 硒还能够拮抗 抗癌药物顺铂的毒性 3 3 防止心血管疾病 硒与心血管的结构 功能 疾病的发生及防治密切相关 低硒引发心血管疾病与系缺 乏而造成 GSH px 的活性下降 脂质过氧化物蓄积和氧化利用降低从而损害心肌细胞有关 适宜浓度的亚硒酸钠能明显减轻脂质过氧化所引发的心肌细胞的细胞收缩 肌原纤维及生 物膜系统的损伤程度 3 4 增强机体免疫力 1990 年的研究表明 含硒的 GSH Px 能催化还原型谷胱甘肽 生成氧化型谷胱甘肽 是有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物 并使 H2O2 分解 阻止自由基产生脂质过氧化 反应 保护细胞膜不受损伤 还能破坏体内的一些环氧化物 改变致癌物的代谢方向 阻 止黄曲霉素 B1 AFB1 对肝癌的诱发 抑制肿瘤的有氧酵解及能量供应 使机体免疫力增强 3 5 天然解毒剂 硒作为带负电荷的非金属离子 有一种与重金属结合的强烈倾向 能拮抗和减弱机体 内砷 汞 铬等微量元素的毒性 在生物体内可以与带正电荷的有害金属离子相结合形成 金属 硒 蛋白质复合物 把能诱发癌变的有害金属离子直接排除体外 或以胆汁分泌排出 体外 消解了金属离子的毒性 起到解毒和排毒作用 故获得了 天然解毒剂 的美名 同时 硒与汞之间存在拮抗作用 汞 影响硒的吸收 分布 利用 相反硒也可以改变汞的 积累部位和积累方式 另外 硒与砷也能发生相互作用而形成无毒的化合物 从而减弱砷 的毒性及对机体脏器的损害 四 硒的用量和来源 4 1 硒的用量 硒对人体意义重大 因此 1988 年中国营养学会将硒列为 15 种人体每日膳食必须营养 之一 专家指出 硒的安全生理需要量为 50ug d 适宜的摄入范围为 50 250ug d 4 2 硒的来源 天然食物中硒含量由高到低的顺序是 动物内脏 海产品 鱼 蛋 肉 油料 豆类 粮食 蔬菜 水果 在粮食作物中大豆类含硒量最高 其次为小麦 水稻 玉米含硒量较低 植物 性食品中 芝麻 花生 苋菜 黄花菜 淡菜 大蒜 圆葱 蘑菇含硒量较高 五 硒的中毒及治疗 5 1 硒中毒 硒摄入不足会导致多种疾病 但硒同时具有毒性 机体摄入过量的硒时 能抑制某些 酶的活性 使人出现 食欲减退 呕吐 毛发脱落 指甲变形 烦躁 疲惫 皮肤损伤 肝损伤 肾损伤 神经系统功能异常等 5 2 诊断及治疗 硒中毒的一个最特征性的诊断指标是中毒者呼出大蒜味气息 硒代谢产生的经呼吸道 派粗的少量二甲基硒化合物 另外 很多患者感到口中有金