Selen u biologiji

[thumb|[Selenocistein je glavna organska molekula koja uključuje selen kod ljudi.]]
Selen je esencijalni mineralni mikronutrijent za životinje, iako je toksičan u velikim dozama. U biljkama se ponekad javlja u toksičnim količinama kao krmno bilje, npr. lokovka. Selen je komponenta aminokiselina selenocisteina i selenometionina. Kod ljudi, selen je element u tragovima nutrijent koji funkcionira kao kofaktor za glutation-peroksidaze i određene oblike tioredoksin-reduktaze. Proteini koji sadrže selen proizvode se iz neorganskog selena putem intermedijara selenofosfata (PSeO33−).

## Funkcije kod životinja 
Selen je esencijalni mikronutrijent kod sisara, ali se u prekomjernoj količini prepoznaje i kao toksičan. Selen ostvaruje svoje biološke funkcije putem selenoproteina, koji sadrže aminokiselinu selenocistein. Dvadeset pet selenoproteina kodirano je u ljudskom genomu.

### Glutation-peroksidaza
Porodica enzima glutation-peroksidaza (skraćeno GSH-Px) katalizira redukciju vodik-peroksida  i organskih hidroperoksida:
:2GSH + H2O2   →   GSSG  +  2 H2O
Dva H atoma doniraju tioli u procesu koji počinje oksidacijom selenol bočnog lanca u GSH-Px. organoselenijumski spoj ebselen je lijek koji se koristi za dopunjavanje djelovanja GSH-Px. Funkcionira kao katalizator za uništavanje vodik-peroksida.

Srodni enzim koji sadrži selen u nekim biljkama i životinjama (tioredoksin- reduktaza) generira reducirani tioredoksin, ditiol koji služi kao izvor elektrona za peroksidaze, a također i važan redukcijski enzim ribonukleotid-reduktaza koji stvara prekursore DNK iz prekursora RNK.

### Dejodinaze
Selen također ima ulogu u funkcioniranju štitne žlijezde. Učestvuje kao kofaktor za tri hormona štitne žlijezde, dejodinaza. Ovi enzimi aktiviraju, a zatim deaktiviraju različite hormone štitne žlijezde i njihove metabolite. Može inhibirati Hashimotovu bolest, autoimunsku bolest kod koje imunski sistem napada vlastite ćelije štitnjače. Prijavljeno je smanjenje antitijela na štitnjaču za 21% pri unosu 0,2&nbsp;mg selena putem prehrane.

### Formiat-dehidrogenaza
Neki mikroorganizmi koriste selen u format-dehidrogenazi. Format se proizvodi u velikim količinama u mitohondrijama jetre (ćelije jetre) embrionskih ćelija i u ćelijama raka putem folatnog ciklusa.

Format se reverzibilno oksidira enzimom format-dehidrogenaza:
:HCO2−  →   CO2  +  H+  +  2 e−

### Tioredoksin-reduktaza 
Tioredoksin-reduktaza koristi par cistein-selenocistein za redukciju disulfida u tioredoksin. Selenocistein je raspoređen u neobičnu Sec-His-Glu katalitsku trijadu, koja podešava njegov pKa.

## Uloge kod neživotinja 
Selenoproteini koji sadrže selenocistein nalaze se u širokom spektru organizama, iako nisu univerzalni. Drugim riječima, neki oblici života nemaju potrebu za selenom.

Pored selenoproteina koji sadrže selenocistein, postoje i neki selenoproteini poznati iz bakterijskih vrsta, koji imaju selen nekovalentno vezan. Smatra se da većina ovih proteina sadrži selenidni ligand za kofaktor molibdopterin na svojim aktivnim mjestima (npr. nikotinat-dehidrogenaza iz *Eubacterium barkeri* ili ksantin-dehidrogenaza). Selen je također specifično ugrađen u modificirane baze nekih bakterijskih tRNK (kao 5-metilaminometil-2-selenouridin).

Biljke poznate kao hiperakumulatori selena sposobne su koncentrirati selen u svoje nadzemne dijelove. One ne samo da mogu tolerirati visoke nivoe selena u svojim tijelima, već i aktivno traže selen u tlu. Vjeruje se da ovo djeluje kao odbrana od biljojeda i patogena, jer ovi drugi organizmi nemaju isti nivo otpornosti na toksičnost selena. Ovo također može imati alelopatski učinak protiv konkurentskih biljaka.

## U ljudskoj ishrani 
### Preporuke za ishranu
Američki institut za medicinu (IOM) ažurirao je 2000. godine Procijenjene prosječne potrebe (EAR) i Preporučene prehrambene doze (RDA) za selen. Ako nema dovoljno informacija za utvrđivanje EAR i RDA, umjesto toga se koristi procjena označena kao Adekvatan unos (AI). Trenutni EAR za selen za osobe starosti 14 i više godina iznosi 45 μg/dan. RDA iznosi 55 μg/dan. RDA su veće od EAR kako bi se identifikovale količine koje će pokriti osobe sa potrebama višim od prosječnih. RDA za trudnoću iznosi 60 μg/dan. RDA za dojenje iznosi 70 μg/dan. Za djecu uzrasta 1-13 godina, RDA se povećava sa godinama od 20 do 40 μg/dan. Što se tiče sigurnosti, IOM postavlja gornji nivo unosa (UL) za vitamine i minerale kada postoje dovoljni dokazi. U slučaju selena, UL je 400 μg/dan. Zajedno, EAR, RDA, AI i UL se nazivaju unos dijetetskih preporuka (DRI-i).

Evropska agencija za sigurnost hrane (EFSA) naziva kolektivni skup informacija Dijetetskim referentnim vrijednostima, s referentnim unosom populacije (PRI) umjesto RDA i prosječnim potrebama umjesto EAR. AI i UL definirani su isto kao u Sjedinjenim Američkim Državama. Za žene i muškarce starije od 15 godina, AI je postavljen na 70 μg/dan. AI za trudnoću iznosi 70 μg/dan; za dojenje 85 μg/dan. Za djecu uzrasta 1-14 godina, AI se povećavaju s godinama od 15 do 55 μg/dan. Ovi AI su viši od američkih RDA. Evropska agencija za sigurnost hrane pregledala je isto sigurnosno pitanje i postavila svoju UL na 300 μg/dan, što je niže od vrijednosti u SAD-u.
U Sjedinjenim Američkim Državama, nedostatak selena nije uobičajen. Federalno istraživanje o potrošnji hrane utvrdilo je da je za žene i muškarce starije od 19 godina prosječna konzumacija hrane i pića bila 89, odnosno 125 μg/dan. Za žene i muškarce svih uzrasta manje od 3% konzumiralo je manje od preporučene dnevne doze selena.

#### Označavanje
Za potrebe označavanja hrane i dodataka prehrani u SAD-u, količina u porciji izražava se kao postotak dnevne vrijednosti (%DV). Za potrebe označavanja selena, 100% dnevne vrijednosti bilo je 70 μg, ali od 27. maja 2016. godine revidirano je na 55 μg. A table of the old and new adult daily values is provided at Reference Daily Intake.

Tabela starih i novih preporučenih dnevnih vrijednosti za odrasle data je na Referentni dnevni unos.

### Izvori hrane
Selen u ishrani dolazi iz orašastih plodova, žitarica, mesa, gljiva, ribe i jaja. Brazilski orah je najbogatiji uobičajeni izvor selena u ishrani i može izazvati toksičnost selena ako se redovno konzumira - iako stvarna koncentracija selena (kao i kod bilo kojeg izvora hrane biljnog porijekla, kao što je još jedan "rajski orah" Lecythis koji akumulira selen, a pripada istoj porodici *Lecythidaceae*) zavisi od tla i može značajno varirati u zavisnosti od geografske lokacije. U opadajućem redoslijedu koncentracije, visoki nivoi se nalaze i u bubregu, tuni, raku i jastogu.

Vjeruje se da je sadržaj selena u ljudskom tijelu u rasponu od 13 do 20 miligrama.

## Toksičnost i nedostatak 
Postoji optimalni raspon koncentracije selena kod životinja (ili općenito govoreći, u gotovo svakom obliku života koji ovisi o selenu). Previše selena rezultira toksičnošću, premalo dovodi do nedostatka.

### Toksičnost
Iako je selen esencijalni element u tragovima, toksičan je ako se uzima u prekomjernoj količini. Prekoračenje gornje podnošljive razine unosa od 400 mikrograma dnevno može dovesti do selenoze. Ovaj podnošljivi gornji nivo unosa od 400 mikrograma (μg) zasniva se prvenstveno na studiji iz 1986. godine na pet kineskih pacijenata koji su pokazivali očigledne znakove selenoze i na studiji praćenja istih pet osoba iz 1992. godine. 
Studija iz 1992. godine zapravo je utvrdila da je maksimalni siguran unos Se putem prehrane otprilike 800 mikrograma dnevno (15 mikrograma po kilogramu tjelesne težine), ali je predložila 400 mikrograma dnevno ne samo kako bi se izbjegla toksičnost, već i kako bi se izbjeglo stvaranje neravnoteže hranjivih tvari u prehrani i kako bi se uzeli u obzir podaci iz drugih zemalja. U Kini, ljudi koji su konzumirali kukuruz uzgojen u izuzetno selenom bogatom kamenom uglju (ugljični škriljac) patili su od trovanja selenom. Pokazalo se da ovaj ugalj ima sadržaj selena čak 9,1%, što je najveća koncentracija u uglju ikada zabilježena u literaturi.

Simptomi selenoze uključuju miris bijelog luka u dahu, gastrointestinalne poremećaje, gubitak kose, ljuštenje noktiju, umor, razdražljivost i neurološka oštećenja. Ekstremni slučajevi selenoze mogu dovesti do ciroze jetre, plućnog edema i smrti. Elementarni selen i većina metalnih selenida imaju relativno nisku toksičnost zbog svoje niske bioraspoloživosti. Nasuprot tome, selenati i seleniti su vrlo toksični, s oksidativnim načinom djelovanja sličnim arsen-trioksidu. Hronična toksična doza selenita za ljude je oko 2400 do 3000 mikrograma selena dnevno tokom dužeg perioda.Vodik-selenid je izuzetno otrovan, korozivan plin. Selen se također javlja u organskim spojevima, kao što su dimetil selenid, selenometionin, selenocistein i metilselenocistein, koji svi imaju visoku bioraspoloživost i toksični su u velikim dozama.
Administracija za sigurnost i zdravlje na radu (OSHA) postavila je zakonsku granicu (dozvoljena granica izloženosti) za selen na radnom mjestu na 0,2&nbsp;mg/m3 tokom 8-satnog radnog dana. Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu (NIOSH) postavio je preporučenu granicu izloženosti (REL) od 0,2&nbsp;mg/m3 tokom 8-satnog radnog dana. Na nivoima od 1&nbsp;mg/m3, selen je neposredno opasan po život i zdravlje.

#### Zagađenje selenom 
Zagađenje vodnih sistema selenom može nastati kad god novi poljoprivredni otpadni tok prolazi kroz inače suha, nerazvijena zemljišta. Ovaj proces ispušta prirodne rastvorljive spojeve selena (kao što su selenati) u vodu, koji se zatim mogu koncentrirati u novim "močvarama" kako voda isparava. Utvrđeno je da visoki nivoi selena proizvedeni na ovaj način uzrokuju određene kongenitalne poremećaje kod ptica močvarica.

#### Značajniji slučajevi toksičnosti 
Dana 19. aprila 2009. godine, 21 polo poni je uginuo neposredno prije utakmice na Otvorenom prvenstvu Sjedinjenih Država u polu.  Tri dana kasnije, apoteka je objavila saopštenje u kojem se objašnjava da su konji primili pogrešnu dozu jednog od sastojaka koji se koriste u vitaminsko-mineralnom dodatku prehrani koji je nepravilno pripremljen u apoteci za proizvodnju. Analiza nivoa anorganskih spojeva u krvi u dodatku prehrani pokazala je da su koncentracije selena bile 10 do 15 puta veće od normalnih u uzorcima krvi i 15 do 20 puta veće od normalnih u uzorcima jetre. Kasnije je potvrđeno da je selen toksični faktor.

### Nedostatak
Nedostatak selena može se javiti kod pacijenata sa teško narušenom funkcijom crijeva, onih koji su na totalnoj parenteralnoj ishrani i  kod osoba starije životne dobi (preko 90 godina). Također, u opasnosti su i osobe koje ovise o hrani uzgojenoj iz tla siromašnog selenom. Iako Novi Zeland ima nizak nivo selena u svom tlu, nisu otkriveni štetni učinci na zdravlje.

Nedostatak selena, definiran niskim (2) je aktivni sastojak u nekim šamponima protiv peruti. Spoj selena ubija gljivu vlasišta *Malassezia*, koja uzrokuje ljuštenje suhih fragmenata kože. Sastojak se također koristi u losionima za tijelo za liječenje *Tinea versicolor*, uzrokovane infekcijom drugom vrstom gljivice *Malassezia*.

Nekoliko kliničkih ispitivanja procijenilo je upotrebu suplemenata selena kod kritično bolesnih odraslih osoba; međutim, efikasnost i potencijalne koristi suplementacije selena u ovom kontekstu nisu dobro shvaćene.

## Ljudsko zdravlje
### Selen kod raka
thumb|300x300px|Selen u nutritivnim nivoima je potreban za homeostazu ćelija, igrajući ulogu antioksidansa putem selenoproteina, te stoga djeluju kao hemopreventivno sredstvo protiv raka. Nasuprot tome, supranutritivni nivoi djeluju kao prooksidansi i toksični su u tumorskim ćelijama.
Selen ima bimodalno biološko djelovanje ovisno o koncentraciji. Pri niskim nutritivnim dozama, selen djeluje kao antioksidans putem selenoproteina, hvatajući ROS, podržavajući preživljavanje i rast ćelija; dok, pri višim farmakološkim dozama iznad nutritivnih, selen djeluje kao prooksidans generirajući ROS i inducirajući ćelijsku smrt. Kod raka, studije su uglavnom provedene o koristima unosa selena u smanjenju rizika od pojave raka na nutritivnom nivou; Međutim, manje studija je istraživalo efekte supranutritivnih ili farmakoloških doza selena na rak.

#### Selen u antitumorskoj imunosti 
[thumb|300x300px| Selen može igrati [oksidacija|prooksidativnu ulogu indukujući ROS, aktivirajući Akt–NF–κB put ili imati antioksidativnu ulogu putem sinteze selenoproteina kao što je premještanje TXNRD u jedro i aktiviranje NF-κB, što rezultira daljnjom aktivacijom leukocita i proinflamatornih citokinskih gena.

### Smrtnost
Suplementacija selenom nema utjecaja na ukupnu smrtnost.

### Tuberkuloza
Kao i kod drugih vrsta suplementacije, ne postoje dobri dokazi da suplementacija selenom pomaže u liječenju tuberkuloze.

### Dijabetes
Meta-analiza četiri randomizirana kontrolirana istraživanja zaključila je da nema dokaza za suplementaciju selenom u prevenciji dijabetesa melitusa tipa 2 kod bijele rase.

### Ljudski reproduktivni sistem
Neobično visoki ili niski nivoi selena u ishrani mogu imati negativan uticaj na kvalitet sperme, sa posljedičnim smanjenjem plodnosti.

### Trovanje živom 
Selen ima zaštitni učinak protiv toksičnosti žive. Živa se veže za selen s visokim afinitetom, tako da ovaj metal može inhibirati enzime zavisne od selena. Međutim, povećan unos selena može očuvati aktivnost enzima, smanjujući štetne efekte uzrokovane izloženošću živi.

## Evolucija
### Porijeklo selenoproteina 
Prije otprilike tri milijarde godina, prokariotske su evoluirale porodice selenoproteina koje se fokusiraju na selenocisteinski mehanizam. Nekoliko porodica selenoproteina poznato je kod bakterija, arheja i eukariota, uvijek zbog prisustva selenocisteina. Oni štite svoje ćelije domaćina od oksidativnog oštećenja. Enzimi selena uključeni su u korištenje malih reducirajućih molekula glutationa i tioredoksina, uobičajenih intracelularnih antioksidansa i redoks partnera.

Selenoproteinske porodice GSH-Px i dejodinaze eukariotskih ćelija izgleda imaju bakterijsko filogenetsko porijeklo. Oblik koji sadrži selenocistein javlja se kod vrsta raznolikih kao što su zelene alge, diatomeje, morski ježevi, ribe i kokoši.

### Širenje i gubitak 
Tipični enzimi GSH-Px i superoksid-dismutaza zahtijevaju elemente u tragovima, uključujući selen, vanadij, magnezij, bakar i cink. Ovi elementi su obično obilni u morskim okruženjima, ali mogu nedostajati u nekim kopnenim područjima s nedostatkom minerala.

Kako su se kopnene biljke prilagođavale kopnenom okruženju prije otprilike 500 miliona godina, i one su se suočile s problemom nedostatka ovih elemenata. Shodno tome, većina kopnenih biljaka ne proizvodi selenoproteine.]]

Kičmenjaci od prije 500 miliona godina bili su morske ribe. Odlučili su proširiti svoje seleno-proteome, a najznačajnije je bilo razviti štitnu žlijezdu s visokom koncentracijom selena i joda i pridružene sisteme. Jedna grupa njih, tetrapodi, kasnije se prilagodila životu na kopnu, ali je zadržala mnoge od predačkih selenoproteina. Međutim, nisu zadržani svi selenoproteini: selenoprotein U kod riba i kokoši sadrži selenocistin, ali sisari (uključujući ljude) imaju verziju ovog proteina bez selena, zamjenjujući selenocistin cisteinom (ljudski geni PRXL2A, PRXL2B, PRXL2C).

## Također pogledajte
* Biologija i farmakologija hemijskih elemenata
* Antioksidans
* Akcijski potencijal
* Kalcij u biologiji
*Jod u biologiji
* Magnezij u biologiji
* Membranski potencijal
* Kalij u biologiji
* Selen kvasca
*Natrij u biologiji
*SEPP1

## Reference
## Vanjski linkovi
*WebElements – Selenium
*NIH – Selenium Fact Sheet for Consumers
*Assay – Supra-Regional Assay Service
*ATSDR – Toxicological Profile for Selenium
*Elementymology & Elements Multidict – Selenium page by Peter van der Krogt

Kategorija:Antioksidansi
Kategorija:Biološki sistemi
Kategorija:Biologija i farmakologija hemijskih elemenata
Kategorija:Halkogeni
Kategorija:Dijetetski minerali
Kategorija:Ishrana
Kategorija:Selen