Селен - биология

селен [zeˈleːn] е химичен елемент със символа на елемента Se и поредния номер 34. В периодичната таблица е в 4-ти период и 6-та основна група, така че е един от халкогените. Предлага се в няколко модификации, като най-стабилната е сивата металоподобна форма.

история

Селен (гръцки σελήνη; селен „луна“) [8] е открит през 1817 г. от Йонс Якоб Берцелиус в утайката на оловната камера на фабрика за сярна киселина, която освен селен съдържа и телур (от лат. кажи ни "Земя") съдържа.

Поява

Истинският селен се среща естествено в малки количества. Селеновите минерали като клаусталит и науманнит са рядкост.

Селенът, предимно под формата на метални селениди, придружава съдържащите сяра руди на металите мед, олово, цинк, злато и желязо. Когато тези руди са изпечени, твърдият селенов диоксид се събира в летящата пепел или при производството на сярна киселина надолу по веригата като селенова киселина.

Селенът може да бъде обогатен в видове трагакант или в чесън като Se-метилселеноцистеин. Най-богатият известен източник на селен сред храните е бразилският орех. [9]

Като основен микроелемент, селенът е част от 21-та биогенна аминокиселина, селеноцистеин, както и се съдържа в бактерии, археи и еукариоти.

Извличане и представяне

В промишлеността селенът се получава като страничен продукт при производството на електролитна мед и никел от анодната утайка чрез печене.

Редукцията до елементарен селен се осъществява чрез серен диоксид.

В лабораторен мащаб селенът може да бъде синтезиран от превръщането на селеновата киселина и водородния йодид. [10]

Органичен селен

В хранителните добавки и храненето на животните (одобрен за хранене на животни в ЕС от май 2005 г.) от няколко години се използва органичен източник на селен, който се получава чрез развъждане на някои пивоварни дрожди от този тип Saccharomyces cerevisiae (Sel-Plex, Lalmin (TM)) върху хранителна среда, богата на селен (меласа + Na-селенит). Дрождите синтезират високи нива на селенометионин като аминокиселина и по този начин свързват до 2000 ppm селен по органичен начин. Най-големият завод за производство на такива естествени селенови дрожди е построен през 2004 г. в Сао Педро в бразилския щат Парана.

характеристики

Подобно на сярата, селенът се предлага в няколко Модификации преди: [11]

Червеният селен, разтворим във въглероден дисулфид, се състои от около 30% Se8 пръстени и 70% Se8 + n, който се превръща в сивия полупроводников метал над 80 ° C. Елементарният червен селен е изолатор.
Черен аморфен селен, който се превръща в черен стъклообразен селен над 60 ° C. И двете форми се превръщат в сива, полуметална модификация при нагряване над 80 ° C.
Сивият „метален“ селен е най-стабилната модификация и се държи като полуметал.
Над точката на топене от 220 ° C той образува черна течност. Парите на селен, получени при допълнително повишаване на температурата, са жълти.
Когато се отлага от парната фаза върху по-студена повърхност (малко под точката на топене), той се отлага под формата на шестоъгълни, метално-сиви кристални игли.

Лентовата междина на селена е около 1,74 eV (на границата между видимата светлина и инфрачервената светлина).

Той променя своята електропроводимост, когато е изложен на светлина. Освен това той показва фотоволтаичен ефект. Проводимостта не се причинява от електрони в проводима лента, а от проводимостта на дупките (виж под Електрическа проводимост и дефект на електрона), т.е. положително заредени електронни дефекти, което освен всичко друго прави знака на ефекта на Хол отрицателен. Така наречената „скачаща проводимост“ [12] (на отворите от един кристален дефект до следващия) се предлага като механизъм за провеждане на тази дупка.

При нагряване на въздух селенът изгаря със син пламък, за да образува селен диоксид, SeO2. Над 400 ° C той реагира с водород, образувайки водороден селенид, H2Se. Обикновено образува селениди с метали, например натриев селенид, Na2Se.

Химичното поведение е подобно на сярата, но селенът се окислява по-трудно. Реакцията с азотна киселина образува "само" селенова киселина, съединение на селен (IV).

Изотопи

Селенът има множество изотопи. От шестте естествено срещащи се изотопа, пет са стабилни. Пропорциите се разпределят, както следва: 74 Se (0,9%), 76 Se (9,0%), 77 Se (7,6%), 78 Se (23,6%), 80 Se (49,7%) ) и 82 Se (9,2%).

82 Se, единственият естествено срещащ се радиоактивен изотоп, има един от най-дългите известни в момента полуживоти от около 10-20 години. Освен това са известни още 22 радиоактивни изотопа, от които 75 Se с полуживот 120 дни и 79 Se с полуживот 327 000 години [13] [14] са от особено значение. 75 Se се използва за конструиране на специални източници на гама-лъчи за неразрушаващо изпитване на напр. Б. Прилагане на заварки. [15] 75 Se се използва в ядрената медицина заедно с метионин като индикатор за оценка на функцията на панкреаса и с хомотаурохолевата киселина (SeHCAT) за оценка на резорбцията на жлъчните киселини. [16] 79 Se е компонент на отработено ядрено гориво, при което се получава при деление на уран с честота 0,04%.

Най-редките от стабилните изотопи 74 Se са придобили определено значение като обект на спекулации. Многократно се предлага на пазара на много високи цени. С изключение на някои много специализирани изследователски приложения, където се използва за маркиране, обаче, не е известна конкретна техническа употреба за този материал.

използване

Селенът е от съществено значение за всички форми на живот. Следователно селеновите съединения се предлагат като хранителни добавки и се преработват в добавки за фуражи и торове. В стъкларската промишленост се използва за обезцветяване на зелени стъкла, както и за производство на червени чаши. Други приложения:

Образни барабани за фотокопирни машини и лазерни принтери
Производство на полупроводници
Добавяне на латекс за повишаване на устойчивостта на абразия
Тонер за черно-бели снимки за увеличаване на контраста (светлите тонове остават непроменени, можете да постигнете по-тъмни черни, тъмните части изглеждат по-триизмерни като цяло), да увеличите трайността (не е ясно доказано) и леко да оцветите тъмните компоненти на изображението в патладжан (също за да увеличите пластичността )
за производството на червени цветни пигменти на базата на кадмиев селенид (поради съдържанието на кадмий, рядко срещано днес)
Сплавна добавка за подобряване на механичната обработваемост на стоманите за свободно рязане и медни сплави

Използван в селеновия токоизправител и селеновата клетка, днес обаче до голяма степен заменен от силиций (полупроводници).
за покафеняване на алуминий, месинг или подобни (селенов диоксид)
с мед и индий част от фотоактивния слой на слънчевите клетки CIGS
в аналогови светломери за фотография
Шампоани за коса против пърхот и профилактика/терапия на питириазис версиколор, кожно заболяване, причинено от гъбички с дрожди
поддържащо лечение при ХИВ (благоприятният ефект върху вирусното натоварване на ХИВ е спорен)
Реакцията със съединенията на Гриняр, R - Mg - Hal, води до органоселенови съединения, R-Se-Mg-Hal, от които чрез хидролиза могат да се получат селеноли, R - Se - H
Като цинков селенид, той се използва за производство на оптически силно отразяващи повърхности, но той е прозрачен в инфрачервения диапазон и се използва тук за производството на прозорци и фокусни лещи за напр. Б. Използван CO2 лазер
По-големи количества селен диоксид се консумират при електролизата на манган. Добавянето на селенов диоксид намалява консумацията на енергия по време на електролиза. На тон манган се използват до 2 кг селенов диоксид. [17]

Биологично значение

Селенът е основен микроелемент. Селенът се добавя към млечните фуражи за говеда, тъй като естественото съдържание на селен във фуражите често е недостатъчно за изхранване на добитъка. Германският закон за фуражите само споменава двата неорганични източника на селен натриев селенит и селенат като фуражни добавки за допълване на доставките на селен. Тези две съединения са икономически много благоприятни, но в момента са подложени на критика поради ниската им бионаличност за организма.

При по-високи концентрации обаче селенът е силно токсичен, като диапазонът между концентрациите, които причиняват симптоми на дефицит, и токсичните концентрации са много малки. Освен това токсичността на селена зависи от химическата връзка.

Селенът се съдържа в селеноцистеин, аминокиселината в активния център на ензима глутатион пероксидаза. Ето защо селенът може да играе важна роля в защитата на клетъчните мембрани от окислително разрушаване (радикален чистач). Селенът също е компонент на други ензими, чието значение отчасти все още не е ясно.

Дискусия за селена

Има много различни селенопротеини. Селенопротеините съдържат селеноцистеин, известен също като 21-ва аминокиселина. Селенопротеините се срещат в тази функция само при животински организми. Растенията вграждат селен в своите аминокиселини вместо сяра, в зависимост от съдържанието на почвата, особено в метионин (Se-метионин) и, в по-малка степен, цистеин (Se-цистеин). Само така наречените „растения за събиране на селен“ (растения за акумулиране на селен, напр. Райска ядка), които се срещат в богати на селен сухи райони, също съхраняват селен като органично свързан, водоразтворим селен или селенови соли.

Към днешна дата в човешкия геном са открити поне 25 селенопротеини [18]:

W. Marktl: Физиология и хранителна физиология на селена. В: Journal für Mineralstoffwechsel No. 8 (3), 2001, стр. 34-36, PDF.
П. Ф. Сурай: Естествени антиоксиданти. Nottingham University Press, 2002, ISBN 1-897676-95-6.

Заболявания при недостиг на селен

Болести, дължащи се на недостатъчно предлагане на селен, се срещат само в страни с екстремен дефицит на селен като Северна Корея и североизточен Китай, както и в няколко други страни. В нашата част на света само недоносени бебета, пациенти с парентерално хранене и алкохолици обикновено могат да развият дефицит на селен.

Известни болести за недостиг на селен са:

Болест на Кешан (юношеска кардиомиопатия), кръстена на североизточния китайски град Кешан в област Хейлундзян, Манджурия

Недостигът на селен благоприятства мутация на безвредния Coxsackievirus B3 (CVB3/0), който в резултат на това става вирулентен. Поява: Тибет, Монголия, Сибир

Болест на Кашин-Бек при хората (дегенерация на хранителен ставен хрущял), кръстена на руския лекар Николай Иванович Кашин и американката Мелинда А. Бек

Възникване: Сибир, Монголия, Северна Корея, Китай; засегнати са около 3 милиона души

Епидемична невропатия при хората

Възникване: Дефицитът на селен в Куба причинява мутация на грипния A/Bangkok/1/79 вирус, който в резултат на това става вирулентен

Заболяване на белите мускули (хранителна миодегенерация (NMD), хранителна мускулна дистрофия, ензоотична миодистрофия, хранителна рабдомиолиза, хранителна рабдомиопатия, миопатично-диспнеен синдром, телешки ревматизъм, пилешко месо, рибност)

Поява: във всички райони на света с дефицит на селен Животински видове: млади животни от v. а. Преживни животни: телета, агнета, ярета, дромедар и жребчета от лама

Прекомерна миопатия при преживни животни (паралитична миоглобинурия, упражнения за рабдомиолиза)

Поява: във всички области със дефицит на селен по света Видове животни: v. а. Говеда от осем месеца

Селенът като хранителна добавка

В критична оценка на фармацевтичната информация от юни 2005 г. [19] беше заявено, че наличните до момента проучвания не могат да дадат индикации за полза от допълнителна доза селен по никакъв начин. Въпреки че позитивното влияние върху различните видове рак изглежда възможно, от друга страна фаворизирането на други карциноми не е малко вероятно. Проучването "SELECT" ("Селений и витамин Д. ° С.превенция на ancer триал ”) трябва да предостави информация за това и да бъде завършен през 2013 г. Това обаче е отменено през октомври 2008 г., тъй като по време на проучването може да се докаже, че няма подобрен защитен ефект в сравнение с плацебо и полза може да бъде изключена. В това проучване са установени повишена честота на рак на простатата при прилагане на витамин Е и повишено развитие на диабет при прилагане на селен, но нито едното не е статистически значимо. [20]

Проучване от 2012 г. също показва положителен ефект на селена само когато има селенов дефицит, в противен случай е по-вероятно да се развие захарен диабет [26]. Голямо мета-проучване от 2013 г. не показва защитни ползи от заместването на селен по отношение на сърдечно-съдови заболявания. Въпреки че има повишени случаи на диабет 2 в групата за заместване на селен, разликата не е значителна. Но алопецията и дерматитът се увеличават [27] .

Натриев селенит и хормони на щитовидната жлеза

Селенът играе важна роля в производството на хормони на щитовидната жлеза, по-точно в "активирането" на тироксин (Т4) до трийодтиронин (Т3). [28] [29] [30]

Селенът е част от ензим, наречен тироксин 5'-дейодаза, който е отговорен за отстраняването на йоден атом от Т4. Тази дейодизация създава T3. Дефицитът на селен води до дефицит на тироксин 5'-дейодаза, което означава, че само част от наличния Т4 може да бъде дейодирана. Тъй като Т3 е много по-ефективен в метаболизма, дефицитът на Т3 води до слабо функционираща щитовидна жлеза (хипотиреоидизъм). Допълнителен прием на селенови препарати (натриев селенит) във високи дози от 200-300 μg на ден е след медицинско изясняване, напр. Б. показан при тиреоидит на Хашимото, това също може да намали възпалителната активност. [31]

доказателство

Количественото определяне на следи (0,003%) от селенат може да се извърши електрохимично с помощта на полярография. В 0,1 моларен разтвор на амониев хлорид има стъпка при -1,50 V (спрямо SCE). В обхвата на ултра следите може да се използва атомна спектрометрия, при което 100 μg/l (ppb) могат да бъдат открити с помощта на пламък AAS, 0,5 с помощта на графитна пещ AAS и 0,01 μg/l с помощта на хидридна технология. [32]

инструкции за безопасност

Селенът и селеновите съединения са отровни. Директният контакт уврежда кожата (мехури) и лигавиците. Вдишаният селен може да доведе до продължителни белодробни проблеми.

Отравянето от прекомерна консумация на селен е известно като селеноза. Приемът на селен от над 3000 µg/ден може да доведе до чернодробна цироза, косопад и сърдечна недостатъчност. Счита се, че служителите в електронната, стъкларската и бояджийската промишленост са изложени на риск. [33] Според други източници, симптоми на отравяне като гадене и повръщане, загуба на коса, промени на ноктите, периферна невропатия и изтощение се появяват от едва 400 µg на ден. [34]