Funktionen
Selen

Selen übt seine Funktionen als integraler Bestandteil von Proteinen beziehungsweise Enzymen aus. Zu den relevanten Enzymen zählen selenhaltige Glutathionperoxidasen (GPxs), Dejodasen – Typ 1, 2 und 3 –, Thioredoxinreduktasen (TrxR), das Selenoprotein P sowie W und die Selenophosphatsynthetase [2, 3, 6].Selenmangel führt zum Aktivitätsverlust dieser Proteine [17].

Selenabhängige Enzyme

Glutathionperoxidasen
Zu den vier bekannten Glutathionperoxidasen gehören die cytosolische GPx, die gastrointestinale GPx, die Plasma-GPx und die Phospholipid-Hydroperoxid- GPx. Obwohl jedes dieser selenhaltigen Enzyme seine spezifischen Funktionen besitzt, haben sie die gemeinsame Aufgabe, insbesondere im wässrigen Milieu des Cytosols beziehungsweise der Mitochondrienmatrix Sauerstoffradikale zu eliminieren und so zum Schutz vor oxidativen Schäden beizutragen [4, 5, 9, 18, 19, 20]. Hierzu reduzieren die selenreichen Proteine organische Peroxide wie Wasserstoffperoxid und Lipidhydroperoxid zu Wasser. Wasserstoffperoxid (H2O2) kann sich in der Natur überall dort bilden, wo atomarer Sauerstoff auf Wasser einwirkt. Es entsteht bei der Oxidation von anorganischen und organischen Stoffen an der Luft sowie bei vielen biologischen Oxidationsprozessen, wie Atmung oder Gärung. Werden Peroxide nicht abgebaut, können diese zu Zell- und Gewebsschädigung führen [17].

Die selenhaltigen Glutathionperoxidasen sind vor allem in den Erythrozyten (rote Blutkörperchen), den Thrombozyten (Blutplättchen), den Phagozyten (Fresszellen) wie in der Leber und in den Augen enthalten [17]. Diese erreichen ihr Aktivitätsmaximum bei einer Selenaufnahme von 60-80 µg/Tag [24].
Weiterhin ist Selen in hohen Konzentrationen in der Schilddrüse vorhanden. Eine ausreichende Selenzufuhr ist für eine normale Schilddrüsenfunktion unerlässlich. Als Bestandteil der Glutathionsperoxidasen schützt Selen das endokrine Organ während der Schilddrüsenhormonsynthese vor Wasserstoffperoxidangriffen [9].
Bei der Eliminierung der Sauerstoffradikale wirken die Glutathionperoxidasen eng mit Vitamin E zusammen. Vitamin E ist ein fettlösliches Vitamin und entfaltet daher seine antioxidative Wirkung in der Membranstruktur.

Selen und Vitamin E können sich in ihrer Wirkung substituieren [10]. Ist die Versorgung mit Vitamin E gut, kann es bei einem Mangel an Selen im Cytosol entstehende Sauerstoffradikale abfangen und die Membran vor oxidativen Schäden bewahren [17]. Umgekehrt ist die selenhaltige Glutathionperoxidase bei ausreichender Selenzufuhr in der Lage, einen Mangel an Vitamin E zu kompensieren, indem sie ebenfalls die Peroxide im Cytoplasma beseitigt und dadurch die Membranen vor Lipidperoxidation schützt [17].

Dejodasen
Als Bestandteil der Typ-1-Jodthyronin-5’-Dejodase, die vor allem in Leber, Niere und Muskulatur vorkommt, ist Selen für die Aktivierung und Deaktivierung von Schilddrüsenhormonen von Bedeutung [15, 17]. Die Dejodase katalysiert die Umwandlung des Prohormons Thyroxin (T4) zum biologisch aktiven Schilddrüsenhormon 3,3’ 5-Trijodothyronin (T3) sowie die Umwandlung von T3 und reversem T3 (rT3) zu inaktivem 3,3’Dijodothyronin (T2) [7, 17].
Ist die Selenzufuhr unzureichend, kommt es zur Erhöhung des Verhältnisses T4 zu T3 im Serum, was mit Funktionsstörungen der Schilddrüse einhergehen kann [7]. Ebenso führt eine über den Bedarf hinausgehende Selenaufnahme zu Veränderungen im Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone [1, 11]. Indem selenabhängige Typ-3-Dejodasen während der Schwangerschaft die Versorgung mit T4 und T3 von der Mutter zum Feten regulieren, schützen sie die Feten vor zu hohen Mengen an T3 [1, 5]. Auch in anderen Organen, vor allem im Gehirn, beeinflussen die Typ-3-Dejodasen die lokale Konzentration von T3 [5, 9].

Selenoprotein P und W
Die Funktion des Selenoprotein P ist noch nicht vollständig geklärt. Vermutet wird, dass es als extrazelluläres Antioxidans von Bedeutung ist  Abbau von Peroxinitrit  und die Biomembranen vor Lipidperoxidation schützt [4, 8, 20]. Zudem könnte das Selenoprotein P für die Mobilisierung von Selen aus der Leber in andere Organe wie Gehirn und Niere zuständig sein [21]. Diskutiert wird auch die Beteiligung des Proteins an der Schwermetallbindung [4].

Das Selenoprotein W ist vorwiegend im Muskelgewebe auffindbar, kommt aber auch im Gehirn und anderen Geweben vor [4, 5]. Über seine Funktion ist noch wenig bekannt. Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass Muskeldystrophien beim Menschen durch Selengaben positiv beeinflusst werden können [5, 7].

Thioredoxinreduktasen
Die selenhaltige Thioredoxinreduktasefamilie, zu der TrxR1, TrxR3 und TGR gehören, spielt eine essentielle Rolle bei der Reduktion von oxidiertem Thioredoxin und anderen Substanzen wie von Dehydroascorbinsäure und Lipidhydroperoxiden. Das Thioredoxin-Thioredoxinreduktase-System reguliert redoxsensitive Transkriptionsfaktoren und über eine Reduktion von Disulfidbrücken die Proteinfaltung [3, 4]. Zudem ist Selen über die Thioredoxinreduktasen an der DNA-Biosynthese, am Zellwachstum und Apoptose (programmierter Zelltod) von Tumorzellen beteiligt [3, 4, 20].
Darüber hinaus ist das selenhaltige Enzym für die Regenerierung des antioxidativ wirksamen Vitamin E von Bedeutung [23].

Selenophosphatsynthetase
Die Selenophosphatsynthetase ist auf eine ausreichende Selenzufuhr angewiesen, um den ersten Schritt der Biosynthese anderer Selenoproteine zu kontrollieren [4].

Weitere Selenoproteine

Neben den genannten Proteinen gibt es noch weitere Enzyme, die Selen für eine optimale Aktivität benötigen. Ein Beispiel ist das Selenoprotein mit einem Molekulargewicht von 34 kDa. Dieses befindet sich vor allem in den Gonaden (Keimdrüsen) sowie im Prostataepithel. Demnach ist Selen für die Spermatogenese und Reproduktion (Fortpflanzung) essentiell. Studien zufolge werden insbesondere männliche Säugetiere bei einem Mangel an Selen infertil (unfruchtbar) [4].
Weiterhin sind Selenoproteine in den weiblichen Ovarien (Eierstöcke), den Nebennieren und im Pankreas (Bauchspeicheldrüse) vorhanden [4].
Etliche Selenoproteine werden zurzeit noch hinsichtlich ihrer Funktion untersucht und sind möglicherweise auch bei der Tumorgenese (Krebsentstehung) von Bedeutung [4].

Immunfunktion

Selen wird als Stimulator der humoralen und zellulären Immunität zahlreiche immunmodulierende Effekte nachgesagt [15]

  • Produktion von Antikörpern, insbesondere des IgG, von Gamma-Interferon und des Tumornekrosefaktors (TNF)
  • Stimulierung der Chemotaxis von Neutrophilen
  • Hemmung der Aktivität von Suppressorzellen
  • Erhöhung der Zytotoxizität von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen) und zytotoxischen T-Lymphozyten [19, 20]

Diese Wirkungen des Selens hängen von der Höhe der Selenaufnahme ab. Sowohl ein Mangel an Selen, infolge einer unzureichenden Zufuhr, als auch eine Überdosierung des Spurenelements kann zu einer Beeinträchtigung des Immunsystems führen [19, 20].

Beispielsweise wirken sich Selendefizite negativ auf die Aktivität der Glutathionsperoxidasen aus, wodurch es zu einer verstärkten Radikalenbildung und vermehrten Ansammlung von Lipidhydroperoxiden kommt. Das geht wiederum mit einer erhöhten Bildung von entzündungsfördenden Prostaglandinen einher [20].

Schwermetallbindung

Selen ist in der Lage, den Körper vor schädigenden Schwermetallen wie Blei, Cadmium und Quecksilber zu schützen. Das Spurenelement geht mit den Schwermetallen einen schwerlöslichen biologisch inaktiven Selenid-Proteinkomplex ein und macht sie so unschädlich. Schließlich wird dadurch die Resorption von Blei, Cadmium beziehungsweise Quecksilber wesentlich herabgesetzt [19, 20, 25].
Eine zu hohe Belastung mit Schwermetallen kann den Bedarf an Selen beträchtlich steigern, da das Spurenelement ständig für die Schwermetallbindung bereitgestellt werden muss [22].

Literatur

  1. Anke M, Glei M, Rother C, Vormann J, Schäfer U, Röhring B, Drobner C, Scholz E, Hartmann E, Möller E, Sülze A: Die Versorgung Erwachsener Deutschlands mit Jod, Selen, Zink bzw. Vanadium und mögliche Interaktionen dieser Elemente mit dem Jodstoffwechsel. In: Aktuelle Aspekte des Jodmangels und Jodüberschusses. Bauch K (Hrsg.) Interdisziplinäres Jodsymposium. Blackwell-Wiss. Verl., Berlin, Wien, S. 147-176  (2000)
  2. Arthur JR: The glutathione peroxidases. Cell Mol Life Sci. 2000 Dec;57(13-14):1825-35.
  3. Behne D, Kyriakopoulus A: Mammalian selenium-containing proteins. Annu Rev Nutr. 2001;21:453-73.
  4. Biesalski HK, Köhrle J, Schümann K: Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe.161-171. Georg Thieme Verlag; Stuttgart/New York 2002
  5. Biesalski HK, Fürst P, Kasper H, Kluthe R, Pölert W, Puchstein Ch, Stähelin HB: Ernährungsmedizin.182-183 Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1999
  6. Brigelius-Flohé R, Maiorino M, Ursini F, Flohé L: Selenium: an antioxidant? In: Handbook of Antioxidans. Sec. Ed., rev. & exp., Cadenas E, Packer L.(Eds.) Marcel Dekker, Inc., New York, Basel 2001
  7. Brown K., Arthur JR: Selenium, selenoproteins and human health: a review. Public Health Nutr. 2001 Apr;4(2B):593-9.
  8. Burk RF, Hill KE, Motley AK: Selenoprotein metabolism and function: evidence for more than one function for selenoprotein P. J Nutr. 2003 May;133(5 Suppl 1):1517S-20S.
  9. Bundesinstitut für Risikobewertung: Domke A, Großklaus R, Niemann B, Przyrembel H, Richter K, Schmidt E, Weißenborn A, Wörner B, Ziegenhagen R (Hrsg.) Verwendung von Mineralstoffen in Lebensmitteln – Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte, Teil 2, BfR-Hausdruckerei Dahlem, 2004
  10. Deutsche Gesellschaft für Ernährung, Österreichische Gesellschaft für Ernährung, Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung, Schweizerische Vereinigung für Ernährung: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. 5. Auflage. In: DGE/ÖGE/SGE/SVE. Umschau- Braus-Verlag, Frankfurt/Main (2013)
  11. Eder K, Kralik A, Kirchgessner M: Beeinflussung des Stoffwechsels der Schilddrüsenhormone bei defizitärer bis subtoxischer Selenversorgung. Z. Ernährungswiss. December 1995. 34: 277-283
  12. Ekmekcioglu C: Spurenelemente auf dem Weg ins 21. Jahrhundert – zunehmende Bedeutung von Eisen, Kupfer, Selen und Zink. J Ernährungsmed 2002; 2: 18-23 
  13. Fischer A: Untersuchungen zum Einfluss von Selen und Vitamin E auf differentielle Genexpression, antioxidative Schutzmechanismen und Zellschädigungen bei der Ratte.Diss. Gießen 2002
  14. Gaßmann B: Selen. Vorkommen, Ernährungsphysiologie, Biochemie, Empfehlungen für die nutritive Zufuhr, Versorgung und Versorgungszustand in der Bundesrepublik Deutschland. Ernährungs-Umschau; 43: 464-467. 1996
  15. Hahn A: Nahrungsergänzungsmittel. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart 2001
  16. Henning BF, Zidek W: Störungen im Spurenelementhaushalt. Der Internist August 1998, 39, 8:  831-839
  17. Kasper H: Ernährungsmedizin und Diätetik. 67-68. 10. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München 2004
  18. Leitzmann C, Müller C, Michel P, Brehme U, Hahn A, Laube H: Ernährung in Prävention und Therapie. 75-77. Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co.KG 2005
  19. Niestroj I: Praxis der Orthomolekularen Medizin. 420-423 Hippokrates Verlag GmbH, Stuttgart 1999, 2000
  20. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. 292-301 Urban & Fischer Verlag; München, Februar 2000
  21. Schomburg L, Schweizer U, Holtmann B et al.: Gene disruption discloses role of selenoprotein P in selenium delivery to target tissues. Biochem J. 2003 Mar 1;370(Pt 2):397-402.
  22. Schrauzer GN: Selenomethionine: A review of its nutritional significance, metabolism and toxicity. J Nutr. 2000 Jul;130(7):1653-6.
  23. Sunde RA: Selenium. In: Present Knowledge in Nutrition. 8th ed. Bowman BA, Russell RM (Eds.) ILSI Press, International Life Sciences Institute, Washington DC 2001
  24. Thomson CD, Robinson MF, Butler JA, Whanger PD: Long-term supplementation with selenate and selenomethionine: selenium and glutathione peroxidase ( EC 1.11.1,9) in blood components ofNew Zealand women. Br J Nutr. 1993 Mar;69(2):577-88.
  25. UBA: Selen and Human-Biomonitoring: Stellungnahme der Kommission “Human-Biomonitoring” des Umweltbundesamtes. Bundesgesundheitsbl. – Gesundheitsforsch. – Gesundheitsschutz 45:190-196 (2002)
     
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