Свойства селена, механизм транспорта и биохимических превращений в клетке

Se относится к IV группе элементов периодической таблицы и следует за серой. Химические свойства серы и селена сходны. В биологических макромолекулах селен находится в следу­ющих формах: селенол (-SeH), селенид (HSe) и селенолы (RSe).

В кислых почвах селен находится в виде селенита железа, мало растворим в воде и не ассимили­руется организмами. В щелочных почвах селен находится в окисленной форме, ионы селена га ра­створимы, хорошо ассимилируются организмами и включаются в состав органических соединений в одной из трех форм:

—Н₂С—Se—СН₂— -- Н₂С—S—Se—СН₂— —Н₂С—Se—Se- СН₂ —

Возможны различные пути поступления селена в клетки микроорганизмов. Селенат и сульфа і могут поступать в клетку по одному пути. Селенат является конкурентным ингибитором энергоза висимого транспорта сульфата. Конкуренция между селенатом и сульфатом происходит на уровн< адсорбции.

На сульфат-селенатный антагонизм влияют три фактора:

• разные скорости адсорбции сульфата и селената;

• уменьшение адсорбции селената при увеличении экзогенного сульфата;

• конкуренция между двумя ионами за один фермент.

Кинетика поступления селената описывается уравнением Михаэлиса-Ментен с величиной К_м = 1,43 мкМ.

В бактериях в аэробных условиях и в бактериях Е. coli и Clostridium в анаэробных условиях по казано существование разных систем транспорта селенита, сульфита и селената. В клетки дрож жей сульфат и селенит поступают по одной транспортной системе. Закономерности конкуренции между серой и селеном зависят от концентрации селенита в среде.

Метаболизм селена. В клетках микроорганизмов выявлена система восстановления селенита селенредуктазой, аналогичная системе ассимиляционной сульфатредукции, восстанавливающая селенит до элементарного селена. Восстановление селенита осуществляется с большей скоростью, чем селената. Восстановление селенита в Se²' может происходить при участии глутатиона и глута- тионредуктазы.

селенит

2НАДФН гНАДФ+GSH 2НАДФН гНАДФ+GSH

4GSH GSSG

H₂SeO₃

GSSeSG

GSSeH

GSH-редуктаза

H₂Se

GSH-редуктаза

селеноди-

глутатион

селенпер-

сульфид

При взаимодействии селенита с 2 молекулами восстановленного глутатиона (GSH) образуется селенодиглутатион (GS—Se—SG), который является ключевым продуктом в дальнейших путях превращения селена в клетке. Он может либо восстанавливаться при участии глутатионредуктазы до лабильного селенперсульфида (GSSeH) при избытке глутатиона, либо возможно каталитическое окисление селенодиглутатиона с высвобождением внутриклеточного селенита, что зависит от соот­ношения концентрации селенита и глутатиона в клетке. При низких концентрациях селенита про­текает реакция каталитического окисления глутатиона. При высоких концентрациях селенита происходит образование селенистого водорода (H₂Se). H₂Se может фиксироваться на белках. Селе­нодиглутатион (GS—Se—SG) может взаимодействовать с другими тионами, особенно с сульфгид- рильными группами некоторых белков. Эти реакции объясняют токсичность больших доз селена для организмов.

Селенистый водород, одна из токсичных форм селена, может быть окислен до элементарного селена кислородом воздуха или подвергаться метилированию с образованием летучих соединений селена — (CH_a)₂Se, CH₃SeH.

Селенометионин неспецифически включается в селенсодержащие белки и полипептиды. Селе­ноцистеин специфически включается в селензависимые ферменты электронтранспортной цепи, металлотионеины, входящие в состав тРНК, в состав ферментов, изменяющих насыщенность ли­пидов и жирных кислот. Обнаруживаются также селенаналоги КоА и тиамина.

Токсическое действие высоких концентраций селена на организмы вызвано замещением селе­ном атомов серы в биологически значимых соединениях и вследствие этого изменением их фун­кций. Замещение метионина на селенометионин может оказывать влияние на структуру белка, но не на его каталитические свойства. В противоположность селенометионину, включение селеноцис­теиновых остатков в белки является высокоспецифичным. Замещение серы селеном в цистеине, который входит в состав окислительно-восстановительных ферментов, влияет на каталитические свойства этих ферментов. В клетках анаэробных или факультативных анаэробных бактерий фун­кционирует ряд селензависимых ферментов (глицинредуктаза, формиат и другие дегидрогеназы, гидроксилазы и др.)

Селениты и селениды могут включаться в большую группу белков с образованием селенотри- сульфидных (R-S-Se-S-R), либо селеноперсульфидных (R-S-Se-H) мостиков. Селениды могут заме­щать сульфиды и в белках, содержащих железо.

Включение селенида в белки происходит в несколько этапов. На первом этапе специфическая т РНК нагружается серином при участии серил — т РНК — синтетазы и образуется серил — т РНК.

Селенид (HSe) активируется селенофосфатсинтетазой и образуется селенофосфат (HSePO₃²).

На основе активированного селенида (селенофосфат) образуется селеноцистеин, что катализи­руется пиридоксальфосфатсодержащей селеноцистеинсинтазой.

Селеноцистеин включается специфично в белки ферментов и кофакторов клетки. Существует ряд ферментов в клетках эукариот и прокариот, включающие селен в форме селеноцистеина.

4.3.