生命中的硒元素

.复旦大学通识教育核心课程2010-2011学年第二学期期末考试试卷课程名称： 生命中的化学元素 课程代码： CHEM119006.02 开课院系： 复旦学院 考试形式： 课程论文 学生姓名： 学号： 专业： 题目123总分得分一、下列题目任选一题撰写一篇论文1. 请以生命中的化学元素为主题，写一篇课程论文，具体题目根据自己写的内容自拟。二、具体要求1正文字数在3000字以上（不包括注释和参考书目等）。2严格遵循论文写作规范（引文必须注明出处）。3必须提交A4纸打印的论文稿，并以此试卷作为论文封面，于左上方边角处装订。4字体：凡是正文一律用宋体/五号字，注释用小五号字，大标题用宋体/三号字/加粗，小标题用宋体/五号字/加粗。段落：一律采用标准间距、1.5倍行距。5论文写作格式： 5.1 包括答卷页眉、论文题目、正文、注脚、引用及参考书目（或“参考文献” ）5.2 答卷页眉包括学号、姓名、选课代码、选课名称，右对齐5.3 一律使用脚注。需包括作者、篇名/书名/期刊名、页码、出版社和版次/期刊号。5.4 文末须列“引用及参考书目”，需包括书名/期刊名、作者、出版社和版次/期刊号。6如果所提交论文不合规范者，必须改写。如果两次改写后，仍不合规范者不予以评分。7严禁抄袭，一旦发现按零分处理。8 5 月 1 日前提交。生命中的硒元素硒的理化性质硒元素的原子序数为34，位于元素周期表第4周期A族。由于随着元素周期的递增，元素非金属性减弱，所以硒元素除具有非金属性之外，还有部分金属性。硒的最外层有6个电子，与金属及氢化合时表现为-2价，而与氧等化合时表现为+4价和+6价，这是硒的金属性的体现。单质硒有三种同素异形体：无定形硒、晶体硒和金属硒。无定形硒粉末的颜色是从深红色到黑色，在50左右的温度下软化，100时可以流动，220时变成液体。晶体硒是红色的单斜晶体，不稳定，加热时可转变为稳定的金属硒，金属硒是灰色的六方菱形晶体，有金属般的光泽。硒溶于硝酸、硫酸和苛性碱，溶解同时与它们反应，在不同条件下生成不同化合物。在空气中加热生成二氧化硒，能与卤素强烈作用。光照时导电度升高，暗后又复原。生物体中硒的来源、存在形式及分布硒在生物体中主要以有机硒的形式存在，在不同物种之间硒含量和分布状况的差异性很大。人和动物主要通过胃肠道吸收硒。在自然条件下，动物从植物摄入的硒，主要形式地结合蛋白质的硒代氨基酸，也有少量的硒酸盐、亚硒酸盐及其他有机化合物。一般认为，可溶性无机硒盐（如硒酸钠、亚硒酸钠）和硒代氨基酸（如硒代胱氨酸，硒代甲硫氨酸）等最易吸收；而硒化物及一些有机硒，如硒代二乙酸、硒代丙酸、硒代嘌呤等吸收缓慢；而单质硒则完全不吸收。在生理水平上，十二指肠是某些硒化合物吸收的主要部位。口服亚硒酸钠，肠吸收率估计为91%97%,硒代甲硫氨酸的吸收率为95%97%。不同物种对硒的吸收具体部位和对同一种硒化合物中的硒的吸收率也不同。人对硒的吸收率为55%70%。可溶性的硒化合物在胃肠道很容易被吸收，这说明硒的吸收不受机体稳衡态的控制。硒在动物体内的贮存受营养状况和所补硒的化学形式的影响。硒经胃肠道吸收后，由血浆蛋白（主要是-和-球蛋白，也可以是-球蛋白）运载，并进入各组织。不论硒以何种形式进入组织，在组织中均与蛋白质结合发挥作用。硒分布于动物的所有组织器官、细胞和体液中，但分布不均匀，主要分布在肾脏、肝脏和胰脏。其中肾脏最多，肝脏对食物硒水平的改变十分敏感，摄入中等水平的硒是，肝脏的硒含量可超过肾。人体中含硒1421mg。动物各组织的分布如表1。表1 动物各组织硒的分布 张春善 动物必需微量元素营养学p161 高等教育出版社 2007年5月第1版肌肉组织皮肤、毛发和角质骨骼肝脏其他组织50%52%14%15%10%8%15%18%在植物中，硒的含量差别很大，这与植物所处的生存环境及种属的差异关系极大。土壤与植物之间的硒含量呈明显正相关。硒在动物体内的生物学作用硒在生物体内的生化作用是多方面的，其中最重要的是抗氧化性。硒的抗氧化性是其生化作用的基础，可分为酶和非酶两种。硒的抗氧化性能表现在参与阻断自由基的反应。它主要针对活性氧自由基及其衍生物。一种方式是硒化合物作为自由基的清除剂,另一种是在一定条件下硒化合物作为产生自由基的催化剂。 吕选忠 于宙 王广仪 元素生物学p606 中国科学技术大学出版社 2011年1月第1版已知的硒酶包括：谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px），磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（PHGSH-Px或PHGHX），型甲腺原氨酸5-脱碘酶（5ID-I）及硒蛋白P。 GSH-Px是人类首次从哺乳动物中发现的硒酶，硒是其必要成分。它广泛存在于哺乳动物的红细胞、肝、肺、心、肾、脑及其它组织中。作为抗氧化酶，GSH-Px催化还原型谷胱甘肽（GSH）还原体内有毒的有机过氧化物（ROOH）和过氧化氢（HOOH）。反应如下：2GSH+ROOHGSSC+ROH+H2O2GSH+HOOHGSSC+2H2O通过以上反应，保护生物膜（红细胞膜和内膜系统如肝线粒体和微粒体）免受过氧化物的氧化损伤。硒是GSH-Px中起氧化还原作用的唯一元素，硒代半胱氨酸是酶的催化部分，其中硒氢基（SeH）是酶的活性还原形式。GSH-Px是动物细胞抗氧化防御系统的组成部分，是哺乳动物抗氧化系统的主要成分之一。一般在细胞中，GSH-Px与过氧化氢酶位于不同的细胞隔室中，GSH-Px位于胞质和线粒体基质中，而过氧化氢酶存在于过氧化质体中。位于线粒体基质中的GSH-Px可能负责保护内膜，而胞质中的GSH-Px保护外膜。肝中2/33/4的GSH-Px在胞质内，其余在线粒体基质中。由于肝脏对食物硒水平的改变十分敏感，肝中硒含量变化很大，有理由推测在硒供给有限的情况下，肝中的GSH-Px可能提供硒，以满足更为重要的机体生物化学过程，因此除了酶的功能，肝GSH-Px还可能是硒的调节贮存形式。当红细胞缺乏GSH-Px时，易受氧化剂破坏，发生溶血。PHGSH-Px是哺乳动物体内发现的第二个含硒酶，它是一单体膜结合酶，存在于许多哺乳动物的器官中，还原各种与膜结合的磷脂氢过氧化物。，它与GSH-Px有不少相似之处，如氨基酸组成相似，活性部位含有硒及两者均可被碘乙酸盐灭活。PHGSH-Px通过抑制膜磷酸过氧化对生物膜产生保护作用，与GSH-Px具有相同的作用机理，区别在于底物的选择性。GSH-Px对膜结构的磷脂氢过氧化物无活性，主要作用于亲水性过氧化物；而PHGSH-Px作用于膜中亲脂的底物、膜、低密度脂蛋白中的胆固醇酯、胆固醇及亚油酸氢过氧化物等物质。另外，与GSH-Px相比，PHGSH-Px对缺硒的耐受性更强。5ID-I主要存在与肝脏和肾脏，每个亚单位含有一个硒原子。在动物体内，5ID-I催化甲状腺素（T4）转化为三碘甲状腺原氨酸（T3），因此，硒对缺碘而导致的甲状腺功能的减退程度有重要作用。硒蛋白P存在与哺乳动物的血浆中，是一种葡糖化单体蛋白，每mol蛋白中含10mol硒，硒含量高，与硒结合速度快。硒蛋白P在肝脏合成，通过血浆将硒运送到其他组织，可能是一种硒运载蛋白。除了多种硒酶和硒蛋白外，有些非酶硒也可能在发挥抗氧化作用。Tappel曾提出 Tapple,A.L. and Caldwell, K.A.（1967）, Proc. 1st Int. Symp. on Selenium in Biomedicine, AVI Publishing Company, INC. Westport, Connecticut, 345.,硒化合物的抗氧化作用可能包括以下五个方面：（1）清除脂质过氧化自由基的中间产物；（2）分解脂质过氧化物；（3）修复水化自由基（HOH等）引起的硫化合物的分子损伤；（4）在水化自由基破坏生命物质前将其清除或转变为稳定化合物；（5）催化巯基化合物作为保护剂的反应。Tappel等在实验中观察到，含硒蛋白质能抑制不饱和脂肪酸的氧化或过氧化；硒代胱氨酸能引起过氧化物的广泛分解和还原；硒代氨基酸对水溶液中氨基酸和蛋白质（酶）有辐射保护作用。在生命体系中，多不饱和脂肪酸最易受自由基的破坏。磷脂是构成生物膜基质的主要成分，而其中含有大量的不饱和脂肪酸。体内产生的活化氧自由基对膜不饱和脂肪酸的攻击，会导致一系列自由基链式反应，最终造成膜脂质氧化或过氧化，并由此而引起生物膜乃至整个细胞结构和功能的改变。在硒的特殊生物化学功能中，最重要的就是抗生物膜的脂质过氧化。在膜脂质过氧化的过程中，脂质过氧化自由基是自由基增殖阶段的主要稳定形式，而且最为有害。除了抗氧化性之外，硒还有其它许多方面的生化功能。硒能增强机体免疫力，包括体液免液和细胞免疫。硒可提高白细胞的杀菌能力和延长白细胞的寿命。当白细胞吞食微生物后，便把它们包在吞噬泡中，充分利用氧形成超氧化物来破坏消解微生物体，在此过程中，常会有一些过氧化物从吞噬泡中逸出而侵入白细胞的其它部位，造成对白细胞本身的伤害，谷胱甘肽过氧化物酶就有消除这种过氧化物的作用，提高人体的抗感染能力。实验表明，缺硒对牛白细胞的吞噬细菌能力影响不显著，而白细胞的杀菌能力却大大降低。此外，硒能促进淋巴细胞产生抗体，使血液免疫球蛋白水平增高或维持正常，增强机体对疫苗或其他抗原产生抗体的能力。硒能增强淋巴细胞转化和迟发态变态反应（DTH）及吞噬细胞的功能。甚至对于人类和动物的生殖，硒也有增强作用。研究表明，硒与黄体生成素释放激素（LHRH）的性腺（睾酮）轴有关，并且参与前列腺素（PG）的合成，是形成精子必须的物质。缺硒的雌性受胎率降低，胎衣滞留，子宫炎的发病率升高。其他的功能还有：1. 硒存在与视网膜内，参与光感觉的光化学反应。2. 硒参与嘌呤和嘧啶碱基的生成，参与RNA的合成。3. 硒参与氨基酸与蛋白质中巯基的固定，维持蛋白质分子的构象，参与泛醌（辅酶Q）的合成。对氧化磷酸化作用，及生物膜的通透性变化有一定作用。4. 硒能影响肝血红素代谢。可能是通过提高血红素合成酶的活性，提高游离血红素的产量和细胞的血红素利用度，从而间接地诱导血红素氧化酶活性的提高。5. 硒可以不同程度降低高胆固醇动物红细胞压积和红细胞聚集性，增加红细胞变形性，降低血清过氧化脂质（LPO）含量，血栓素/前列腺素比值和血栓素水平，提高谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶活力及前列素水平，由此可看出硒有降低血清黏稠度的作用。硒与维生素E的协同作用维生素作为有名的抗氧化剂，与硒具有协同作用。在抗氧化方面，维生素E是细胞膜上的一种特异性脂溶性抗氧化剂，而硒参与的GSH-Px是在过氧化剂对细胞膜进行损伤前破坏它，从而保护生物膜的完整性。如果体内没有足够的维生素E或GSH-Px，就可能形成脂质过氧化氢，直接损伤组织细胞。由于维生素E与硒在抗氧化作用上有交叉，所以它们之间表现出相互节省的效应。维生素E和硒都能保护白细胞和巨噬细胞，以杀死侵入的细菌。维生素E和硒还可以使细胞免受细菌产生的毒素的影响。足够的维生素E和硒不仅可以防止动物产生缺乏症，还可使细胞各器官建立抵抗疾病、发热和应激的能力。硒和维生素E都能保护机体免受重金属损害，只不过两者针对的重金属种类不同。硒能有效的降低镉和汞的毒性，而维生素E的效能却很低；维生素E对消除银和砷的毒性很有效，但硒只有在浓度较高时才有效；维生素E能显著减轻铅的毒性，而硒的效果不明显。硒和维生素E分工合作抵御重金属的伤害。硒在植物体内的作用硒在植物体内的主要生物学作用有：1. 硒是高等植物生长的必须营养元素。大量实验表明，在适宜的浓度下，硒可促进植物的生长，但硒的浓度过高，会引起植物硒中毒，从而抑制植物生长。2. 硒参与植物中一些低分子量氨基酸化合物的合成，还参与一些酶的合成。硒对农作物的生长和产量有明显的促进作用，可能是因为适量的硒进入植物体内，过氧化物酶活性升高，增强了植株体内抗氧化能力，从而提高了植株的抗逆性和抗衰老能力，保证了植株的正常生长。3. 硒参与植物中含硒氨基酸衍生物的形成。在植物体内发现的重要含硒化合物只要是一些硒代氨基酸及其衍生物，是硒替代硫的低分子化合物有9种，挥发性含硒化合物有2种。硒代氨基酸及其衍生物大致可分为3类：硒代半胱氨酸的衍生物、硒代高半胱氨酸的衍生物、硒蛋氨酸及其衍生物，挥发性含硒化合物有二甲基硒化物和二甲基二硒化物。4. 硒参与植物中硒多糖的合成。硒在植物生长初期可以促进幼苗糖代谢，可溶性糖含量和-淀粉酶活力明显增加，但这种刺激作用是以过度动用体内储藏物质为代价，对幼苗的后续生长常常是不利的。5. 适量硒促进植物的光合作用。适量的硒可以减小气孔阻力、提高CO2通量而减小光合作用过程中气体交换的阻力，促进植物的净光合速率，但过量的硒会对植物造成毒害。6. 与在动物中一样，硒在植物中依旧有重要的抗氧化作用。还有拮抗铅、镉等有毒元素的功能。硒与各种疾病硒作为必需微量元素，与人的健康有密切的联系。缺硒会引起人类各种疾病，硒也可以治疗或辅助治疗许多疾病。其中最引人注目的只怕就是硒的防癌作用了。动物实验证明硒具有抑癌和抗癌效果，并且有许多研究都表明癌症的发病率和死亡率与土壤和食物的含硒量呈负相关。流行病学调查表明，作物中硒含量的地区性分布与多种亚急性肿瘤死亡呈负相关，恶性肿瘤患者血硒水平显著低于正常人及非癌患者，且与癌的恶性表现（扩散、复发、多个原发性）呈相反关系。近几十年，经科学家系统、深入的研究、开发，人们已经能够应用硒来防癌、抗癌以及解除癌症病人的痛苦、延长癌症病人的生命.硒的抗癌作用机理有很多方面。已经证明，硒具有抗致突变作用。硒能有效对抗可引起皮肤、肝和乳腺癌的化学致癌剂的作用。硒的抗氧化作用组织了致癌物质与宿主细胞的核糖核酸相结合，并激活细胞的溶酶体活力，使致癌物很快分解。硒是癌基因表达的调控分子，可抑制癌细胞中蛋白激酶C活性，抑制癌细胞的能量代谢，所以硒可以选择性地对癌细胞进行伤害而对正常细胞物不良作用。此外，硒也通过提高非特异免疫、体液免疫和细胞免疫抑制肿瘤的发生。在辅助癌症治疗时，硒在致癌作用的启动和促进阶段都有抑制作用。想要达到最佳抑癌效果，需要维持适量硒的持续摄入。但是致癌损伤之后很久才补硒，则抑制效果降低。硒化合物可以识别某些酶的特殊底物蛋白，而这些酶可用作某些癌细胞的标志物，有助于癌症的早期发现和进一步阐明硒的抗癌机理。其他与硒有关的疾病中，有两种典型与缺硒有关的疾病。第一种是克山病，主要症状为心肌点状坏疽或纤维化，主要影响儿童和妊娠期妇女，病因尚未弄清。缺硒是该病发病的一个基本因素，但不是其心肌损害的始动因素，也不是发病的唯一因素。第二种是大骨病，是一种原因未明的地方性变形性骨关节病，主要症状是点状软骨坏疽，多发生于少年儿童。它会破坏机体透明软骨组织，而硒能稳定软骨细胞膜，并保护软骨细胞。缺硒还是患心血管病的重要因素之一。硒是维持心肌、血管内皮完整所必需的营养物质。适量的硒有利于维持心血管系统的正常结构和功能，有利于维持血压正常，对多种原因引起的高血压有调节作用。硒的抗脂质过氧化功能有助于抑制冠心病和动脉硬化。此外，硒还能修复血管，维持细胞的正常结构和功能。同时，硒与肝脏疾病、糖尿病、艾滋病和眼部疾病的发病与治疗都有一定的关系。由于硒与如此多的疾病有密切的联系，人们合成了许多具有生物活性的作为药用的硒化合物。但因为无机硒亚硒酸盐毒性过大，即使对克山病、大骨病等疗效显著，仍无法作为药品上市，所以绝大多数的药用硒化合物均为有机硒化合物。硒化合物的药用范围十分广泛，大致有10种：抗感染作用（包括抗病毒、抗菌、抗真菌、抗寄生虫）、作用于中枢神经系统、作用于自主神经系统、抗炎作用、作用于循环系统、防癌和抗癌作用、抗辐射损伤、含硒类固醇类化合物、抗组织胺作用、抗生物氧化作用。硒的毒性虽然硒是动物体的一种必需微量元素，但摄入过多则对生物有害。一般来讲，中毒水平的硒摄入是正常摄入量的10100倍或更多。人硒中毒的常见症状是恶心、呕吐、指甲变厚有皱纹且易脆裂，毛发脱落，疲劳，易怒，其他还有的症状有腹部绞痛，水样便，腹泻，感觉异常，头发干枯，呼吸有大蒜气味等。硒的摄入标准硒与其他矿物元素一样具有两重性，即适量有益，超量有害。补硒虽然很有必要，但是不能盲目进补，如果盲目补硒可能会造成副作用。中国营养学会1998年10月修订的“每日膳食营养素供给量”已将硒列为15种每日膳食营养素之一，提出一个成年人每天对硒的适宜摄入量是50-250微克。2014年6月12日，中国营养学会在上海正式发布了2013版中国居民膳食营养素参考摄入量(DRIs)，时隔10年后，根据中国居民饮食结构的改变及国内外营养学界最新科研成果，作了膳食营养结构的调整；其中把硒的日营养摄入最低量从50微克上调到60微克。须补硒人群食用量参考 来自百度百科须补硒人群癌症患者糖尿病患者肝病、肾病患者心脑血管病患者接受放化疗的癌症患者久病不愈者孕妇、乳母儿童食用量（g/天）200-400300-400250-350300-250400100-20050-10025-50须补硒人群从事有毒、有害工作者使用手机、操作电脑者交警、司机长期吸烟者被动吸烟者经常饮酒者运动员赛时食用量（g/天）100-20050-150100-20010050-100100250部分国外公布的硒摄入量表 来自百度百科国家硒（微克/日）英国70日本88加拿大98-224新西兰56美国50-200防癌措施200含硒类食品添加剂中硒的最大允许使用量标准 来自百度百科序号该种添加剂中文名称允许使用该种添加剂的食品中文名称添加剂功能描述最大允许使用量（g/kg）1L-硒-甲基硒代半胱氨酸中老年奶粉营养强化剂140280g/kg（以元素硒计）2富硒酵母矿物质类饮液30g/10mL（见硒标准）3富硒酵母矿物质类片、粒、胶囊20g/片、粒胶囊（同上）4硒运动营养食品7.5150g5硒：亚硒酸钠矿物质类食盐711mg（同上）6硒：亚硒酸钠矿物质类饮液及乳饮料110440g（同上）7硒：亚硒酸钠矿物质类乳制品、谷类及其制品300600g（同上）8硒化卡拉胶矿物质类饮液30g/10mL（同上）9硒化卡拉胶矿物质类片、粒、胶囊20g/片、粒胶囊（同上）10亚硒酸钠儿童配方粉613g/ 100g11亚硒酸钠婴儿配方食品，较大婴儿和幼儿配方食品0.006-0.017 mg/100g注：硒标准：1.以元素硒计强化量：乳制品、谷类及其制品为140280g/kg 饮液及乳饮料为50200g/kg 食盐为35mg/kg 2.用硒源作为营养强化剂必须在省级部门指导下使用 3.亚硒酸钠中硒含量为45.7%，硒酸钠为41.8%引用及参考书目1.动物必需微量元素营养学 张春善主编 高等教育出版社 2007年5月第1版2.元素生物学吕选忠 于宙 王广仪编著 中国科学技术大学出版社 2011年1月第1版3.Tapple,A.L. and Caldwell, K.A.（1967）, Proc. 1st Int. Symp. on Selenium in Biomedicine, AVI Publishing Company, INC. Westport, Connecticut, 345.4.硒的化学、生物化学及其在生命科学中的应用 徐辉碧主编 华中理工大学出版社 1994年12月第1版5.生命科学中的微量元素 王夔主编 中国计量出版社1991年5月第1版.