Selén - biológia
selén [zeˈleːn] je chemický prvok so symbolom prvku Se a poradovým číslom 34. V periodickej tabuľke sa nachádza v 4. období a v šiestej hlavnej skupine, je teda jedným z chalkogénov. Prichádza v niekoľkých modifikáciách, najstabilnejšia je sivý kovový tvar.
príbeh
Selén (grécky σελήνη; selenský „mesiac“) [8] objavil v roku 1817 Jöns Jakob Berzelius v kale olovenej komory továrne na kyselinu sírovú, ktorá okrem selénu obsahovala aj telúr (z lat. povedz nám „Zem“) obsiahnutý.
Výskyt
Pravý selén sa prirodzene vyskytuje v malom množstve. Selénové minerály ako klausthalit a naumannit sú zriedkavé.
Selén, väčšinou vo forme selenidov kovov, sprevádza rudy obsahujúce síru kovov meď, olovo, zinok, zlato a železo. Keď sa tieto rudy pražia, tuhý oxid seleničitý sa zhromažďuje v popolčeku alebo pri následnej výrobe kyseliny sírovej ako kyselina seleničitá.
Selén je možné obohatiť o tragant alebo o cesnak ako Se-metylselenocysteín. Najbohatším známym zdrojom selénu medzi potravinami je para orech. [9]
Ako základný stopový prvok je selén súčasťou 21. biogénnej aminokyseliny selenocysteínu, ako aj v baktériách, archeaách a eukaryotoch.
Extrakcia a prezentácia
V priemysle sa selén získava ako vedľajší produkt pri elektrolytickej výrobe medi a niklu z anódového kalu pražením.
Redukcia na elementárny selén sa uskutočňuje pomocou oxidu siričitého.
V laboratórnom meradle sa selén môže syntetizovať z premeny kyseliny selénovej a jodovodíka. [10]
Organický selén
V potravinových doplnkoch a výžive zvierat (schválených vo výžive zvierat v EÚ od mája 2005) sa už niekoľko rokov používa zdroj organického selénu, ktorý sa získava šľachtením určitých pivovarských kvasníc typu Saccharomyces cerevisiae (Sel-Plex, Lalmin ™) na živnom médiu bohatom na selén (melasa + Na-seleničitan). Kvasinky syntetizujú vysoké hladiny selenometionínu ako aminokyseliny, a tak organickým spôsobom viažu až 2 000 ppm selénu. Najväčší závod na výrobu takýchto prírodných selénových kvasiniek bol postavený v roku 2004 v São Pedro v brazílskom štáte Paraná.
charakteristiky
Rovnako ako síra, aj selén sa vyskytuje vo viacerých Úpravy pred: [11]
- Červený selén rozpustný v sírouhlíku pozostáva z približne 30% kruhov Se8 a 70% Se8 + n, ktoré sa pri teplote nad 80 ° C premieňajú na sivý polovodičový kov. Červený elementárny selén je izolátor.
- Čierny amorfný selén, ktorý sa pri teplote nad 60 ° C premieňa na čierny sklovitý selén. Obe formy sa pri zahriatí na 80 ° C prevedú na sivú polokovovú modifikáciu.
- Šedý „kovový“ selén je najstabilnejšia modifikácia a správa sa ako polokov.
- Nad teplotou topenia 220 ° C vytvára čiernu kvapalinu. Para selénu produkovaná pri ďalšom zvyšovaní teploty je žltá.
- Keď sa nanáša z plynnej fázy na chladnejší povrch (trochu pod teplotou topenia), ukladá sa vo forme šesťuholníkových, kovovo-sivých kryštálových ihiel.
Pásová medzera selénu je asi 1,74 eV (na hranici medzi viditeľným svetlom a infračerveným žiarením).
Vystavenie svetlu mení jeho elektrickú vodivosť. Okrem toho vykazuje fotovoltaický efekt. Vodivosť nie je spôsobená elektrónmi vo vodivom pásme, ale vedením dier (pozri časť Elektrická vodivosť a chybný elektrón), t. Ako mechanizmus pre vedenie tohto otvoru je navrhovaná takzvaná „skákacia vodivosť“ [12] (otvorov od jedného defektu kryštálu k nasledujúcemu).
Po zahriatí na vzduchu selén horí modrým plameňom za vzniku oxidu seleničitého SeO2. Pri teplote nad 400 ° C reaguje s vodíkom za vzniku selenidu vodíka, H2Se. Spravidla vytvára selenidy s kovmi, napríklad selenid sodný, Na2Se.
Chemické správanie je podobné síre, ale selén sa ťažšie oxiduje. Reakciou s kyselinou dusičnou vzniká „iba“ kyselina seleničitá, zlúčenina selénu (IV).
Izotopy
Selén má veľké množstvo izotopov. Zo šiestich prirodzene sa vyskytujúcich izotopov je päť stabilných. Podiely sú rozdelené takto: 74 Se (0,9%), 76 Se (9,0%), 77 Se (7,6%), 78 Se (23,6%), 80 Se (49,7%) ) a 82 Se (9,2%).
82 Se, jediný prirodzene sa vyskytujúci rádioaktívny izotop, má jeden z najdlhších v súčasnosti známych polčasov rozpadu okolo 10 - 20 rokov. Okrem toho je známych ďalších 22 rádioaktívnych izotopov, z ktorých majú osobitný význam 75 Se s polčasom rozpadu 120 dní a 79 Se s polčasom rozpadu 327 000 rokov [13] [14]. 75 Se sa používa na konštrukciu špeciálnych zdrojov gama žiarenia na nedeštruktívne testovanie napr. B. Aplikácia zvarov. [15] 75 Se sa používa v nukleárnej medicíne v spojení s metionínom ako indikátorom na hodnotenie funkcie pankreasu a s kyselinou homotaurocholovou (SeHCAT) na hodnotenie resorpcie žlčových kyselín. [16] 79 Se je zložka vyhoretého jadrového paliva, kde sa vyrába štiepením uránu s frekvenciou 0,04%.
Najvzácnejší zo stabilných izotopov 74 Se získal určitý význam ako objekt špekulácií. Na trhu sa opakovane ponúka za veľmi vysoké ceny. Avšak okrem niektorých veľmi špecializovaných výskumných aplikácií, kde sa používa na účely označovania, nie je známe, že by tento materiál mal nejaké konkrétne technické využitie.
použitie
Selén je nevyhnutný pre všetky formy života. Zlúčeniny selénu sa preto ponúkajú ako doplnok výživy a spracovávajú sa na prísady krmív a hnojív. V sklárskom priemysle sa používa na odfarbovanie zelených pohárov a na výrobu okuliarov červenej farby. Iné použitie:
- Zobrazovacie valce pre kopírky a laserové tlačiarne
- Výroba polovodičov
- Pridanie latexu na zvýšenie odolnosti proti oderu
- Toner na čiernobiele fotografie na zvýšenie kontrastu (svetlé tóny zostávajú nezmenené, je možné dosiahnuť tmavšiu čiernu farbu, tmavé časti vyzerajú celkovo trojrozmernejšie), zvýšenie trvanlivosti (nie je jasne preukázané) a jemné zafarbenie tmavých zložiek obrazu na baklažánové farby (tiež na zvýšenie plasticity) )
- na výrobu červených farebných pigmentov na báze selenidu kademnatého (vzhľadom na obsah kadmia dnes dosť zriedkavý)
- Zliatinová prísada na zlepšenie mechanickej spracovateľnosti rýchlorezných ocelí a zliatin medi
- Používa sa v selénovom usmerňovači a v selenovom článku, dnes je však z veľkej časti nahradený kremíkom (polovodičom).
- na hnednutie hliníka, mosadze alebo podobne (oxid seleničitý)
- s medenou a indiovou časťou fotoaktívnej vrstvy solárnych článkov CIGS
- v analógových meračoch svetla na fotografovanie
- Šampóny na vlasy proti lupinám a prevencia/liečba pityriasis versicolor, kožného ochorenia spôsobeného kvasinkovou hubou.
- podporné pri liečbe HIV (priaznivý vplyv na vírusovú záťaž HIV je kontroverzný)
- Reakcia s Grignardovými zlúčeninami, R - Mg - Hal, vedie k organoseléniovým zlúčeninám, R-Se-Mg-Hal, z ktorých je možné hydrolýzou vyrobiť selenoly, R - Se - H.
- Ako selenid zinočnatý sa používa na výrobu opticky vysoko reflexných povrchov, je však priehľadný v infračervenej oblasti a používa sa tu na výrobu okien a zaostrovacích šošoviek napr. B. Použitý CO2 laser
- Väčšie množstvo oxidu seleničitého sa spotrebuje pri elektrolýze mangánu. Prídavok oxidu seleničitého znižuje spotrebu energie počas elektrolýzy. Na tonu mangánu sa spotrebujú až 2 kg oxidu seleničitého. [17]
Biologický význam
Selén je nevyhnutný stopový prvok. Selén sa pridáva do krmiva pre dojnice, pretože prirodzený obsah selénu v krmive je často nedostatočný na zásobovanie hospodárskych zvierat. Nemecký zákon o krmivách uvádza ako prísady do krmív iba dva anorganické zdroje selénu seleničitanu a seleničitanu sodného, ktoré dopĺňajú prísun selénu. Tieto dve zlúčeniny sú ekonomicky veľmi výhodné, ale v súčasnosti sú predmetom kritiky kvôli nízkej biologickej dostupnosti pre organizmus.
Selén má však vysoko toxický účinok vo vyšších koncentráciách, rozsah medzi koncentráciami, ktoré spôsobujú príznaky nedostatku, a toxickými koncentráciami je veľmi malý. Ďalej toxicita selénu závisí od chemickej väzby.
Selén je obsiahnutý v selenocysteíne, aminokyseline v aktívnom centre enzýmu glutatiónperoxidázy. Z tohto dôvodu môže selén hrať dôležitú úlohu pri ochrane bunkových membrán pred oxidačnou deštrukciou (lapač radikálov). Selén je tiež zložkou ďalších enzýmov, ktorých význam ešte nebol čiastočne objasnený.
Diskusia o seléne
Existuje veľa rôznych selenoproteínov. Selenoproteíny obsahujú selenocysteín, tiež známy ako 21. aminokyselina. Selenoproteíny sa v tejto funkcii vyskytujú iba v živočíšnych organizmoch. V závislosti na obsahu pôdy rastliny zabudovávajú do svojich aminokyselín selén namiesto síry, najmä v metioníne (Se-metionín) a v menšej miere v cysteíne (Se-cysteín). Iba takzvané „zberné zariadenia na selén“ (rastliny na akumuláciu selénu, napr. Rajský orech), ktoré sa vyskytujú v suchých oblastiach bohatých na selén, tiež uchovávajú selén ako organicky viazaný, vo vode rozpustný selén alebo soli selénu.
Doteraz bolo v ľudskom genóme objavených najmenej 25 selenoproteínov [18]:
- W. Marktl: Fyziológia a nutričná fyziológia selénu. In: Journal für Mineralstoffwechsel č. 8 (3), 2001, strany 34 - 36, PDF.
- P. F. Surai: Prírodné antioxidanty. Nottingham University Press, 2002, ISBN 1-897676-95-6.
Choroby z nedostatku selénu
Choroby z dôvodu nedostatočného prísunu selénu sa vyskytujú iba v krajinách s extrémnym nedostatkom selénu, ako je Severná Kórea a severovýchodná Čína, ako aj v niekoľkých ďalších krajinách. V našich končinách sveta môžu nedostatok selénu zvyčajne vyvinúť iba predčasne narodené deti, rodičia kŕmení rodičmi a alkoholici.
Známe choroby z nedostatku selénu sú:
- Keshanova choroba (juvenilná kardiomyopatia), pomenovaná podľa mesta Keshan na severovýchode Číny v okrese Heilongjiang v Mandžusku.
- Kashin-Beckova choroba u ľudí (výživná degenerácia chrupavky), pomenovaná po ruskom lekárovi Nikolajovi Iwanowitschovi Kashinovi a Američanke Melinde A. Beckovej
- Epidemická neuropatia u ľudí
- Ochorenie bielych svalov (výživová myodegenerácia (NMD), výživná svalová dystrofia, enzootická myodystrofia, výživná rabdomyolýza, výživná rabdomyopatia, myopaticko-dyspnoický syndróm, reumatizmus teliat, mäsová kura, rybacia schopnosť)
- Nadmerná myopatia prežúvavého dobytka (paralytická myoglobinúria, cvičená rabdomyolýza)
Selén ako doplnok výživy
V kritickom hodnotení farmaceutických informácií z júna 2005 [19] sa konštatovalo, že štúdie, ktoré sú k dispozícii doteraz, nemôžu poskytnúť žiadne náznaky žiadneho prínosu z akejkoľvek ďalšej dávky selénu. Pozitívny vplyv na rôzne typy rakoviny sa javí ako možný, ale na druhej strane je nepravdepodobné, že by boli uprednostňované iné typy rakoviny. Štúdia „SELECT“ („Selenium a vitamin E. C.prevencia proti ancerom T“) by mala poskytnúť informácie o tomto a mala by byť hotová v roku 2013. V októbri 2008 to však bolo prerušené, pretože počas štúdie bolo možné preukázať, že v porovnaní s placebom nedošlo k zlepšeniu ochranného účinku a bolo možné vylúčiť prínos. V tejto štúdii sa zistil zvýšený výskyt rakoviny prostaty pri podávaní vitamínu E a zvýšený vývoj cukrovky pri podávaní selénu, ale ani jeden nebol štatisticky významný. [20]
Štúdia z roku 2012 tiež ukazuje pozitívny vplyv selénu iba pri jeho nedostatku, inak je pravdepodobnejšie, že dôjde k rozvoju diabetes mellitus [26]. Veľká metaštúdia z roku 2013 nepreukázala žiadny ochranný prínos substitúcie selénom z hľadiska kardiovaskulárnych chorôb. Aj keď v skupine substituovanej selénom bol zvýšený výskyt cukrovky 2, rozdiel nebol významný. Ale alopécia a dermatitída sa zvýšili [27] .
Selén sodný a hormóny štítnej žľazy
Selén hrá dôležitú úlohu pri produkcii hormónov štítnej žľazy, presnejšie pri „aktivácii“ tyroxínu (T4) na trijódtyronín (T3). [28] [29] [30]
Selén je súčasťou enzýmu nazývaného tyroxín 5'-deiodáza, ktorý je zodpovedný za odstránenie atómu jódu z T4. Táto deiodizácia vytvorí T3. Deficit selénu vedie k deficitu tyroxín 5'-dijodázy, čo znamená, že jódovať sa dá iba časť dostupného T4. Pretože T3 je oveľa efektívnejší v metabolizme, výsledkom nedostatku T3 je nedostatočná činnosť štítnej žľazy (hypotyreóza). Dodatočný príjem selénových prípravkov (seleničitanu sodného) vo vysokých dávkach 200 - 300 μg denne je po lekárskom objasnení napr. B. indikované pri Hashimotovej tyroiditíde, môže to tiež znížiť zápalovú aktivitu. [31]
dôkaz
Kvantitatívne stanovenie stôp (0,003%) seleničitanu sa môže uskutočniť elektrochemicky pomocou polarografie. V 0,1 molárnom roztoku chloridu amónneho je krok pri -1,50 V (oproti SCE). V ultrastopovom rozmedzí je možné použiť atómovú spektrometriu, pričom pomocou plameňa AAS je možné detegovať 100 μg/l (ppb), 0,5 pomocou grafitovej pece AAS a 0,01 μg/l pomocou hydridovej technológie. [32]
bezpečnostné inštrukcie
Zlúčeniny selénu a selénu sú jedovaté. Priamy kontakt poškodzuje pokožku (pľuzgiere) a sliznice. Vdýchnutý selén môže viesť k dlhotrvajúcim pľúcnym problémom.
Otrava z nadmernej konzumácie selénu je známa ako selenóza. Príjem selénu viac ako 3 000 µg/deň môže viesť k cirhóze pečene, vypadávaniu vlasov a zlyhaniu srdca. Zamestnanci v elektronickom, sklárskom a farebnom priemysle sa považujú za rizikových. [33] Podľa iných zdrojov sa príznaky otravy, ako sú nevoľnosť a zvracanie, vypadávanie vlasov, zmeny nechtov, periférna neuropatia a vyčerpanie vyskytujú už od 400 µg denne. [34]