Селен - біологія

селен [zeˈleːn] - хімічний елемент із символом елемента Se та атомним номером 34. У періодичній системі він знаходиться у 4-му періоді та 6-й основній групі, тому є одним із халькогенів. Він поставляється в декількох модифікаціях, найбільш стабільною є сіра металеподібна форма.

селен

історія

Селен (грец. Σελήνη; селен «місяць») [8] був відкритий в 1817 р. Йонсом Якобом Берцеліусом у шламі свинцевої камери заводу сірчаної кислоти, який крім селену містив і телур (від лат. скажи нам "Земля") міститься.

Виникнення

Природний селен зустрічається в природі в невеликій кількості. Такі мінерали селену, як клаусталіт та науманніт, рідкісні.

Селен, переважно у формі селенідів металів, супроводжує сірковмісні руди металів мідь, свинець, цинк, золото та залізо. Коли ці руди обсмажуються, твердий діоксид селену збирається в золі або при видобутку сірчаної кислоти у вигляді селенної кислоти.

Селен можна збагатити видами трагаканта або часником у вигляді Se-метилселеноцистеїну. Найбагатшим відомим джерелом селену серед харчових продуктів є бразильський горіх. [9]

Як важливий мікроелемент, селен є компонентом 21-ї біогенної амінокислоти, селеноцистеїну, а також бактерій, архей та еукаріотів.

Вилучення та презентація

У промисловості селен отримують як побічний продукт при електролітичному виробництві міді та нікелю із анодного шламу шляхом обсмажування.

Відновлення до елементарного селену відбувається за рахунок діоксиду сірки.

У лабораторних масштабах селен може бути синтезований шляхом перетворення селенової кислоти та йодистого водню. [10]

Органічний селен

У харчових добавках та харчуванні тварин (затверджений у харчуванні тварин у ЄС з травня 2005 р.) Протягом кількох років використовується джерело органічного селену, яке отримують шляхом розведення певних пивних дріжджів цього типу Saccharomyces cerevisiae (Sel-Plex, Lalmin (TM)) на живильному середовищі, багатому селеном (патока + Na-селеніт). Дріжджі синтезують високий рівень селенометіоніну як амінокислоти і, таким чином, органічним способом зв'язують до 2000 ppm селену. Найбільший завод з виробництва таких природних селенових дріжджів був побудований в 2004 році в Сан-Педро в бразильському штаті Парана.

характеристики

Як і сірка, селен буває декількох Модифікації до: [11]

  • Червоний селен, розчинний у сірковуглеці, складається приблизно з 30% кілець Se8 та 70% Se8 + n, який перетворюється в сірий напівпровідниковий метал вище 80 ° C. Елементальний червоний селен є ізолятором.
  • Чорний аморфний селен, який перетворюється в чорний склоподібний селен вище 60 ° C. Обидві форми перетворюються в сіру напівметалеву модифікацію при нагріванні вище 80 ° C.
  • Сірий «металевий» селен є найбільш стабільною модифікацією і поводиться як напівметал.
  • Вище температури плавлення 220 ° C він утворює чорну рідину. Пари селену, що утворюються при подальшому підвищенні температури, жовтіють.
  • Коли він осідає з парової фази на більш холодній поверхні (трохи нижче температури плавлення), він осідає у вигляді шестикутних металево-сірих кристалічних голок.

Ширина забороненої зони селену становить близько 1,74 еВ (на межі між видимим світлом та інфрачервоним діапазоном).

Він змінює свою електропровідність під впливом світла. Крім того, він демонструє фотоелектричний ефект. Провідність обумовлена ​​не електронами в зоні провідності, а провідністю дірок (див. Розділ Електропровідність і дефект електрона), тобто позитивно зарядженими дефектами електронів, що, крім усього іншого, робить знак ефекту Холла негативним. Як механізм для проведення цієї дірки пропонується так звана «стрибкова провідність» [12] (дірок від одного дефекту кристала до наступного).

Нагріваючись на повітрі, селен згоряє синім полум’ям, утворюючи діоксид селену, SeO2. Вище 400 ° С реагує з воднем, утворюючи селенід водню, H2Se. Зазвичай він утворює селеніди з металами, наприклад, селенід натрію, Na2Se.

Хімічна поведінка схожа на сірку, але селен важче окислюється. Реакція з азотною кислотою утворює «лише» селенієву кислоту, сполуку селену (IV).

Ізотопи

Селен має безліч ізотопів. З шести природних ізотопів п’ять є стабільними. Пропорції розподіляються таким чином: 74 Se (0,9%), 76 Se (9,0%), 77 Se (7,6%), 78 Se (23,6%), 80 Se (49,7%) ) і 82 Se (9,2%).

82 Se, єдиний природний радіоактивний ізотоп, має один з найдовших відомих на сьогодні періодів напіввиведення близько 10-20 років. Крім того, відомі ще 22 радіоактивні ізотопи, з них особливе значення мають 75 Se з періодом напіввиведення 120 днів та 79 Se з періодом напіввиведення 327 000 років [13] [14]. 75 Se використовується для побудови спеціальних джерел гамма-випромінювання для неруйнівного контролю, наприклад B. Застосування зварних швів. [15] 75 Se застосовується в ядерній медицині спільно з метіоніном як індикатор для оцінки функції підшлункової залози та з гомотаурохолевою кислотою (SeHCAT) для оцінки резорбції жовчних кислот. [16] 79 Se є компонентом відпрацьованого ядерного палива, де воно виробляється з розподілом урану з частотою 0,04%.

Найрідкісніший із стабільних ізотопів 74 Se набув певного значення як об’єкт спекуляцій. Він завжди пропонується на ринку за дуже високими цінами. За винятком деяких дуже спеціалізованих дослідницьких застосувань, де він використовується для маркування, однак для цього матеріалу не відоме особливе технічне використання.

використання

Селен необхідний для всіх форм життя. Тому сполуки селену пропонуються як харчова добавка та переробляються на корми та добрива. У скляній промисловості використовується для знебарвлення зелених окулярів та виготовлення окулярів червоного кольору. Інше використання:

  • Барабани для ксероксів та лазерних принтерів
  • Виробництво напівпровідників
  • Додавання латексу для підвищення стійкості до стирання
  • Тонер для чорно-білих фотографій для збільшення контрасту (світлі тони залишаються незмінними, можна досягти темних темних відтінків, темні деталі здаються більш пластичними в цілому), збільшення довговічності (не чітко доведено) та злегка забарвлення темних компонентів зображення в баклажановий (також для збільшення пластичності )
  • для виробництва червоних кольорових пігментів на основі селеніду кадмію (через досить рідкісний вміст кадмію сьогодні)
  • Легована добавка для поліпшення механічної обробності сталей, що ріжуться, та сплавів міді

  • Однак використовується сьогодні у випрямлячі селену та в елементі селену, проте в основному замінений кремнієм (напівпровідником).
  • для побуріння алюмінію, латуні або подібного (діоксид селену)
  • з мідною та індієвою частинами фотоактивного шару сонячних елементів CIGS
  • в аналогових лічильниках світла для фотозйомки
  • Шампуні для волосся проти лупи та профілактика/терапія пітниці версиколор, шкірної хвороби, спричиненої дріжджовим грибком
  • підтримуюча терапія ВІЛ (сприятливий вплив на вірусне навантаження ВІЛ суперечливий)
  • Реакція із сполуками Гриньяра, R - Mg - Hal, призводить до органоселенових сполук, R-Se-Mg-Hal, з яких гідролізом можна отримати селеноли, R - Se - H
  • Як селенід цинку, він використовується для отримання оптично сильно відбиваючих поверхонь, але в інфрачервоному діапазоні він прозорий і використовується тут для виготовлення вікон та фокусних лінз, наприклад B. Використовується CO2-лазер
  • Більша кількість діоксиду селену споживається при електролізі марганцю. Додавання діоксиду селену зменшує споживання енергії під час електролізу. На тонну марганцю використовується до 2 кг діоксиду селену. [17]

Біологічне значення

Селен є важливим мікроелементом. Селен додають у молочний корм для великої рогатої худоби, оскільки природного вмісту селену в кормах часто недостатньо для забезпечення худоби. Німецький закон про корми згадує лише два неорганічні джерела селену - натрій селеніт та селенат як кормові добавки для доповнення поставок селену. Ці дві сполуки економічно дуже сприятливі, але в даний час зазнають критики через низьку біодоступність для організму.

Однак селен має високотоксичну дію у більш високих концентраціях, діапазон між концентраціями, що викликають симптоми дефіциту, і токсичними концентраціями дуже малий. Крім того, токсичність селену залежить від хімічного зв'язку.

Селен міститься в селеноцистеїні, амінокислоті в активному центрі ферменту глутатіонпероксидази. Ось чому селен може відігравати важливу роль у захисті клітинних мембран від окисного руйнування (поглинач радикалів). Селен також є компонентом інших ферментів, значення яких ще не з’ясовано частково.

Дискусія про селен

Існує багато різних селенопротеїдів. Селенопротеїди містять селеноцистеїн, також відомий як 21-амінокислота. Селенопротеїди зустрічаються в цій функції лише в організмах тварин. Рослини вбудовують селен у свої амінокислоти замість сірки, залежно від вмісту ґрунту, особливо в метіоніні (Se-метіонін) і, меншою мірою, в цистеїні (Se-цистеїн). Тільки так звані "рослини, що збирають селен" (рослини-накопичувачі селену, наприклад, райський горіх), які трапляються в багатих на селен посушливих районах, також зберігають селен як органічно зв’язаний, водорозчинний солі селену або селену.

На сьогоднішній день в геномі людини виявлено щонайменше 25 селенопротеїнів [18]:

  • В. Марктл: Фізіологія та харчова фізіологія селену. У: Journal für Mineralstoffwechsel No 8 (3), 2001, сторінки 34-36, PDF.
  • П. Ф. Сурай: Природні антиоксиданти. Ноттінгемська університетська преса, 2002, ISBN 1-897676-95-6.

Селенодефіцитні захворювання

Хвороби, спричинені недостатнім надходженням селену, трапляються лише в країнах з надзвичайним дефіцитом селену, таких як Північна Корея та північно-східний Китай, а також деякі інші країни. У нашій частині світу лише у недоношених дітей, пацієнтів з парентеральним харчуванням та алкоголіків може розвинутися дефіцит селену.

Відомі селенодефіцитні захворювання:

  • Хвороба Кешана (ювенільна кардіоміопатія), названа на честь північно-східного китайського міста Кешан в районі Хейлунцзян, Маньчжурія
Дефіцит селену сприяє мутації нешкідливого вірусу Коксакі B3 (CVB3/0), який стає вірулентним. Поява: Тибет, Монголія, Сибір
  • Хвороба Кашина-Бека у людини (дегенерація поживного суглобового хряща), названа на честь російського лікаря Миколи Івановича Кашина та американки Мелінди А. Бек
Поява: Сибір, Монголія, Північна Корея, Китай; постраждало близько 3 мільйонів людей
  • Епідемічна нейропатія у людей
Поява: Дефіцит селену на Кубі викликає мутацію вірусу грипу A/Bangkok/1/79, який в результаті стає вірулентним
  • Хвороба білих м’язів (поживна міодегенерація (НМД), поживна м’язова дистрофія, ензоотична міодистрофія, поживний рабдоміоліз, поживна рабдоміопатія, міопатично-диспноеечний синдром, ревматизм телят, м’ясність курки, м’ясність риби)
Поява: у всіх районах світу з дефіцитом селену Види тварин: молоді тварини з с. a. Жуйні тварини: телята, ягнята, козенята, дромедар та лоша ломи
  • Міопатія з надмірним вживанням жуйних худоби (паралітична міоглобінурія, вправа рабдоміолізу)
Поява: у всіх районах світу з дефіцитом селену Види тварин: v. a. Худоба з восьми місяців

Селен як харчова добавка

У критичній оцінці фармацевтичної інформації від червня 2005 р. [19] було зазначено, що наявні на сьогодні дослідження не можуть дати жодних ознак користі від додаткової дози селену будь-яким чином. Хоча позитивний вплив на різні типи раку здається можливим, з іншого боку, сприяння іншим карциномам є малоймовірним. Дослідження "SELECT" ("Селеній і вітамін E. C.анцер профілактика Тріал ”) повинен надати інформацію щодо цього і бути заповненим у 2013 році. Однак це було скасовано в жовтні 2008 року, оскільки під час дослідження можна було продемонструвати, що покращений захисний ефект не покращений порівняно з плацебо, і користь може бути виключена. У цьому дослідженні було виявлено збільшення захворюваності на рак передміхурової залози при введенні вітаміну Е та посилений розвиток діабету при введенні селену, але жодне з них не було статистично значущим. [20]

Дослідження 2012 року також показує позитивний ефект селену лише тоді, коли є дефіцит селену, інакше цукровий діабет частіше розвивається [26]. Велике мета-дослідження 2013 року не показало захисних переваг заміщення селену щодо серцево-судинних захворювань. Незважаючи на те, що у групі, що заміщає селен, спостерігалось збільшення кількості випадків діабету 2, різниця не була значною. Але алопеція та дерматит зросли [27] .

Селеніт натрію та гормони щитовидної залози

Селен відіграє важливу роль у виробленні гормонів щитовидної залози, точніше в "активації" тироксину (Т4) до трийодтироніну (Т3). [28] [29] [30]

Селен є частиною ферменту, який називається тироксин 5'-дейодаза, який відповідає за видалення атома йоду з Т4. Ця дейодизація створює Т3. Дефіцит селену призводить до дефіциту 5'-дейодази тироксину, а це означає, що дейодизується лише частина наявного Т4. Оскільки Т3 набагато ефективніший у метаболізмі, дефіцит Т3 призводить до недостатньої активності щитовидної залози (гіпотиреоз). Після медичного уточнення рекомендується додатковий прийом препаратів селену (селеніту натрію) у високих дозах 200-300 мкг на добу. Б., зазначений при тиреоїдиті Хашимото, це також може зменшити запальну активність. [31]

доказ

Кількісне визначення слідів (0,003%) селенату може бути проведено електрохімічно за допомогою полярографії. У 0,1 молярному розчині хлориду амонію ступінь становить -1,50 В (проти SCE). У діапазоні ультраслідів можна використовувати атомну спектрометрію, за допомогою якої 100 мкг/л (ppb) можна виявити за допомогою полум’я AAS, 0,5 за допомогою графітової печі AAS та 0,01 мкг/л за допомогою гідридної технології. [32]

інструкції з техніки безпеки

Селен і сполуки селену отруйні. Прямий контакт пошкоджує шкіру (пухирі) та слизові оболонки. Вдихання селену може призвести до тривалих проблем з легенями.

Отруєння від надмірного споживання селену відоме як селеноз. Вживання селену понад 3000 мкг/день може призвести до цирозу печінки, випадіння волосся та серцевої недостатності. Працівники електронної, скляної та лакофарбової промисловості вважаються групами ризику. [33] Згідно з іншими джерелами, симптоми отруєння, такі як нудота та блювота, випадання волосся, зміни нігтів, периферична нейропатія та виснаження, виникають вже від 400 мкг на день. [34]