Биологическая роль серы и селена

Сера. По содержанию в организме человека сера относится к макро­элементам (массовая доля 0,16%). Как и кислород, она жизненно необходима. Суточная потребность взрослого человека в сере около 4-5 г. Сера поступает в организм в виде неорганических и органических соединений, входящих в состав пищевых продуктов. Неорганические соединения серы (соли серной и сернистой кислот) не всасываются и выводятся из организма через кишечник. Органические соединения в организме расщепляются и всасываются в кишечнике. К элементам, способствующим усвоению серы, относятся F и Fe, а антагонистами серы являются As, Ba, Pb, Mo, Se.

Сера входит в состав многих биомолекул – белков, аминокислот (цистина, цистеина, метионина и др.), гормонов (например, инсулина), витаминов (например, вита­мина В₁). Сера является компонентом структурного белка коллагена. Хондроитин-сульфат присутствует в коже, хрящах, ногтях, тканях миокарда. Серосодержащими метаболитами являются гемоглобин, эстрогены, фибриногены и др. Много серы содержится в структурных веществах волос, кос­тях, нервной ткани.

Аминокислоты, содержащие серу, характеризуются наличием сульфгидрильных –SН-групп (например, цистеин) или нали­чием дисульфидных связей –S–S– (например, цистин). При окисле­нии сульфгидрильных групп образуются дисульфидные связи и, наоборот, при восстановлении связей –S–S– образуются SН-группы, т.е. эти переходы обратимы:

R₁–SH+R₂–SH «R₁–S–S–R₂

В некоторой степени этот обратимый переход защищает организм от радиационных поражений. Под влиянием ионизирующего облучения в ре­зультате радиолиза воды в организме образуются свободные радикалы, в том числе Н· и ·ОН, активизирующие процессы окисления. Сульфгидрильные группы вступают в реакции со свободными радикала­ми:

RSH + ·ОН ® RS· + H₂О.

Образующиеся радикалы RS· мало­активны. Тем самым предотвращается воздействие активных радикалов (·ОН) на нуклеиновые кислоты.

В живых организмах сера, входящая в состав аминокислот, окис­ляется. Конечными продуктами этого процесса преимущественно явля­ются сульфаты. Также образуются тиосульфаты, элементарная сера и политионовые кислоты:

Образующаяся в организме эндогенная серная кислота участвует в обезвреживании ядовитых соединений – фенола, крезола, индола, вырабатываемых в кишечнике из аминокислот микробами. Кроме того, серная кислота связывает многие чужеродные для организма соедине­ния (ксенобиотики) – лекарственные препараты и их метаболиты. Со всеми этими соединениями серная кислота образует относительно безвредные вещества – конъюгаты, в виде которых они и выводятся из организма. Например, с мочой человека выделяется конъюгат – калие­вая соль сернокислого эфира фенола:

Практические данные о нарушениях, связанных с дефицитом серы в организме человека, немногочисленны. Экспериментально установлено, что недостаток метионина в пище тормозит рост молодых животных и снижает продуктивность взрослых животных. Поскольку метионин участвует в синтезе некоторых важных серосодержащих соединений (цистеина, глутатиона, биотина, тиамина, липоевой кислоты и др.), то проявления недостатка в организме этих веществ можно в определенной степени относить к симптомам дефицита серы.

Селен. По содержанию в организме селен относится к микроэлементам (массовая доля 10^-5-10^-7 %). Некоторые исследователи считают его жизненно необходимым элементом. Суточная потребность человека в селене составляет 20-100 мкг. Селен поступает в организм с пищей. Всасывание селена происходит в тонком кишечнике, где из растворимых соединений селена образуются соединения селена с метионином и цистеином. Усвоению селена способствует витамин Е. Накапливается селен в основном в печени и почках, а также в ногтях и волосах, костном мозге, сердечной мышце, поджелудочной железе, легких, коже. Концентрация селена в крови составляет 0,001-0,004 ммоль/л.

В живых организмах селен, как и сера, входит в состав биосубстратов в степени окисления -2. Вследствие близости химических свойств этих элементов, они могут замещать друг друга в соединениях. При этом селен может выступать как синергистом, так и антагонистом серы. При поступлении в организм в больших дозах селен в первую очередь накапливается в ногтях и волосах, основу которых составляют серосодержащие аминокислоты цистеин и метионин. Очевидно, что при этом селен, как аналог серы, замещает её в этих аминокислотах, превращая их в селеноцистеин и селенометионин. Установлено, что эти необычные аминокислоты входят в состав активных центров нескольких ферментов: формиатдегидрогеназы, глутатионредуктазы и глутатионпероксидазы, обеспечивая их высокую ферментативную активность. В то же время замещение группы –SH на группу –SeH в ряде ферментов приводит к снижению их дегидрогеназной активности и ингибированию клеточного дыхания.

Селен является элементом, выполняющим многочисленные защитные функции в организме, усиливает иммунную защиту организма, способствует увеличению продолжительности жизни. Установлена зависимость между высоким содержанием селена в пище и низкой смертностью от рака.

Хорошо известна способность селена предохранять организм от отравления соединениями ртути и кадмия. Причем селен способствует связыванию катионов этих металлов не селенсодержащими группами метаболитов, а другими активными центрами, на которые их токсическое действие не оказывает влияния. При дефиците селена в организме происходит усиленное накопление ртути, кадмия и мышьяка.

Недостаток селена в организме приводит к нарушению целостности клеточных мембран, значительному снижению активности сгруппированных на них ферментов, накоплению кальция внутри клеток, нарушению метаболизма аминокислот, снижению энергопродуцирующих процессов.