Selênio na biologia - Selenium in biology

Embora seja tóxico em grandes doses, o selênio é um micronutriente essencial para os animais. Em plantas, às vezes ocorre em quantidades tóxicas como forragem , por exemplo, locoweed . O selênio é um componente dos aminoácidos selenocisteína e selenometionina . Em humanos, o selênio é um nutriente de oligoelementos que funciona como co-fator para a glutationa peroxidases e certas formas de tiorredoxina redutase . Proteínas contendo selênio são produzidas a partir do selênio inorgânico através da intermediação do selenofosfato (PSeO 3 3− ).

Biomoléculas contendo Se

O selênio é um micronutriente essencial em mamíferos, mas também é reconhecido como tóxico em excesso. O selênio exerce suas funções biológicas por meio das selenoproteínas , que contêm o aminoácido selenocisteína . Vinte e cinco selenoproteínas são codificadas no genoma humano .

Glutationa peroxidase

A família de enzimas glutationa peroxidase (abreviada como GSH-Px) catalisa a redução de peróxido de hidrogênio e hidroperóxidos orgânicos :

2GSH + H 2 O 2 → GSSG + 2 H 2 O

Os dois átomos de H são doados por tióis em um processo que começa com a oxidação de uma cadeia lateral de selenol em GSH-Px. O composto organosselênio ebselen é um medicamento utilizado para complementar a ação do GSH-Px. Ele funciona como um catalisador para a destruição do peróxido de hidrogênio.

Uma enzima relacionada contendo selênio em algumas plantas e em animais ( tiorredoxina redutase ) gera tiorredoxina reduzida, um ditiol que serve como uma fonte de elétrons para peroxidases e também a importante enzima redutora ribonucleotídeo redutase que faz precursores de DNA a partir de precursores de RNA.

Deiodinases

O selênio também desempenha um papel no funcionamento da glândula tireóide . Participa como cofator das três desiodinases do hormônio tireoidiano . Essas enzimas ativam e, em seguida, desativam vários hormônios da tireoide e seus metabólitos. Pode inibir a doença de Hashimotos , uma doença autoimune na qual as células da tireoide do próprio corpo são atacadas pelo sistema imunológico. Uma redução de 21% nos anticorpos TPO foi relatada com a ingestão dietética de 0,2 mg de selênio.

Formato desidrogenase

Alguns microrganismos utilizam selênio na formato desidrogenase . O formato é produzido em grandes quantidades nas mitocôndrias hepáticas (células do fígado) das células embrionárias e nas células cancerosas pelo ciclo do folato.

O formato é reversivelmente oxidado pela enzima formato desidrogenase :

HCO 2 - → CO 2 + H + + 2 e -

Redutase de tiorredoxina

A tiorredoxina redutase usa um par de cisteína-selenocisteína para reduzir o dissulfeto na tiorredoxina . A selenocisteína é organizada em uma tríade catalítica incomum de Sec-His-Glu , que sintoniza seu pKa.

Plantas indicadoras

Certas espécies de plantas são consideradas indicadores de alto teor de selênio no solo, uma vez que requerem altos níveis de selênio para prosperar. As principais plantas indicadoras de selênio são espécies de Astragalus (incluindo algumas locoweeds ), pluma de príncipe ( Stanleya sp.), Ásteres lenhosos ( Xylorhiza sp.) E falsa goldenweed ( Oonopsis sp.)

Uso médico de compostos sintéticos de selênio

A substância vagamente chamada de sulfeto de selênio (com a fórmula aproximada SeS 2 ) é o ingrediente ativo de alguns xampus anticaspa. O composto de selênio mata o fungo do couro cabeludo Malassezia , que causa a liberação de fragmentos de pele seca. O ingrediente também é usado em loções corporais para tratar a Tinea versicolor devido à infecção por uma espécie diferente do fungo Malassezia .

Vários ensaios clínicos avaliaram o uso de suplementos de selênio em adultos gravemente enfermos; no entanto, a eficácia e os benefícios potenciais da suplementação de selênio neste contexto não são bem compreendidos.

Detecção em fluidos biológicos

O selênio pode ser medido no sangue, plasma, soro ou urina para monitorar a exposição ambiental ou ocupacional excessiva, confirmar um diagnóstico de envenenamento em vítimas hospitalizadas ou para auxiliar em uma investigação forense em um caso de sobredosagem fatal. Algumas técnicas analíticas são capazes de distinguir as formas orgânicas das inorgânicas do elemento. As formas orgânicas e inorgânicas de selênio são amplamente convertidas em conjugados de monossacarídeos (selenosugars) no corpo antes de serem eliminados na urina. Pacientes com câncer que recebem doses orais diárias de selenotionina podem atingir concentrações muito altas de selênio no plasma e na urina.

Toxicidade

Embora o selênio seja um oligoelemento essencial , é tóxico se ingerido em excesso. Exceder o nível de ingestão superior tolerável de 400 microgramas por dia pode levar à selenose. Este nível de ingestão superior tolerável de 400 microgramas ( µg ) é baseado principalmente em um estudo de 1986 de cinco pacientes chineses que exibiram sinais evidentes de selenose e um estudo de acompanhamento nas mesmas cinco pessoas em 1992. O estudo de 1992 realmente encontrou o Se dietético seguro máximo a ingestão deve ser de aproximadamente 800 microgramas por dia (15 microgramas por quilograma de peso corporal), mas sugeriu 400 microgramas por dia não apenas para evitar toxicidade , mas também para evitar a criação de um desequilíbrio de nutrientes na dieta e para contabilizar dados de outros países. Na China, as pessoas que ingeriram milho cultivado em carvão rochoso extremamente rico em selênio ( xisto carbonáceo ) sofreram de toxicidade do selênio. Este carvão demonstrou ter um teor de selênio de até 9,1%, a maior concentração de carvão já registrada na literatura.

Os sintomas de selenose incluem odor de alho no hálito, distúrbios gastrointestinais, queda de cabelo, descamação das unhas, fadiga, irritabilidade e danos neurológicos. Casos extremos de selenose podem resultar em cirrose do fígado, edema pulmonar e morte. O selênio elementar e a maioria dos selenetos metálicos têm toxicidades relativamente baixas devido à sua baixa biodisponibilidade . Em contraste, os selenatos e selenitos são muito tóxicos, tendo um modo de ação oxidante semelhante ao do trióxido de arsênio. A dose tóxica crônica de selenito para humanos é de cerca de 2.400 a 3.000 microgramas de selênio por dia por um longo tempo. O seleneto de hidrogênio é um gás corrosivo extremamente tóxico. O selênio também ocorre em compostos orgânicos, como dimetilseleneto, selenometionina , selenocisteína e metilselenocisteína , todos com alta biodisponibilidade e tóxicos em grandes doses.

O envenenamento por selênio dos sistemas de água pode ocorrer sempre que um novo escoamento agrícola flui através de terras normalmente secas e não desenvolvidas. Esse processo lixivia compostos naturais de selênio solúveis (como os selenatos) para a água, que podem então ser concentrados em novos "pântanos" à medida que a água evapora. Foi descoberto que altos níveis de selênio produzidos dessa maneira causaram certos distúrbios congênitos em aves de zonas úmidas.

Relação entre a sobrevivência do salmão juvenil e a concentração de selênio em seus tecidos após 90 dias (salmão Chinook: Hamilton et al. 1990) ou 45 dias (salmão do Atlântico: Poston et al. 1976) de exposição ao selênio dietético. O nível de letalidade de 10% (LC10 = 1,84 µg / g) foi obtido aplicando o modelo bifásico de Brain e Cousens (1989) apenas aos dados de salmão Chinook. Os dados do salmão Chinook compreendem duas séries de tratamentos dietéticos, combinados aqui porque os efeitos na sobrevivência são indistinguíveis.

Em peixes e outros animais selvagens, baixos níveis de selênio causam deficiência, enquanto níveis elevados causam toxicidade. Por exemplo, no salmão, a concentração ideal de selênio no tecido do peixe (corpo inteiro) é de cerca de 1 micrograma de selênio por grama de tecido (peso seco). Em níveis muito abaixo dessa concentração, o salmão jovem morre por deficiência de selênio; muito acima desse nível, morrem por excesso tóxico.

Deficiência

A deficiência de selênio pode ocorrer em pacientes com função intestinal gravemente comprometida , em nutrição parenteral total e em pacientes com idade avançada (mais de 90 anos). Além disso, as pessoas que dependem de alimentos cultivados em solo com deficiência de selênio estão em risco. Embora a Nova Zelândia tenha baixos níveis de selênio em seu solo, não foram detectados efeitos adversos à saúde.

A deficiência de selênio, conforme definido por baixos (<60% do normal) níveis de atividade de selenoenzima no cérebro e tecidos endócrinos, ocorre apenas quando um baixo nível de selênio está relacionado a um estresse adicional, como altas exposições ao mercúrio ou como resultado do aumento do estresse oxidante devido à deficiência de vitamina E.

Interage selênio com outros nutrientes, tais como iodeto e vitamina E . A interação é observada na etiologia de muitas doenças de deficiência em animais, e a deficiência de selênio puro é rara. O efeito da deficiência de selênio na saúde permanece incerto, particularmente em relação à doença de Kashin-Beck .

Recomendações dietéticas

O Instituto de Medicina dos EUA (IOM) atualizou as necessidades médias estimadas (EARs) e as permissões dietéticas recomendadas (RDAs) para o selênio em 2000. Se não houver informações suficientes para estabelecer EARs e RDAs, uma estimativa designada ingestão adequada (AI) é usada em seu lugar . A EAR atual de selênio para pessoas com 14 anos ou mais é de 45 μg / dia. O RDA é de 55 μg / dia. Os RDAs são maiores do que os EARs para identificar valores que irão cobrir as pessoas com necessidades acima da média. A RDA para gravidez é de 60 μg / dia. A RDA para a lactação é de 70 μg / dia. Para crianças de 1 a 13 anos, a RDA aumenta com a idade de 20 a 40 μg / dia. Quanto à segurança, o IOM define os níveis de ingestão superiores toleráveis (ULs) para vitaminas e minerais quando as evidências são suficientes. No caso do selênio, o UL é de 400 μg / dia. Coletivamente, os EARs, RDAs, AIs e ULs são referidos como Dietary Reference Intakes (DRIs).

A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos (EFSA) refere-se ao conjunto coletivo de informações como Valores de Referência Alimentares, com Ingestão de Referência da População (PRI) em vez de RDA e Requisito Médio em vez de EAR. AI e UL definidos da mesma forma que nos Estados Unidos. Para mulheres e homens com 15 anos ou mais, o IA é estabelecido em 70 μg / dia. IA para gravidez é 70 μg / dia, para lactação 85 μg / dia. Para crianças de 1 a 14 anos, os IAs aumentam com a idade de 15 para 55 μg / dia. Esses AIs são maiores do que os RDAs dos EUA. A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos analisou a mesma questão de segurança e definiu seu UL em 300 μg / dia, que é inferior ao valor dos EUA.

Para fins de rotulagem de alimentos e suplementos dietéticos nos EUA, a quantidade em uma porção é expressa como uma porcentagem do valor diário (% DV). Para fins de rotulagem de selênio, 100% do valor diário era de 70 μg, mas em 27 de maio de 2016 foi revisado para 55 μg. A conformidade com os regulamentos de rotulagem atualizados foi exigida até 1º de janeiro de 2020 para fabricantes com US $ 10 milhões ou mais em vendas anuais de alimentos, e até 1º de janeiro de 2021 para fabricantes com menor volume de vendas de alimentos. Uma tabela dos antigos e novos valores diários para adultos é fornecida na Referência Diária Ingestão .

Nos Estados Unidos, a deficiência de selênio não é comum. Uma pesquisa federal sobre o consumo de alimentos determinou que, para mulheres e homens com mais de 19 anos, o consumo médio de alimentos e bebidas foi de 89 e 125 μg / dia, respectivamente. Para mulheres e homens de todas as idades, menos de 3% consumiram menos do que a EAR.

Fontes de alimentos

O selênio dietético vem de nozes, cereais , carnes , cogumelos , peixes e ovos . A castanha do Brasil é a fonte dietética comum mais rica e pode causar toxicidade de selênio se consumida regularmente - embora a concentração real de selênio (como com qualquer fonte de alimentos à base de plantas, como outra "noz do paraíso" acumuladora de selênio Lecythis , pertencente à mesma família Lecythidaceae ) é dependente do solo e pode variar significativamente conforme a localização geográfica. Em ordem decrescente de concentração, níveis elevados também são encontrados nos rins , atum , caranguejo e lagosta .

Acredita-se que o conteúdo de selênio do corpo humano esteja na faixa de 13 a 20 miligramas.

Saúde humana

Selênio no câncer

O selênio em níveis nutricionais é necessário para a homeostase celular , desempenhando um papel antioxidante por meio das selenoproteínas , assim, atuam quimio-preventivamente contra o câncer. Em contraste, os níveis supranutricionais atuam como pró-oxidantes tóxicos nas células tumorais .

O selênio tem ação biológica bimodal dependendo da concentração. Em baixas doses nutricionais, o selênio atua como um antioxidante por meio de selenoproteínas , eliminando ROS , apoiando a sobrevivência e o crescimento celular; enquanto, em doses farmacológicas supranutricionais mais elevadas, o selênio atua como um pró-oxidante gerando ROS e induzindo a morte celular . No câncer, os estudos foram conduzidos principalmente sobre os benefícios da ingestão de selênio na redução do risco de incidência de câncer a nível nutricional; no entanto, poucos estudos exploraram os efeitos de doses supranutricionais ou farmacológicas de selênio sobre o câncer.

"Embora uma associação inversa entre a exposição ao selênio e o risco de alguns tipos de câncer tenha sido encontrada em alguns estudos observacionais, isso não pode ser tomado como evidência de uma relação causal, e esses resultados devem ser interpretados com cautela ... Resultados conflitantes, incluindo o inverso, associações nulas e diretas foram relatadas para alguns tipos de câncer ... RCTs avaliando os efeitos da suplementação de selênio no risco de câncer produziram resultados inconsistentes ... Até o momento, nenhuma evidência convincente sugere que os suplementos de selênio podem prevenir o câncer em humanos. "

Selênio na imunidade antitumoral

Até o momento, muitos estudos foram realizados sobre os benefícios da ingestão de selênio na redução do risco de incidência de câncer no nível nutricional, indicando que provavelmente o selênio funciona como um imunoestimulador , ou seja, revertendo a imunossupressão no microambiente tumoral em direção à imunidade antitumoral pela ativação de células imunes ( por exemplo, macrófagos M1 e linfócitos T CD8 + , o número elevado de neutrófilos e células NK citotóxicas ativadas ) e liberação de citocinas pró-inflamatórias , como IFNγ e TNFα .

O selênio pode desempenhar um papel pró-oxidante induzindo ROS , ativando a via Akt – NF – кB ou desempenhar um papel antioxidante por meio da síntese de selenoproteínas , como TXNRD relocando para o núcleo e ativando NF-кB , resultando em ativação adicional de leucócitos e pró genes de citocinas inflamatórias .

HIV / AIDS

A AIDS parece envolver um declínio lento e progressivo dos níveis de selênio no corpo. Se esse declínio nos níveis de selênio é um resultado direto da replicação do HIV ou está relacionado, de maneira mais geral, à má absorção geral de nutrientes pelos pacientes com AIDS ainda é um debate. Estudos observacionais encontraram uma associação entre a diminuição dos níveis de selênio e piores resultados em pacientes com HIV, embora esses estudos tenham sido feitos principalmente antes dos tratamentos atualmente eficazes com terapia antirretroviral altamente ativa ( HAART ). Atualmente, há evidências inadequadas para recomendar a suplementação de selênio de rotina para pacientes com HIV, e pesquisas adicionais são recomendadas.

Mortalidade

A suplementação de selênio não tem efeito sobre a mortalidade geral.

Tuberculose

Tal como acontece com outros tipos de suplementação, não há boas evidências de que a suplementação de selênio ajude no tratamento da tuberculose.

Diabetes

Uma meta-análise de quatro ensaios clínicos randomizados concluiu que não há suporte para a suplementação de selênio para a prevenção do diabetes mellitus tipo 2 em caucasianos.

Sistema reprodutivo humano

Níveis anormalmente altos ou baixos de selênio na dieta podem ter um efeito adverso na qualidade do esperma, com a conseqüente redução da fertilidade.

COVID-19

Durante a pandemia de COVID-19, alguns estudos tentaram correlacionar o nível de selênio no plasma e a gravidade dos casos de COVID-19. Um estudo feito em 33 pacientes concluiu que os baixos níveis de selênio no plasma foram correlacionados com uma alta taxa de mortalidade entre os pacientes com COVID-19. No entanto, a idade média das mortes neste estudo foi de 89 anos; em contraste, a idade média dos sobreviventes foi de 69 anos, e o estudo afirmou que a causalidade permanece desconhecida. Por outro lado, outro estudo revelou que o nível plasmático médio de selênio estava dentro da faixa normal entre todos os pacientes COVID-19 incluídos; no entanto, o nível plasmático médio de selênio foi elevado entre os casos graves de COVID-19. Este estudo concluiu que houve uma elevação significativa do nível sérico de selênio entre os casos graves em comparação com os casos não graves de COVID-19, e pode ser correlacionada com a gravidade da doença.

Evolução em biologia e considerações biossintéticas

O selênio é incorporado em várias famílias de selenoproteínas procarióticas em bactérias, arquéias e eucariotos como selenocisteína, onde as peroxirredoxinas de selenoproteína protegem as células bacterianas e eucarióticas contra o dano oxidativo. Famílias de selenoproteínas de GSH-Px e deiodinases de células eucarióticas parecem ter origem filogenética bacteriana . A forma contendo selenocisteína ocorre em espécies tão diversas como algas verdes, diatomáceas, ouriço-do-mar, peixes e galinhas. As enzimas de selênio estão envolvidas na utilização das pequenas moléculas redutoras glutationa e tioredoxina .

Os oligoelementos envolvidos nas atividades das enzimas GSH-Px e superóxido dismutase, ou seja, selênio, vanádio , magnésio , cobre e zinco , podem estar ausentes em algumas áreas deficientes de minerais terrestres. Os organismos marinhos retiveram e às vezes expandiram seus selenoproteomas, enquanto os selenoproteomas de alguns organismos terrestres foram reduzidos ou completamente perdidos. Esses achados sugerem que a vida aquática apóia a utilização de selênio, enquanto os habitats terrestres levam à redução do uso desse oligoelemento. Peixes marinhos e glândulas tireoides de vertebrados têm a maior concentração de selênio e iodo. A partir de cerca de 500 Mya, as plantas de água doce e terrestres otimizaram lentamente a produção de "novos" antioxidantes endógenos, como ácido ascórbico (vitamina C), polifenóis (incluindo flavonóides), tocoferóis , etc. Alguns deles apareceram mais recentemente, nos últimos 50 –200 milhões de anos, em frutos e flores de plantas angiospermas. Na verdade, as angiospermas (o tipo de planta dominante hoje) e a maioria de seus pigmentos antioxidantes evoluíram durante o período jurássico tardio.

Cerca de 200 Mya, novas selenoproteínas foram desenvolvidas como enzimas GSH-Px de mamíferos.

Veja também

Referências

links externos