2019年國際營養(yǎng)師(三級)歷屆真題:硒在生命科學(xué)中的作用
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人類在長期的進(jìn)化過程中,不斷地尋找和選擇食物以改善膳食,以此在人體的營養(yǎng)生理需要和膳食之間建立平衡。如果這種平衡失調(diào),即膳食不能適應(yīng)人體的營養(yǎng)需要,就會(huì)產(chǎn)生不利于人體健康的影響,甚至導(dǎo)致某些疾病。
由于新陳代謝,人體每天都有一定量的無機(jī)鹽通過各種途徑排出體外,因此有必要通過膳食予以補(bǔ)充。那么,人們?nèi)绾蔚玫酵昝赖臓I養(yǎng),使各種物質(zhì)剛好滿足人體的營養(yǎng)需要?目前,人們正致力于改善包括營養(yǎng)物質(zhì)在內(nèi)的質(zhì)量和美味,尋找飲食中含量很低的微量元素,例如:鉻、鉬、鎳、釩、硒等,以及食物中包含有與金屬離子相匹配的合適的配位體,以保證必需元素易被機(jī)體吸收,而且含量適宜。長期以來,人們已經(jīng)知道,適量的糖、蛋白質(zhì)和維生素等有機(jī)成分以及鐵、鈣等無機(jī)成分對健康是必不可少的。然而,人們對許多其它元素的需求,由于它們在人體中的含量太低而被忽視了,特別是微量元素,它們在人體內(nèi)含量極少,但確能積極參與生命活動(dòng)過程和其它營養(yǎng)素如碳水化合物、蛋白質(zhì)、某些維生素的合成和分解代謝等。因而在生命活動(dòng)過程中也顯得尤為重要。
硒作為一種化學(xué)元素,一直被認(rèn)為是一種對人畜有毒的物質(zhì)。直到1957年,Schwarz等發(fā)現(xiàn)從釀酒酵母中分離出的生物活性因子Ⅲ(即硒),能預(yù)防老鼠因VE缺乏而引起的肝壞死,才使人們認(rèn)識到硒是動(dòng)物體的必需微量元素之一。
硒是維持生物體健康所需的重要微量元素之一。生物體通過外界環(huán)境(土壤、地球和大氣)獲得硒,但由于地球上硒分布的不均勻性,使得不同地區(qū)之間可以有很大差別,而這種不均勻性必然對動(dòng)、植物的硒狀態(tài)產(chǎn)生影響,并通過食物鏈最終影響到人體。
硒作為一種必需微量元素,其生化功能是多方面的。其中最重要的是它作為硒酶或硒蛋白的活性成分而發(fā)揮的抗氧化作用??梢哉f,它的抗氧化性是硒的各種生化作用的基礎(chǔ)。
?。ㄒ唬┖傅目寡趸饔?BR> 硒的生物抗氧化作用可分為酶的和非酶的兩類,前者主要是通過含硒谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)進(jìn)行的。GSH-Px廣泛存在于哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞、肝、心、腎等組織細(xì)胞中,它催化還原型谷胱甘肽(GSH)還原體內(nèi)有害的過氧化物,從而保護(hù)生物膜(紅細(xì)胞膜和內(nèi)膜系統(tǒng)如肝線粒體和微粒體)免受過氧化物引起的氧化損傷。硒在GSH-Px的催化作用中起關(guān)鍵作用。硒是GSH-Px中起氧化還原催化作用的僅有的原子,酶分子中硒代半胱氨酸是酶的催化部分,其中硒氫基(—SeH)是酶的活性還原形式。
?。ǘ┓敲肝衔锏目寡趸饔?BR> 現(xiàn)已了解到,人體內(nèi)GSH-Px中的硒約占人體總硒量的1/3,另外2/3的硒包括含硒蛋白質(zhì)和一些非硒化合物,其中有些非酶硒也在體內(nèi)發(fā)揮抗氧化作用。包括①清除脂質(zhì)過氧化自由基中間產(chǎn)物;②分解脂質(zhì)過氧化物;③修復(fù)水化自由基(HO.H.)等引起的硫化合物的分子損傷;④在水化自由基破壞生命物質(zhì)之前將其清除或轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定化合物;⑤催化巰基化合物作為保護(hù)劑的反應(yīng)。并且,含硒蛋白質(zhì)能抑制不飽和脂肪酸的氧化或過氧化;硒代胱氨酸能引起過氧化物的廣泛分解或還原;硒代氨基酸對水溶液中氨基酸和蛋白質(zhì)(酶)有輻射保護(hù)作用。
?。ㄈ┪c維生素E在抗氧化中的協(xié)同作用
在抗脂質(zhì)氧化過程中,維生素E結(jié)合于生物膜上,保護(hù)膜免受自由基進(jìn)攻與過氧化損傷;而硒通過GSH-Px破壞過氧化物,防止有害自由基的形成及其對不飽和脂的進(jìn)攻。這樣,硒與維生素E在抗脂質(zhì)氧化方面有著密切的聯(lián)系:含硒GSH-Px分解已形成的過氧化物,阻止了可能引發(fā)膜脂質(zhì)過氧化的羥基自由基(HO? )和單線氧(1O2)的生成;而維生素E阻止膜脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng),減少過氧化物的生成,故它們有協(xié)同作用。
?。ㄋ模┪岣邫C(jī)體免疫水平作用
硒對機(jī)體免疫水平的影響涉及體液免疫和細(xì)胞免疫兩個(gè)方面。
在體液免疫方面,研究表明,給動(dòng)物補(bǔ)硒能提高對羊紅細(xì)胞抗原或破傷風(fēng)類毒素的抗體滴度,包括較高水平IgM和IgG.反之,當(dāng)動(dòng)物缺硒時(shí),體液免疫反應(yīng)降低包括抗體滴度降低和免疫反應(yīng)時(shí)間延遲。此外,硒還能抵消免疫抑制劑(如甲基汞)引起的免疫抑制。
在細(xì)胞免疫方面,國內(nèi)外研究報(bào)道,補(bǔ)硒能夠促進(jìn)小鼠T淋巴細(xì)胞對刀豆素A(ConA)的增殖反應(yīng),對同種抗原刺激所致的淋巴細(xì)胞增殖促進(jìn)作用;補(bǔ)硒后有利于細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)的誘導(dǎo)并明顯加強(qiáng)CTL的細(xì)胞毒活性。
?。ㄎ澹┪c其他元素的相互作用
硒與其他元素的相互作用主要是與一些非金屬元素、金屬元素在生物效應(yīng)上的拮抗、協(xié)同或其它作用。這些相互作用對它們的生物學(xué)效應(yīng)有重要影響。硒能拮抗汞、砷、鎘、鉈等的毒性。硒與銅之間不僅能彼此拮抗對方的毒性作用,而且銅還能引起低硒飲食的動(dòng)物發(fā)生硒缺乏。
?。┪臄M胰島素作用
近年來,研究發(fā)現(xiàn)硒具有減低血糖和調(diào)控胰島素介導(dǎo)的代謝過程等擬胰島素作用。
1.增強(qiáng)葡萄糖的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化:國外研究報(bào)道,在大鼠脂肪細(xì)胞中,硒與胰島素一樣具有增強(qiáng)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)能力,硒和胰島素都能夠刺激增強(qiáng)從胞內(nèi)到質(zhì)膜上的兩個(gè)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)移位活性,從而達(dá)到加速葡萄糖的運(yùn)輸,降低機(jī)體血糖。在肌肉組織中,硒能夠增強(qiáng)同化或異化反應(yīng)通道而促進(jìn)葡萄糖的分解和轉(zhuǎn)運(yùn),但不能促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)化成糖原。同時(shí)表明硒的降血糖作用的機(jī)制與胰島素降血糖作用的機(jī)制不完全相同,因?yàn)橐葝u素能夠直接促進(jìn)和刺激肌肉對糖原的合成。因此,認(rèn)為硒的擬胰島素作用應(yīng)主要集中在肝細(xì)胞和脂肪細(xì)胞中。
2.增強(qiáng)cAMP磷酸二酯酶及MAP激酶的活性:國外研究報(bào)道,硒能夠增強(qiáng)cAMP磷酸二酯酶活性,但這種刺激作用與胰島素一樣都是雙向的。此外,硒還能夠增強(qiáng)大鼠肝細(xì)胞和脂肪細(xì)胞中與胰島素及其它生長因子有密切關(guān)系的MAP激酶的活性。在肝細(xì)胞中,胰島素在5min時(shí)使MAP激酶活性增加了2倍,而硒在5h使MAP激酶活性增加了6倍。在脂肪細(xì)胞中胰島素在5min時(shí)使MAP激酶活性增加了20倍,而硒則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20倍。
3.增強(qiáng)核糖體S6蛋白的磷酸化和酪氨酸激酶的活性:在大鼠脂肪細(xì)胞中,硒與胰島素都能夠增強(qiáng)核糖體S6蛋白的磷酸化,該蛋白與誘導(dǎo)蛋白質(zhì)合成有關(guān)。并且,硒能夠增強(qiáng)部分酪氨酸激酶的活性,即增強(qiáng)與胰島素信號放大有關(guān)的兩個(gè)蛋白質(zhì)的酪氨酸磷酸化,即胰島素受體的β底物和胰島素受體底物-1.因此,研究表明硒的擬胰島素作用是通過激活胰島素信號放大來調(diào)控糖類、脂類和蛋白質(zhì)代謝。
?。ㄆ撸┪狈εc中毒
1.硒缺乏:
硒缺乏癥最初發(fā)現(xiàn)于瑞典,其后見于芬蘭、挪威等北歐國家以及美國、加拿大等國,亞洲的日本、印度和朝鮮等國均有發(fā)生。我國最初于1936年在東北地區(qū)報(bào)告有馬匹發(fā)生本病,1955年發(fā)現(xiàn)仔豬的白肌病,1956年在東北、陜西等地見有羔羊和犢牛發(fā)病,1959-1963年在陜西見有禽類患病。動(dòng)物的硒缺乏不僅使動(dòng)物的發(fā)病率及死亡率增高,而且影響其生長、發(fā)育及繁殖性能。
20世紀(jì)70年代初,中國的科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)人的克山病與缺硒有關(guān),硒對克山病有預(yù)防作用。另外,現(xiàn)已證實(shí),人的大骨節(jié)病均流行于低硒的環(huán)境中,病區(qū)土壤、飲水、糧食等硒含量均明顯低于非病區(qū),人群和患者處于硒營養(yǎng)缺乏狀態(tài);對人體補(bǔ)硒的防治試驗(yàn)已取得良好效果,說明大骨節(jié)病的發(fā)生與硒有一定關(guān)系。
2.硒中毒:
早在被作為營養(yǎng)元素之前,硒一直被看作是有毒元素。除了牛、馬等動(dòng)物有硒中毒外,硒也會(huì)對人體產(chǎn)生毒性,主要由于職業(yè)關(guān)系長期接觸過多的硒化合物或者由于某地區(qū)的土壤、食物中硒過量而引起。
過量的硒,無論以何種途徑進(jìn)入機(jī)體,對各種動(dòng)物均有毒性。牛、羊、馬等草食家畜由于直接采食含硒量高的植物而經(jīng)常發(fā)生不同程度的自然中毒;飼喂或注射過量硒同樣可使這些物動(dòng)或試驗(yàn)動(dòng)物發(fā)生急性中毒。過量的硒可通過子宮轉(zhuǎn)入胎兒、引起羔羊、馬駒畸形。硒可存在于蛋中、使孵化率降低,影響雛雞的生長。從乳汁中排出的硒可使吮乳幼畜發(fā)生慢性中毒。
硒的營養(yǎng)性和毒性并不矛盾,因?yàn)槲纳镄?yīng)與硒的濃度范圍有關(guān)。我國預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院楊光圻通過大量調(diào)查和實(shí)驗(yàn),獲得了人體的需要量和安全值:適宜膳食硒攝入量為50-250μg/d;安全硒攝入量為500μg/d;硒中毒量為750μg/d.
總之,硒是人體所需的必需微量元素之一。因此,為滿足人體的營養(yǎng)生理需要,在膳食中注意攝入和補(bǔ)充硒或硒化合物。