硒和硒蛋白的生物学功能(上)
硒的生物学功能及植物的富硒机理
第23卷第6期VOI.23NO.6 湖北农学院学报JOurnaIOfHubeiAgricuIturaICOIIege 2003年12月Dec.2003 文章编号1004-3888200306-0476-05硒的生物学功能及植物的富硒机理”李应生李亚男陈大清湖北农学院生命科学学院湖北荆州434025 摘要综述了硒在植物体内的主要生理功能及对植物生长发育的重要作用分析了植物吸收聚集硒的影响因素并就植物吸收富集硒的机理作了阐述对今后植物硒的分子水平上的研究进行了展望。
关键词硒生物学功能植物富硒机理中图分类号S143.72581 文献标志码A 硒是生态环境中一个十分重要的微量元素是人体克山病、大骨节病的主要原因。
1973年ROtruck首先证实了硒是谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分每一分子酶中含有4个硒原子具有抗氧化作用开始了硒的生物学与无机生物化学研究的新时代1。
近30年来微量元素硒的作用在国内外引起普遍关注据我国“硒与健康”数据库与营养研究表明硒是人体健康和动物体内必需的14种微量元素之一且兼具营养、毒性和解毒三重生物学功能被称为生命的保护剂2。
近年来人们加强了硒在植物中的研究。
薛泰麟等以禾本科的小麦、玉米、豆科的大豆和十字花科的油菜为研究对象证明硒对高等植物具有抗氧化作用它能增强植株体内的抗氧化能力从而提高了植株的抗逆性和抗衰老能力促进了植株的正常生长从而推测硒可能是高等植物的必需微量元素3。
不仅如此增强硒在植物中的富集量积极有效地开发出富硒农业生物产品这对于解决缺硒地区的硒营养问题提高人类的健康水平都具有极其重要的社会经济意义。
1 硒的生物学功能1.1 改变植物组织中活性氧防御酶的活性近年来随着生物膜理论和自由基伤害学说研究的进展人们已逐步认识到硒在清除自由基伤害过程中扮演着重要角色。
硒的抗氧化作用主要是通过提高谷胱甘肽过氧化物酶GSHpx的活性来实现的。
而且硒还能够改变其它活性氧防御酶如超氧化物歧化酶SD、过氧化氢酶CAT和过氧化物酶pD等的活性使各抗氧化系统在机体内存在动态平衡4。
硒元素抗肿瘤：不落的太阳？
1817 年，瑞典化学家 Berzelius JJ 在研究铅室 附着红色残泥的组成时发现了化学元素硒（Selenium）。直到 1957 年，Schwarz K 等才证实硒为人体 维持生命所必需的基本营养元素之一 [1]。1973 年， 研究者进一步证实硒为动物体内谷胱甘肽过氧化酶 （glutathione peroxidase，GSH-Px） 的 必 需 成 分 [2] ； 同年，WHO 宣布硒为人体所必需微量元素 [3]。硒 已被证实具有广泛的生物学功能，特别是对恶性 肿瘤具有良好的预防与辅助治疗作用，本文就硒 与肿瘤的相关性研究进展进行综述，重点介绍硒 的抗肿瘤作用及机制，硒在肿瘤辅助治疗中的应 用及含硒抗肿瘤新药的研发，最后概述硒在肿瘤 防治中现存的争议。 1 人体硒的摄入
肿瘤代谢与营养电子杂志 2015 年 9 月第 2 卷第 3 期 Electron J Metab Nutr Cancer，Sep. 2015，Vol. 2， No. 3
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癌细胞增殖与克隆形成，肿瘤细胞 Bax 表达下调， Bcl-2 表达上调，导致细胞周期改变并诱导细胞凋 亡 [23, 24]。 3.3 硒抗肿瘤的机理 目前，人们对硒的抗肿瘤作用 机理有了一定认识，大致可概括为以下几点（图 1）： 3.3.1 硒抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡的 机制 ：①硒能调控癌基因与抑癌基因的表达，研 究显示补充亚硒酸钠可下调肝癌细胞 c-myc 表达 并上调 c-fos 表达，从而选择性地抑制癌细胞生长 [25] ；②硒能阻断癌细胞分裂增殖信号传导，抑制 蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）的活性，同 时使 cAMP 的分解减慢，cAMP 水平升高，从而 影响肿瘤细胞的生长和增殖 ；硒蛋白及小分子含 硒化合物能够抑制与增殖、凋亡关系密切的 PI3KAkt 信号通路的活性以及 OPN 基因表达 [6]（图 2）； ③硒能调控肿瘤细胞能量代谢，破坏癌细胞线粒 体结构及功能，通过降低胰岛素信号下游 PI3KAkt 磷酸化水平而抑制癌细胞生长 [6] ；④硒能通过 调控 Bcl-2 及 Bax 基因表达来诱导癌细胞凋亡 。 [23]
硒及硒蛋白生物学作用的研究进展
硒的生物学特性有哪些
硒的生物学特性有哪些硒是人和动物必需的微量元素之一。
1953年Schwartz发现Se能使大鼠免遭膳食性的肝坏死，并提出Se是机体不能缺少的一种微量元素。
我国科学工作者经过多年的协同研究于1973年首先提出Se与克山病的发生有密切关系，并进行了大量的临床干预性研究，取得了明显的成效。
从而肯定了Se是人体必不可少的一种微量元素，这些工作引起国际上学者的广泛关注和肯定。
国内外大量研究资料提示，Se有广泛的生物学作用，在预防克山病和某些癌症以及延缓衰老中发挥着越来越大的作用。
硒在血液和组织中的形式可能是多种多样的，但主要是Se通过掺入到蛋白质中发挥作用，Se以两种形式存在于蛋白质中，一种是以可离解的因子存在，另一种是与氨基酸结合以共价键的形式存在。
以第一种形式存在的Se多见于细菌，在哺乳动物中的硒以共价键的形式存在于蛋白质中，其中主要涉及到两个氨基酸，即硒半胱氨酸(Se—Cys)和硒蛋氨酸(Se—Mys)，后者在蛋白质中可代替蛋氨酸的存在，而Se—Cys 只在蛋白质的特定位点发挥特殊的功能，主要是催化氧化—还原反应。
硒是机体必需的物质，它的最主要的生物学功能是构成谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—Px)的重要成分，催化还原型谷胱甘肽(GSH)变成氧化型谷胱甘肽(GSSG)，使有毒的过氧化物变为无毒的羟基化物。
H2O2在GSH—Px的催化下被分解，从而保护细胞及其组织不被过氧化物损伤，特别是保护细胞和细胞器的膜，如线粒体、微粒体、溶酶体的膜。
硒和维生素E都是抗氧化剂，它们之间具有协同作用。
硒是以谷胱甘肽过氧化物酶的方式起作用，催化H2O2分解成H2O，发挥抗氧化作用，从而保护细胞及组织免于受过氧化物的损害。
而维生素E则是阻止不饱和脂肪酸被氧化为水合氧化物，另外，硒参与辅酶Q的合成。
有人认为，硒还能在体内使有毒的金属如砷、汞等失活。
有关Se的生物学作用在70年代证明它是谷胱甘肽过氧化物酶的重要成分，因此，它在细胞抗氧化系统中具有极其重要的作用。
硒在生命科学中的作用
⼈类在长期的进化过程中，不断地寻找和选择⾷物以改善膳⾷，以此在⼈体的营养⽣理需要和膳⾷之间建⽴平衡。
如果这种平衡失调，即膳⾷不能适应⼈体的营养需要，就会产⽣不利于⼈体健康的影响，甚⾄导致某些疾病。
由于新陈代谢，⼈体每天都有⼀定量的⽆机盐通过各种途径排出体外，因此有必要通过膳⾷予以补充。
那么，⼈们如何得到完美的营养，使各种物质刚好满⾜⼈体的营养需要？⽬前，⼈们正致⼒于改善包括营养物质在内的质量和美味，寻找饮⾷中含量很低的微量元素，例如：铬、钼、镍、钒、硒等，以及⾷物中包含有与⾦属离⼦相匹配的合适的配位体，以保证必需元素易被机体吸收，⽽且含量适宜。
长期以来，⼈们已经知道，适量的糖、蛋⽩质和维⽣素等有机成分以及铁、钙等⽆机成分对健康是必不可少的。
然⽽，⼈们对许多其它元素的需求，由于它们在⼈体中的含量太低⽽被忽视了，特别是微量元素，它们在⼈体内含量极少，但确能积极参与⽣命活动过程和其它营养素如碳⽔化合物、蛋⽩质、某些维⽣素的合成和分解代谢等。
因⽽在⽣命活动过程中也显得尤为重要。
硒作为⼀种化学元素，⼀直被认为是⼀种对⼈畜有毒的物质。
直到1957年，Schwarz等发现从酿酒酵母中分离出的⽣物活性因⼦Ⅲ（即硒），能预防⽼⿏因VE缺乏⽽引起的肝坏死，才使⼈们认识到硒是动物体的必需微量元素之⼀。
硒是维持⽣物体健康所需的重要微量元素之⼀。
⽣物体通过外界环境（⼟壤、地球和⼤⽓）获得硒，但由于地球上硒分布的不均匀性，使得不同地区之间可以有很⼤差别，⽽这种不均匀性必然对动、植物的硒状态产⽣影响，并通过⾷物链最终影响到⼈体。
硒作为⼀种必需微量元素，其⽣化功能是多⽅⾯的。
其中最重要的是它作为硒酶或硒蛋⽩的活性成分⽽发挥的抗氧化作⽤。
可以说，它的抗氧化性是硒的各种⽣化作⽤的基础。
（⼀）含硒酶的抗氧化作⽤ 硒的⽣物抗氧化作⽤可分为酶的和⾮酶的两类，前者主要是通过含硒⾕胱⽢肽过氧化物酶（GSH-Px）进⾏的。
GSH-Px ⼴泛存在于哺乳动物的红细胞、肝、⼼、肾等组织细胞中，它催化还原型⾕胱⽢肽（GSH）还原体内有害的过氧化物，从⽽保护⽣物膜（红细胞膜和内膜系统如肝线粒体和微粒体）免受过氧化物引起的氧化损伤。
硒结合蛋白1生物功能及抗肿瘤作用机理的研究
硒结合蛋白1生物功能及抗肿瘤作用机理的研究硒做为一种人体必须的微量元素对于人体各种机能的提高和多种疾病的预防和治疗都具有潜在的重要价值,长期较低的硒摄入量对人体健康具有多种不利的影响。
由于我国约有70%的土地处在全球的缺硒带上,其上产出的各种动、植物和微生物产品都属于缺硒产品,而无机码的摄入又会对人体产生多种毒副作用,因此硒蛋白做为一种有机硒的代表成为各种富硒食品和硒相关药品研究的热点。
然而硒蛋白的生物功能多样,作用靶点广泛,具体抗病机制尚不清楚,阻碍了其在医药和食品中的进一步应用,因此对硒蛋白结构和功能以及抗病分子机制的研究具有重要意义。
硒结合蛋白1(SBP1)做为一种新型的含硒蛋白可能参与了人体细胞高尔基体蛋白运输等多个重要的生化进程,并通过与多种其它蛋白的相互作用影响细胞内的信号传导发挥其潜在的抑癌功能。
本研究旨在通过蛋白组学的方法对SBP1的生物功能进行研究揭示其参与癌症发生的具体信号通路和分子机制,并通过SBP1与谷胱甘肽过氧化物酶(GPx1)的相互作用研究以及两者与硒的协同作用揭示新的肿瘤发病机制,进一步了解SBP1的结构,并为硒所介导的个性化肿瘤预防提供重要的理论基础。
主要研究结果分述如下:1.研究了SBP1在体内和体外对肿瘤细胞生物学行为的影响利用诱导型病毒载体pRetroX-Tight-Pur构建了SBP1哺乳动物细胞诱导质粒pRetroX-Tight-Pur-SBP1,并通过单克隆筛选得到了SBP1稳转诱导结肠癌细胞HCT116-TetSBP1。
使用该细胞在体外培养条件下大量诱导SBP1蛋白的表达,并测定肿瘤细胞各种生物学行为的变化。
通过对细胞增殖,细胞迁移和细胞凋亡的检测发现SBP1的诱导表达对体外培养肿瘤细胞的增殖和迁移影响不大,能够诱导部分细胞发生凋亡但效果不显著。
将诱导SBP1表达的HCT116-TetSBP1细胞注射到裸鼠体内,并在体内维持SBP1的诱导表达,检测其对肿瘤细胞生长和转移的影响,发现体内诱导SBP1表达不仅显著抑制了肿瘤细胞在裸鼠皮下的生长而且显著减少了肿瘤细胞向肺部的转移。
硒元素的功能作用及其在畜禽中的研究进展
硒元素的功能作用及其在畜禽中的研究进展作者：肖再利来源：《湖南饲料》2018年第04期摘要：硒元素是人和动物体内必需的微量元素，大量的研究表明，在合理范围内运用硒对人和动物的健康十分有益。
本文对硒元素的生物学功能、有机硒与无机硒的对比、动物对硒的需要量以及硒的缺乏表现与防治措施等方面做一阐述，以期对硒在动物生产中的应用提供理论支持。
关键词：硒;功能;畜禽;研究1 前言硒（Se）是由瑞士化学家JonsjacobBerzelius于19世纪初在探析用于制造硫酸的铅盒壁上的红色沉淀物时发现的。
然而，硒在最初的报道中一直被认为有明显的毒害作用，能导致动物畸形和死亡。
直到1957年，Eeggert等报道，缺硒的猪会发生心肌，肝坏死和骨骼肌变性而突然死亡。
同年，Schwarz等发现硒可以防止维生素E缺乏性肝坏死。
1973年美国食物和药物委员会规定鸡、猪日粮配合中微量元素为铜、铁、碘、锰、钴、锌、硒七种物质。
1974年，美国FDA批准允许在动物饲料中添加硒。
同年，有机硒产品问世，一种能天然地将硒结合进其体蛋白的啤酒酵母菌株被发现。
1990年，硒在血液中的运输机理被确定是以硒蛋白的形式进行的。
如今硒已经得到了全世界科学家的认同，这推动着硒在人和畜禽中的健康发展。
随着各种富硒产品，例如富硒鸡蛋、富硒牛奶和富硒鸡肉等出现在大众的视野.硒的功能和作用逐渐被大众所重视，硒逐漸成为了研究开发的热点，它作为一种微量元素，在人和畜禽的生长发育之中是十分重要的。
本文就硒元素的生物学功能、有机硒与无机硒的对比、动物对硒的需要量以及硒的缺乏表现与防治措施以及这四个方面展开综述，并对硒元素在畜禽中的发展提出建议和展望。
2硒元素的生物学功能2.1抗氧化作用与抗衰老作用硒元素具有抗氧化和抗衰老的作用。
硒分别以含硒氨基酸和含硒蛋白质这两类化合物的形式存在于动物体内，硒代氨基酸主要由硒代蛋氨酸（ Se-Met）和硒代胱氨酸（Se-Cys）组成，而含硒蛋白质中.最主要的是GSH-Px，它的生理功能是抗氧化作用，并且广泛存在于所有组织之中，它能催化还原型谷胱甘肽fGSH1.把体内有害过氧化物（ROOH）还原为无害的羟基化合物，再通H2O2分解，这不仅能保护细胞膜的结构和正常功能免受过氧化物的损害和干扰，还减少了活性氧，使得氧化脂类以及不饱和脂肪酸的机会减少，自由基才不会过量产生，另外硒还能分解脂肪酸氢过氧化物.调节细胞氢过氧化物转变中的环氧合酶和脂氧合酶间的平衡，不致产生过量的自由基，从而抵抗氧化和衰老。
硒和硒蛋白的生物学功能(上)
硒和硒蛋白的生物学功能(上）摘要:动物摄入硒的主要来源是食物。
据ＷHO 公布的资料，全球有40 多个国家属于低硒和缺硒地区,故单靠食物的硒远远不能满足动物生长发育的需要。
牛、羊生产者4．45亿美元的损失。
因而在1974 年,在审查了给家畜谨慎服用硒衍生物不会造成成致癌危险的基础上，ＦDA 批准了鸡、猪日粮中(亚硒酸盐和硒酸盐来源)不得超过 0.1mg/kｇ，火鸡不超过 0.2 mg/ｋg。
此后 FDA 又制定了 7 个修正案，将硒的使用范围扩大到所有的动物鸡、火鸡、鸭、猪、羊、牛，并将允许使用量增加至0.3mg／ｋg。
硒是GSH－PX （谷胱苷肽过氧化物酶）酶系的必需部分。
它能催化还原型谷胱苷肽,使谷胱苷肽(GSH）变为氧化型谷胱苷肽（GSSG）,使有毒的过氧化物还原成无害的羟基化合物，同时促进Ｈ２Ｏ２分解,从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害。
张世珍等以小鼠为试验材料进行硒与动物自由基代谢内在关系的研究,结果表明Se 缺乏可导致小鼠肝脏自由基代谢紊乱，表现为ＧSＨ－Pｘ的活力下降,脂质过氧化物及相关组织内自由基水平升高,且随着缺硒状态的延续,自由基代谢紊乱状态进一步加剧。
ＧSＨ-Ｐx 酶系主要包括四种不同的GＳH-Px，它们分别为胞浆GSＨ-Px,血浆ＧSH-Pｘ，磷脂过氧化氢ＧSＨ-Ｐx,及胃肠道专属性GSH-Px。
胞浆GSH－Px由四个相同的2２个kｄ的亚基组成的四聚体,每个亚基含有一个分子硒半胱氨酸。
它分布于机体的大部组织中,特别是肝脏红细胞最多，它的生化功效是催化 GSH 参与的过氧化反应，清除在细胞呼吸过程中产生的过氧化物和羟自由基，从而减轻细胞膜多不饱和脂肪酸的过氧化作用。
血浆ＧSH-Px 的构成与胞浆GSＨ-Ｐx 一致。
它主要分布于人的血浆中,它的功能目前不是非常明确，但已证实与清除细胞外的过氧化氢或参与GSH 的运输有关。
磷脂过氧化氢ＧSH-Px 是分子量为２0kd 的单体，含有一分子的硒半胱氨酸。
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硒和硒蛋白的生物学功能（上）
摘要：动物摄入硒的主要来源是食物。
据 WHO 公布的资料，全球有 40 多个国家属于低硒和缺硒地区，故单靠食物的硒远远不能满足动物生长发育的需要。
牛、羊生产者4.45 亿美元的损失。
因而在1974 年，在审查了给家畜谨慎服用硒衍生物不会造成成致癌危险的基础上，FDA 批准了鸡、猪日粮中（亚硒酸盐和硒酸盐来源）不得超过 0.1mg/kg，火鸡不超过 0.2 mg/kg。
此后 FDA 又制定了 7 个修正案，将硒的使用范围扩大到所有的动物鸡、火鸡、鸭、猪、羊、牛，并将允许使用量增加至0.3mg/kg。
硒是GSH-PX （谷胱苷肽过氧化物酶）酶系的必需部分。
它能催化还原型谷胱苷肽，使谷胱苷肽（GSH）变为氧化型谷胱苷肽（GSSG），使有毒的过氧化物还原成无害的羟基化合物，同时促进H2O2 分解，从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害。
张世珍等以小鼠为试验材料进行硒与动物自由基代谢内在关系的研究，结果表明 Se 缺乏可导致小鼠肝脏自由基代谢紊乱，表现为GSH-Px 的活力下降，脂质过氧化物及相关组织内自由基水平升高，且随着缺硒状态的延续，自由基代谢紊乱状态进一步加剧。
GSH-Px 酶系主要包括四种不同的GSH-Px，它们分别为胞浆GSH-Px，血浆GSH-Px，磷脂过氧化氢 GSH-Px，及胃肠道专属性 GSH-Px。
胞浆 GSH-Px由四个相同的 22 个 kd 的亚基组成的四聚体，每个亚基含有一个分子硒半胱氨酸。
它分布于机体的大部组织中，特别是肝脏红细胞最多，它的生化功效是催化 GSH 参与的过氧化反应，清除在细胞呼吸过程中产生的过氧化物和羟自由基，从而减轻细胞膜多不饱和脂肪酸的过氧化作用。
血浆GSH-Px 的构成与胞浆GSH-Px 一致。
它主要分布于人的血浆中，它的功能目前不是非常明确，但已证实与清除细胞外的过氧化氢或参与GSH 的运输有关。
磷脂过氧化氢GSH-Px 是分子量为20kd 的单体，含有一分子的硒半胱氨酸。
它最初从猪的心脏和肝脏中分离得到。
它存在于几种组织中，以睾丸中含量最高。
它能抑制膜磷脂过氧化，主要是双亲性物质过化物。
胃肠道专属性GSH-Px 由四个22kd 的亚基构成的四聚体，它只存在于啮齿类动物的胃肠道中，它的功能是保护哺乳动物免受摄入脂质过氧化物的毒害。
结束语：
近年来，饲料行业对微量元素硒有了更深层次的认识，硒的功能性效果重新得到重视。