Funkcije

Funkcije selena su:

• antioksidativno djelovanje
• sinteza aktivnog oblika hormona štitnjače
• regulacija staničnog ciklusa

Funkcija se selena u našem organizmu manifestira preko vezanja na proteine pri čemu nastaju selenoproteini. Sinteza ovih proteina uključuje aminokiseline koje sadrže sumpor i sam selen, koji se spajaju preko intermedijera, selenofosfata, u selenocistein. U selenoproteinima selenocitein se nalazi na aktivnom mjestu enzima, koji reverzibilno mijenja redoks stanje tijekom katalize. Preko djelovanja selenoproteina, selen ima ulogu u obrani od oksidativnog stresa, regulaciji djelovanja hormona štitnjače te regulaciji redoks stanja vitamina C i drugih molekula. Oko 25 selenoproteina je poznato danas, no funkcije mnogih selenoproteina nisu u potpunosti poznate, uključujući selenoprotein H, I, K, M, N, O i T. Funkcije nekih selenoproteina su poznate i opisane su u tekstu koji slijedi.[1-9]

Glutation peroksidaze

Poznato je pet glutation peroksidaza koje sadrže selen, a to su: stanična ili klasična glutation peroksidaza, plazma ili ekstracelularna (izvanstanična) glutation peroksidaza, fosfolipid hidroperoksid glutation peroksidaza, gastrointestinalna glutation peroksidaza i olfaktorna glutation peroksidaza. Sve glutation peroksidaze kataliziraju u osnovi iste reakcije, ali u različitim tkivima, što im i sam naziv govori. Navedeni enzimi imaju antioksidativno djelovanje kojim se smanjuje potencijalno štetno djelovanje reaktivnih kisikovih vrsta (eng. Reactive Oxygen Species, ROS), kao što su organski hidroperoksidi. Organski peroksidi se stvaraju normalnim metabolizmom raznih molekula u našem organizmu. Glutation, tripeptid koji se sastoji od glicina, cisteina i glutamata, nalazi se u većini stanica i važan je antioksidans u našem organizmu. Reakcija koju katalizira glutation peroksidaza, neutralizira ili eliminira vodikov peroksid i organske perokside. Primjer reakcije koju katalizira glutation reduktaza uključuje reakciju dviju molekula reduciranog oblika glutationa koji reagira s vodikovim peroksidom, pri čemu nastaje oksidirani oblik glutationa, glutation disulfid, i voda. U slučaju da glutation reagira s lipidnim peroksidom ili nekim drugim peroksidom, kao rezultat reakcije nastaje oksidirani glutation i hidroksi-lipid, odnosno hidroksi-oblik organskog spoja. Istovremeno, navedenom se reakcijom NADPH pretvara u NADP+, NADH u NAD+ (Vidjeti „Vitamin B3-Funkcije“). Također, mehanizam djelovanja glutation peroksidaze uključuje oksidaciju selenola iz aminokiselinskog ostatka selenocisteina koju provodi vodikov peroksid. Navedenim procesom nastaje selenska ili selenasta kiselina, koja se regenerira u selenol pri čemu nastaje glutation disulfid. Nastali oksidirani glutation (glutation disulfid) mora se regenerirati natrag u reducirani oblik, a reakciju provodi glutation reduktaza, flavoenzim. Ova reakcija je ovisna o NADPH kao donoru elektrona, pri čemu iz glutation disulfida nastaju dvije molekule glutationa i NADP+.[1-11]

Tioredoksin reduktaza

Tioredoksini su mali peptidi, a koji sadrže dvije sulfhidrilne skupine i koji imaju brojne bitne biološke funkcije. Tioredoksin reduktaza sadrži selenocistein u svom aktivnom mjestu i provodi reakciju redukcije tioredoksina. Tioredoksin reduktaza je NADPH ovisan flavoprotein čije funkcije uključuju redukciju intramolekularnih disulfidnih mostova. Naime, tioredoksin u svom reduciranom obliku zajedno s tioredoksin reduktazom i NADPH djeluje kao sustav za reduciranje proteinskih disulfidnih veza, pri čemu nastaju oksidirani spojevi s vodikom. Sustav tioredoksina je uključen u razne oksidacijsko-redukcijske procese kojima se modulira intracelularna stanična signalizacija, inhibira apoptoza i regulira stanični rast. Identificirane su tri tioredoksin reduktaze, citosolna tioredoksin reduktaza, mitohondrijska tioredoksin reduktaza i tioredoksin/glutation reduktaza. Glavna funkcija citosolne tioredoksin reduktaze jest da kontrolira reducirano stanje tioredoksina. Tioredoksin/glutation reduktaza katalizira mnoge reakcije uključujući stvaranje/izomerizaciju disulfidnih veza tijekom sazrijevanja spermija. Mitohondrijska tioredoksin reduktaza reducira mitohondrijski tioredoksin i glutaredoksin 2. Održavanje tioredoksina u reduciranom obliku, uz pomoć tioredoksin reduktaze, važno je za regulaciju staničnog ciklusa. Tioredoksin reduktaza također sudjeluje i u redukciji nedisulfidnih supstrata, ako što su hidroperoksidi i u regeneraciju askorbinske kiseline iz njenih oksidiranih metabolita.[1-10,12,13]

Jodotironin dejodinaze

Štinjača otpušta male količine biološki aktivnog hormona štitnjače, trijodotironina (T3) i velike količine inaktivnog oblika hormona, tiroksina (T4). Većina biološki aktivnog T3 u krvotoku i unutar stanica nastaje uklanjanjem jednog atoma joda s T4, a navedenu reakciju kataliziraju selen-ovisne jodotironine dejodinaze. Točnije, jodotironin dejodinaze kataliziraju dejodinaciju (uklanjanje joda) s položaja 5 ili 5′ na hormonu štitnjače i nekih njihovih metabolita. Postoje tri različite selen-ovisne jodotironin dejodinaze (I, II i III) koje posljedično imaju utjecaj na normalan razvoj, rast i metabolizam upravo zbog uloge u regulaciji hormona štitnjače. Jodotironin dejodinaza I se primarno nalazi u štitnjači, jetri i bubrezima, dok se jodotironin dejodinaze II i III nalaze i u koži, hipofizi, adipoznom tkivu, srcu, mišićima i mozgu. Jodotironin dejodinaza I može provesti reakciju dejodinacije oba prstena T4, dok jodotironin dejodinaza II može samo dejodinirati vanjski prsten T4. Navedena se dva enzima smatraju aktivirajućim enzimima, posebno jodotironin dejodinaza II. Jodotironin dejodinaza III se smatra glavnim inaktivirajućim enzimom, jer provodi reakciju uklanjanja joda s unutarnjeg prstena T4 pri čemu nastaje reverzni T3. Također, može dejodinirati T3 pri čemu nastaje 3,3′-dijodotironin (T2), također uklanjanjem atoma joda s unutarnjeg prstena. Ovi su spojevi inaktivni, a odstranjuju iz organizma, jer nemaju nikakvu biološku funkciju (Vidjeti „Jod – Funkcije“).

Selenoprotein P

Selenoprotein P se nalazi u plazmi i povezuje ga se sa stanicama vaskularnog endotela, a sintetizira većinom u jetri, ali i u bubrezima, srcu i plućima. Primarna funkcija selenoproteina P je prijenos selena krvlju i sadrži značajno više selena u svojoj strukturi, najviše deset. U slučaju nedostatka selena, ovaj enzim može vezati i manji broj selena, no također u navedenom stanju on primarno veže selen, koji se tada ne veže na druge selenoproteine, kao što je glutation peroksidaza. Zbog navedenog, smatra ga se i skladišnim proteinom za selen. Također, djeluje kao antioksidans koji štiti stanice endotela od oštećenja uzrokovanog spojevima kao što su peroksinitrit, koji prirada skupini reaktivnih dušikovih vrsta (eng. Reactive Nitrogen Species, RNS). Peroksinitrit sintetiziraju aktivirane bijele krvne stanice iz superoksid radikala i dušikovog monooksida. Ako ga se ne deaktivira, peroksinitrit može uzrokovati oštećenja DNA i peroksidaciju lipida. Također, može tvoriti ekvimolarne komplekse selena i žive, čime bi imao ulogu u detoksifikaciji organizma od žive.[1-10,13-15]

Ostali selenoproteini

U našem organizmu postoje dva oblika selenofosfat sintetaze. Selenofosfat sintetaza I ne sadrži selenocitein i zadužena je za recikliranje selena iz selenocisteina, dok selenofosfat sintetaza II sadrži selenocitein i katalizira sintezu selenofosfata iz selenida. Točnije, selenofosfat sintetaza II katalizira sintezu selenofosfata, prekursora selenocisteina potrebnog za sintezu selenoproteina, uz utrošak jedne molekule ATP-a. Selenofosfat je ključna molekula potrebna za sintezu drugih proteina koji sadrže selen, kao što su glutation peroksidaza, dejodinaze, tioredoksin reduktaza, selenoprotein P i drugi. Drugi selenoprotein je selenoprotein W koji se većinom nalazi u mišićima, a čija se točna uloga ne zna. Pretpostavlja se da ima antioksidativno djelovanje te da ima ulogu u rastu i diferencijaciji stanica mišića tako što štiti stanice mišića (miocite) od oksidativnog stresa. Metionin-R-sulfoksid reduktaza je enzim koji katalizira stereospecifičnu redukciju oksidiranih aminokiselinskih ostataka metionina u reakcijama koje rabe tioredoksin kao reducens. Točnije, ovaj enzim reducira metionin-R-sulfokside koji nastaju u proteinima kada slobodni radikali uzrokuju oksidaciju aminokiselinskih ostataka metionina, uz pomoć tioredoksina, pri čemu nastaje L-metionin, tioredoksin disulfid i voda. 15 kDA selenoprotein ili Sep15 je protein koji se nalazi u endoplazmatskom retikulumu stanice. Tamo se ovaj enzim veže na UDP-glukoza:glikoprotein glukoziltransferazu, enzim koji kontrolira smatanje proteina. Također, ima i antioksidativno djelovanje, a pretpostavlja se da ima i antitumorsko djelovanje. Selenoprotein V ili selenoprotein mitohondrijske kapsule spermija se nalazi isključivo u testisima i pretpostavlja se da ima ulogu u spermatogenezi. Točnije, ima ulogu u održavanju pokretljivosti i strukturnog integriteta repa spermija. Selenoprotein S je uključen u retrotranslokaciju pogrešno smotanih proteina iz endoplazmatskog retikuluma u citosol. Ovaj je enzim također uključen u razne upalne i imunološke odgovore.[1-10,17,18]

"Literatura"

1. DiSilvestro, R. (2005) Handbook of Minerals As Nutritional Supplements, CRC Press, Boca Raton.

2. Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition Board, Institute of Medicine (2000) Dietary reference intakes for vitamin C, vitamin E, Selenium and Carotenoids, National Academy Press, Washington.

3. Caballero, B. (2009) Guide to Nutritional Supplements, Elsevier, Oxford.

4. FAO/WHO (2001) Human Vitamin and Mineral Requirements, Online: ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/004/y2809e/y2809e00.pdf.

5. Grooper, S.S., Smith, J.L., Groff, J.L. (2009) Advanced nutrition and human metabolism, Wadsworth Cengage Learning, Belmont.

6. Berdanier, C.D. (1998) Advanced Nutrition: Micronutrients, CRC Press, Boca Raton.

7. Caballero, B. (2003) Encyclopedia of food sciences and nutrition, Academic Press, London.

8. Kroner, Z. (2011) Vitamins and Minerals, Greenwood, Santa Barbara.

9. Hatfield, D.L., Berry, M.J., Gladyshev, V.N. (2006) Selenium: Its molecular biology and role in human health, Springer, New York.

10. Lobanov, A.V., Hatfield, D.L., Gladyshev, V.N. (2009) Eukaryotic selenoproteins and selenoproteomes. Biochim. Biophys. Acta. 1790, 1424–1428.

11. Arthur, J.R. (2000) The glutathione peroxidases. Cell Mol. Life Sci. 57, 1825-1835.

12. Mustacich, D., Powis, G. (2000) Thioredoxin reductase. Biochem. J. 346, 1-8.

13. Arner, E.S., Holmgren, A. (2000) Physiological functions of thioredoxin and thioredoxin reductase. Eur. J. Biochem. 267, 6102-6109.

13. Arteel, G.E., Briviba, K., Sies, H. (1999) Protection against peroxynitrite. FEBS Lett. 445, 226-230.

14. Burk, R.F., Hill, K.E. (2005) Selenoprotein P: an extracellular protein with unique physical characteristics and a role in selenium homeostasis. Ann. Rev. Nutr. 25, 215–235.

15. Richardson, D.R. (2005) More roles for selenoprotein P: local selenium storgae and recycling protein in the brain. Biochem. J. 386, e5-e7.

16. Heath, J.C., Banna, K.M., Reed, M.N. i sur. (2010) Dietary selenium protects against selected signs of aging and methylmercury exposure. Neurotoxicology. 31, 169-179.

17. Loflin, J., Lopez, N., Whanger, P.D., Kioussi, C. (2006) Selenoprotein W during development and oxidative stress. J. Inorg. Biochem. 100, 1679-1684.

18. Xu, X.M., Carlson, B.A., Irons, R. i sur. (2007) Selenophosphate synthetase 2 is essential for selenoprotein biosynthesis. Biochem. J. 404, 115-120.