硒在生命科学中的应用研究概况(三)

来源:未知更新时间:2011-04-02 08:44 作者:中国补硒协会点击:次

2. 硒的生物利用度

如何决定和预测饮食硒的生物利用度是一个与畜牧业、农业有关的问题，在人类营养方面有很明显的实用价值。生物利用度是在某特定条件下某营养物对生物体的正常结构和生理过程支持利用的定量量度。涉及三个方面：1）肠胃中化学和物理作用的有效性，即使摄入物质的一部分得到吸收。2）把无机物质吸收到肠粘膜细胞，通过细胞输送到体没循环中。3）把无机物转化为具有生物活性的形式。膳食中硒的利用是一些生理及代谢过程的净结果。用几种不同方法侧得的人体及实验动物体内硒的表现吸收率结果表明，无机硒化合物及硒代氨基酸的表现吸收率总体是好的（70%），但不同来源及同一来源内部的差异仍然是很大的。评估硒生物利用度的方法有三种：第一种方法为“预防法”，它涉及评估已知计量硒在实验动物模型上降低硒缺乏病发病率及改善硒症状方面的相对有效性。第二种方法是“组织残留量”生物监测法，它涉及评价已知剂量硒在维持不同组织硒水平方面的相对有效性，此法可用于任何种属动物，包括那些不产生营养性硒缺乏病理改变的动物，并且可以利用一些容易取得的组织，如血浆、红细胞或血小板等，使用这一方法能用于人类研究。第三种方法是“功能性生物监测”法，它评估已知剂量硒在维持不同组织中与硒有关的代谢因子（GSH—PX，PHG—PX，IT45′D）的活力方面的相对有效性，它和组织残留法一样可运用于可预先耗竭硒的任何种属动物，可以进行血浆或血小板等GSH—PX活力的测定，并且可应用于人类研究。

3. 微生物的硒代谢

在代谢中，微生物能把亚硒酸钠还原为红色的单质硒，甚至有些细菌和真菌（蘑菇）还能把亚硒酸盐及硒酸盐还原成易挥发的有机硒化合物，如甲硒醚等。这里的还原过程也是一个酶作用的生化过程。

一是硒—硫竞争与取代。在微生物中可观察到硒与硫的竞争性拮抗，如硫酸盐干扰对硒酸盐的吸收，其他含硫化合物如硫胺素（VB1）在一定程度上对抗硒酸盐的毒性。硒在一定程度上对硫取代，即一些微生物能适应高浓度的硒化合物。硒对硫的取代只能是部分地，仅当硫少量存在时，细胞才利用硒，硒仅能取代正常硫需要量的30%—40%。在硒酸盐介质中微生物是线性增长而不是指数增长，增长效率（每克利用的葡萄糖所生产的细胞克数）较硫酸盐低。

二是还原与氧化。微生物代谢中硒被还原的可能性远较硒被氧化的可能性大，这证实了硒在生物体内倾向于还原而区别于硫的原理，其生物学意义是其中“硒还原酶”水平较高的缘故，细菌还原亚硒酸盐的能力与在亚硒酸盐存在下生存的能力有关。硒在微生物中的代谢还原机理依物种而异。对于酵母菌而言，其还原机理又有所不同。酵母的游离细胞产物也能还原亚硒酸盐成单质硒。有关微生物对硒的氧化，黑曲菌能将亚硒酸盐氧化为硒酸盐，单质硒氧化为硒酸盐。

三是硒代氨基酸。某些微生物在利用生长介质中的硫酸盐合成蛋氨酸时，若介质中有硒存在，也能同时合成硒代蛋氨酸，即蛋氨酸中的部分地被硒取代。若培养介质中有硒代蛋氨酸，能通过与蛋氨酸相同的酶促反应结合入微生物的蛋白质。硒代蛋氨酸几乎能完全取代蛋氨酸，其生长和分裂所必需的酶仍然起作用。硒代氨基酸和含硫氨基酸几乎表现出相同的反应性，这样的酶反应，对硒的毒性有重要作用。高浓度硒化合物，由于硫化合物代谢酶的代谢作用，蛋白质、核酸、多糖中的硫原子无序地被硒原子置换，不能发挥正常的功能，含硫化合物的代谢被拮抗性地抑制而发生毒性。

四是挥发性甲基化合物的形成。某些微生物能将无机硒化合物或硫化合物转变为甲基化产物。如霉菌能将亚硒酸盐或硒酸盐转变为二甲基硒化物。它亦可从无机砷酸盐和碲酸盐分别产生三甲基砷和二甲基碲化合物。硒的微生物甲基化非常广泛。污水泥浆和土壤中的微生物能将硒化合物转变为二甲硒化物、二甲基二硒化物和二甲基代砜等挥发性的甲基化产物。对于在高硒浓度下生存的微生物，甲基化过程可能是其排毒的一个重要步骤，通过它可将有毒的硒排放到大气中。微生物甲基化现象可能是硒在地质——生物循环中向大气迁移的途径之一。

4. 植物的硒代谢

（1）、硫—硒拮抗。含硫化合物施加于土壤中必减少作物或其他植物对硒的吸收，相当多的有关硒的吸收和毒性的影响因素的研究都归结到硫—硒拮抗方面。硫—硒拮抗效应与硫及硒化合物的形式有关。硫酸盐能明显地降低硒酸盐的吸收和毒性，其他硫的化合物在某些情况下也能抵消硒酸盐对植物的毒性。硒酸盐被植物吸收后，经代谢作用以一系列硫的类似物的形式存在于植物中，并产生毒性作用，而硫的化合物则可能抵消植物体内产生的这些硒化合物的影响。磷酸盐、亚砷酸盐以及组氨酸均可降低亚硒酸盐和硒酸盐对植物的毒性。硒酸盐和硫酸盐的竞争性吸收是硒—硫拮抗的一个方面，小麦和蔓状紫云英植物中硒的积蓄依赖于其生长介质中硒和硫的浓度，在大麦根中也发现硒酸盐和硫酸盐竞争吸收一运输点，其中两种分子的浓度比决定每一种被吸收的程度，若硒—硫比例不变而总量变化，植物的生长反应及硫酸盐或硒酸盐的吸收量将保持不变，若二者比例改变则影响其生长和这两种物质的吸收。硒酸盐和硫酸盐离子以相同的亲和力结合于根部的细胞膜上的相同结合部位，并表现为竞争性结合，这种共同的结合位点为载体或渗透酶，经由这种载体或酶的吸收是一种主动运输过程。植物体内硫与硒的比例并非近似乎外部环境中的比例，而是远离于外部比例，硫酸盐和硒酸盐与载体的结合并非是进入细胞的惟一途径。亚硒酸盐的吸收—运输更为复杂，也是一个主动吸收过程，能被呼吸抑制剂所阻止。

（2）、硒代氨基酸的形成。很多植物，尤其是非积聚硒的植物中，硒大都以硒代氨基酸的形式被结合于植物蛋白质。如黑麦牧草、小麦和苜蓿中都有硒对含硫氨基酸中硫的广泛取代。硒在生物体内的代谢基本上是沿着硫代谢的途径进行。紫云英属那样一群植物，可在含有高浓度硒浓度硒的土壤中生长，高效地吸收硒合成各种各样含硒氨基酸，以硒积聚植物中分离鉴定的含硒氨基酸有Se-甲基硒代半胱氨酸，Se-丙烯基硒代半胱氨酸，硒代高胱氨酸，硒代胱氨酸γ—谷氨酰基一硒甲基代半胱氨酸、硒代胱硫醚，硒代蛋氨酸，硒甲基硒代胱氨酸。Se-甲基硒代半胱氨酸的类似物为S-甲基半胱氨酸，与同一个酶体系有关。硒积聚植物即使大量地吸收硒能生长，这类植物具有很高的解毒功能。这类植物可以防止硒原子无序地进入蛋白质和核酸，具备解毒能力，即使进入也具备修复的功能，而硒非积积聚植物更易于将硒结合入蛋白质。硒代半胱酸或硒代胱氨酸一旦取代植物蛋白质中的半胱氨酸或胱氨酸，则明显地引起蛋白质结构和功能的改变，最终使植物中毒。小麦和其他谷类中存在硒代蛋氨酸，没有发现存在硒代半胱胺、硒代胱氨酸、硒代同型胱氨酸。丝氨酸是紫云英属植物合成半胱氨酸和硒代半胱氨酸的中间产物。无机硒盐必须先还原为硒，才再被结合于（Se2-）代氨基酸。在植物的高氧化态硒还原中，叶绿体含有半胱氨酸合成酶，将还原产物Se2-结合入硒代半胱氨酸。

（3）、挥发性硒化合物。无论是硒积聚植物或硒非积蓄植物，在含硒介质中生长时都可产生挥发性硒化合物，干燥贮存的硒积聚和硒非积聚植物中的硒可以挥发形式损失。挥发性硒化合物的产生量与培养介质中的硒化合物的形式有关，在亚硒酸盐溶液中培养的植物所释放的挥发性硒比硒酸盐溶液中培养的多10—16倍。挥发性硒化合物的种类与植物是硒积聚植物还是硒非积聚植物有关，硒集聚植物产生二甲基二化物，硒非积聚植物产生二甲基硒化物。

（二）硒的毒性

硒指示植物对硒具有很高的耐受力，能将大量的硒贮存于非生物活性的氨基酸中。当土壤的硒含量高于0.5μg/g时，在这种土壤中很可能生长出含硒4—5μg/g甚至更高硒含量的植物。当某地区有富集硒的植物或富硒土壤或者二者兼有之时，这些地区动物摄入硒的量较高，会造成硒中毒。造成动物硒中毒包括偶然性硒化合物之中毒和在科研工作中实验动物硒中毒。硒化合物对人的毒性比较强，在某些硒含量特别高的地区居民可发生硒中毒。随着人们对硒在生命过程中作用的认识不断提高，特别是对硒作为多功能营养素有防治疾病方面的作用的认识的提高，人们除利用亚硒酸钠外，还开发出硒酵母、硒多糖等多种含硒化合物用以防治各种疾病。对硒的毒性的了解，尤其是对各种新开发出的硒化合物的毒理学的深入研究，将有助于指导人们正确地使用含硒药物，造福人类。

1、动物的硒中毒

（1）家畜的硒中毒。包括急性硒中毒和慢性硒中毒。慢性硒中毒分为“家畜晕倒病”（亦称“蹒跚病”）和“碱毒病”两种类型。家畜急性硒中毒发生于高硒天然植物被家畜大量食用时引起，由于高度富硒植物不可口且有不好气味，动物通常辟开不食，因而死于急性中毒者相当罕见。在家畜饥不择食情况下，因急性硒中毒导致牲蓄大量死亡亦发生过。据报道，1971年对一次偶然性的小牛急性硒中毒进行观察研究，当时因预防白肌病而对小牛作肩胛骨或皮下注射的亚硒酸钠溶液制备中发生错误，将正确的2.4mgSe/ml错配成20mgSe/ml，结果每头小牛接受了100mgSe(5ml注射液)，约为0.5mgSe(kg体重)，为正确剂量（12mgSe）的8.4倍。接受注射后2小时死亡1头，24小时内死亡18头，48小时内死亡38头、72小时内达75头，五周后接受注射的557头小牛中死亡376头（67%），主要临床表现是呼吸困难。

家畜晕倒病通常因长时间食用含硒100—10000μg/g指示植物所引起。家畜“碱毒病”最先（1860年）在美国内布拉斯加州（Nebraska）发现证实。碱毒病型慢性硒中毒通常是家畜持续服食含硒高于5μg/g而低于40μg/g的饲料所引起的。慢性硒中毒带来了动物繁殖能力下降的严重后果。一般认为，饲料中含硒量为1—4μg/g时，即出现家畜慢性中毒现象。

（2）实验动物的硒中毒，有急性中毒、亚急性中毒以及慢性中毒几种情况。实验动物急性硒中毒最严重的病理变化发生于心肌和肺，同时也影响肾和肝。亚硒酸钠对动物的最小致死量（mg/kg体重）分别为，大鼠：3.0—5.7；兔0.9—1.5；狗：2.0；马：1.5；牛：4.5—5.0。小鼠口服亚硒酸钠的LD50（半数致死量）为9.1—11.9mg(kg体重)，在服药5—15分钟后出现急性中毒症状。

硒在实验动物体内有明显的积蓄作用，对于实验动物，用最低致死量的16%—50%（20—30μg/g）连续给药能引起亚急性中毒。当兔被给予30μg/g含硒食物50天内，比未给硒的兔长得更快更健壮，但继续补硒超过50天后，则发生急性衰弱，尸检发现有肠炎、肾炎和中毒性肝营养不良。

（3）饲料或饮水中的硒含量超过7μg/g时，可引起实验动物慢性硒中毒。慢性硒中毒对实验动物的主要影响是肝脏损伤，表现出肝功能受损和肝硬化、肝腹水等症状。此外还包括贫血和繁殖能力受损等。

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