Szelén - biológia
szelén A [zeˈleːn] egy kémiai elem, amelynek elemszimbóluma Se és a 34. atomszám. A periódusos rendszerben a 4. és a 6. főcsoportba tartozik, tehát az egyik kalkogén. Számos változatban kapható, a legstabilabb a szürke fémszerű forma.
sztori
A szelént (görögül σελήνη; szelén "hold") [8] 1817-ben fedezte fel Jöns Jakob Berzelius egy kénsavgyár ólomkamrás iszapjában, amely a szelén kívül tellúrt is tartalmazott. Mondd el nekünk "Föld") tartalmazta.
Esemény
Az igazi szelén természetesen kis mennyiségben fordul elő. A szelén-ásványi anyagok, például a klausthalit és a naumannit ritkák.
A szelén, főleg fém-szelenidek formájában, a réz, az ólom, a cink, az arany és a vas kéntartalmú ércét kíséri. Ezeknek az érceknek a pörkölésénél a szilárd szelén-dioxid szelénsavként gyűlik össze a pernyében vagy a kénsav későbbi gyártásában.
A szelén tragakantfajokkal vagy fokhagymával dúsítható Se-metilszelenocisztein formájában. Az élelmiszerek közül a leggazdagabb szelénforrás a brazil dió. [9]
Lényeges nyomelemként a szelén a 21. biogén aminosav, a szelenocisztein, valamint a baktériumok, az archeák és az eukarióták összetevője.
Kivonás és bemutatás
Az iparban a szelént melléktermékként nyerik az elektrolit réz- és nikkelgyártás során az anódiszapból pörköléssel.
Az elemi szelénné redukció kén-dioxidon keresztül történik.
Laboratóriumi méretekben a szelén szintetizálható a szelénsav és a hidrogén-jodid átalakításával. [10]
Szerves szelén
Az étrend-kiegészítőkben és a takarmányozásban (amelyet az EU-ban 2005 májusától engedélyeztek a takarmányozásban) már évek óta használnak szerves szelénforrást, amelyet bizonyos típusú Saccharomyces cerevisiae (Sel-Plex, Lalmin (TM)) szelénben gazdag tápközegen (melasz + Na-szelenit). Az élesztõk magas szintû szelenometionint szintetizálnak aminosavként, és így szerves úton akár 2000 ppm szelént is megköthetnek. Az ilyen természetes szelénélesztő-termelés legnagyobb üzemét 2004-ben építették São Pedróban, a brazil Paraná államban.
jellemzők
A kénhez hasonlóan a szelén is többféle van Módosítások előtt: [11]
- A szén-diszulfidban oldódó vörös szelén körülbelül 30% Se8 gyűrűből és 70% Se8 + n áll, amely 80 ° C felett szürke félvezető fémdé alakul. Az elemi vörös szelén szigetelő.
- Fekete amorf szelén, amely 60 ° C felett fekete, üveges szelénné alakul. Mindkét forma 80 ° C fölé hevítve szürke, félfémes modifikációvá alakul át.
- A szürke „fémes” szelén a legstabilabb módosítás, és úgy viselkedik, mint egy félfém.
- Olvadáspontja 220 ° C felett fekete folyadékot képez. A hőmérséklet további emelkedésekor keletkező szeléngőz sárga színű.
- Amikor a gőzfázisból egy hűvösebb felületre rakódik le (kissé az olvadáspont alatt), akkor hatszögletű, fémes-szürke kristálytű formájában rakódik le.
A szelén sávszélessége körülbelül 1,74 eV (a látható fény és az infravörös határán).
Fény hatására megváltoztatja elektromos vezetőképességét. Ezenkívül fotovoltaikus hatást mutat. A vezetőképességet nem a vezetősávban lévő elektronok okozzák, hanem a lyukak vezetése (lásd: Elektromos vezetőképesség és defekt elektron), vagyis a pozitív töltésű elektronhibák, amelyek többek között negatívvá teszik a Hall-effektus jelét. Az úgynevezett „ugráló vezetőképesség” [12] (az egyik kristályhibától a másikig terjedő lyukakra) javasolt ennek a lyukvezetésnek a mechanizmusaként.
Levegőben melegítve a szelén kék lánggal égve szelén-dioxidot, SeO2-t képez. 400 ° C felett hidrogénnel reagálva hidrogén-szelenidet, H2Se-t képez. Általában szelenideket képez fémekkel, például nátrium-szeleniddel, Na2Se-vel.
A kémiai viselkedés hasonló a kénhez, de a szelént nehezebb oxidálni. A salétromsavval végzett reakció „csak” szelénsavat, szelén (IV) vegyületet képez.
Izotópok
A szelén izotópok sokasága van. A hat természetesen előforduló izotóp közül öt stabil. Az arányokat a következőképpen osztják el: 74 Se (0,9%), 76 Se (9,0%), 77 Se (7,6%), 78 Se (23,6%), 80 Se (49,7%) ) és 82 Se (9,2%).
82 A Se, az egyetlen természetesen előforduló radioaktív izotóp, az egyik leghosszabb felezési ideje, körülbelül 10-20 év. Ezenkívül további 22 radioaktív izotóp ismert, amelyek közül 75 Se 120 napos felezési idejű és 79 Se 327 000 éves felezési idejű [13] [14] különös jelentőséggel bír. 75 Se-t speciális gamma-sugárforrások létrehozására használják pl. Roncsolásmentes tesztelésére, pl. B. Hegesztési alkalmazás. [15] 75 Se-t a nukleáris orvostudományban metioninnal együtt használnak nyomjelzőként a hasnyálmirigy működésének felmérésére és homotaurocholsavval (SeHCAT) az epesavak reszorpciójának értékelésére. [16] 79 Se a kiégett nukleáris fűtőelem alkotóeleme, ahol 0,04% -os gyakorisággal urán hasadásával állítják elő.
A 74 Se izotópok közül a legritkább a spekuláció tárgyaként nyert bizonyos jelentőséget. Mindig nagyon magas árakon kínálják a piacon. Azonban néhány nagyon speciális kutatási alkalmazáson kívül, ahol jelölési célokra használják, ez az anyag nem ismert különösebb technikai felhasználással.
használat
A szelén elengedhetetlen az élet minden formájához. A szelénvegyületeket ezért étrend-kiegészítőként kínálják, és takarmány- és műtrágya-adalékokká dolgozzák fel. Az üvegiparban a zöld szemüveg színtelenítésére és vörös színű üvegek gyártására használják. Egyéb felhasználások:
- Képdobok fénymásolókhoz és lézernyomtatókhoz
- Félvezető gyártás
- Latex hozzáadása a kopásállóság növelése érdekében
- Festék a fekete-fehér fényképekhez a kontraszt növelése érdekében (a világos tónusok változatlanok maradnak, sötétebb feketék érhetők el, a sötét részek összességében háromdimenziósabbak), növeli a tartósságot (nem egyértelműen bizonyított), és a sötét képkomponenseket enyhén padlizsánszínűvé színezi (a plaszticitás növelése érdekében is) )
- kadmium-szelenid alapú vörös színű pigmentek előállítására (a ma meglehetősen ritka kadmiumtartalom miatt)
- Ötvözet-adalék a szabadon vágó acélok és rézötvözetek mechanikai megmunkálhatóságának javításához
- A szelén egyenirányítóban és a szelén cellában használatos, ma azonban nagyrészt szilícium (félvezető) váltja fel.
- alumínium, sárgaréz vagy hasonló (szelén-dioxid) barnítására
- a CIGS napelemek fotoaktív rétegének réz és indium részével
- analóg fénymérőkben fényképezéshez
- Korpásodás elleni samponok és az élesztőgomba által okozott bőrbetegség, a pityriasis versicolor megelőzése/terápiája
- támogató a HIV-terápiában (a HIV vírusterhelésére gyakorolt jótékony hatás ellentmondásos)
- Az R-Mg-Hal Grignard-vegyületekkel való reakció R-Se-Mg-Hal-szerves szelénvegyületekhez vezet, amelyekből hidrolízissel szelenolok, R-Se-H állíthatók elő.
- Cink-szelenidként optikailag erősen visszaverő felületek előállítására használják, de átlátszó az infravörös tartományban, és itt használják ablakok és fókuszlencsék gyártására pl. B. Használt CO2 lézer
- Nagyobb mennyiségű szelén-dioxidot fogyasztanak a mangán elektrolízise. A szelén-dioxid hozzáadása csökkenti az energiafogyasztást az elektrolízis során. Egy tonna mangánhoz legfeljebb 2 kg szelén-dioxidot használnak fel. [17]
Biológiai jelentőség
A szelén elengedhetetlen nyomelem. A szarvasmarhák takarmányához szelént adnak, mivel a takarmány természetes szeléntartalma gyakran nem elegendő az állatállomány ellátásához. A német takarmánytörvény csak a két szervetlen szelénforrást, a nátrium-szelenitet és a szelenátot említi takarmány-adalékként a szelénellátás kiegészítésére. Ez a két vegyület gazdaságilag nagyon kedvező, de a szervezet számára való alacsony biológiai hozzáférhetőségük miatt jelenleg kritika alatt állnak.
A szelénnek azonban magasabb koncentrációban nagyon mérgező hatása van, a hiánytüneteket okozó koncentrációk és a toxikus koncentrációk közötti tartomány nagyon kicsi. Ezenkívül a szelén toxicitása a kémiai kötéstől függ.
A szelént a szelenocisztein, a glutation-peroxidáz enzim aktív központjában található aminosav tartalmazza. Éppen ezért a szelén fontos szerepet játszhat a sejtmembránok oxidatív pusztulástól (gyökfogó) történő megvédésében. A szelén más enzimek összetevője is, amelyek jelentését részben még nem tisztázták.
Vita a szelénről
Sokféle szelenoprotein létezik. A szelenoproteinek szelenociszteint tartalmaznak, más néven 21. aminosavat. A szelenoproteinek ebben a funkcióban csak állati organizmusokban fordulnak elő. A növények a szelént aminosavakba építik kén helyett, a talaj tartalmától függően, különösen a metioninban (Se-metionin) és kisebb mértékben a ciszteinben (Se-cisztein). Csak a szelénben gazdag, száraz területeken előforduló úgynevezett „szeléngyűjtő növények” (szelén akkumulátoros növények, pl. Paradicsomos dió) tárolják a szelént szervesen kötött, vízben oldódó szelén vagy szelén sóként.
A mai napig legalább 25 szelenoproteint fedeztek fel az emberi genomban [18]:
- W. Marktl: A szelén élettana és táplálkozási élettana. In: Journal für Mineralstoffwechsel No. 8 (3), 2001, 34-36. Oldal, PDF.
- Surai P. F.: Természetes antioxidánsok. Nottingham University Press, 2002, ISBN 1-897676-95-6.
Szelénhiányos betegségek
Az elégtelen szelénellátás miatti betegségek csak azokban az országokban fordulnak elő, ahol rendkívül szelénhiány van, mint például Észak-Korea és Északkelet-Kína, valamint néhány más ország. A mi világunkon általában csak koraszülötteknél, parenterálisan táplált betegeknél és alkoholistáknál alakulhat ki szelénhiány.
Ismert szelénhiányos betegségek:
- Keshan-kór (fiatalkori kardiomiopátia), amelyet az északkelet-kínai Keshan városáról neveztek el a mandzsúri Heilongjiang körzetben
- Emberekben Kashin-Beck-kór (tápláló ízületi porc degeneráció), Nyikolaj Ivanovics Kashin orosz orvosról és az amerikai Melinda A. Beckről
- Járványos neuropathia emberben
- Fehér izombetegség (tápláló myodegeneráció (NMD), tápláló izomdisztrófia, enzootikus myodystrophia, tápláló rhabdomyolysis, tápláló rhabdomyopathia, myopathiás-dyspnoeás szindróma, borjú reuma, csirkehús, halak)
- A kérődző szarvasmarhák túlzott myopathiája (paralitikus myoglobinuria, rhabdomyolysis)
Szelén étrend-kiegészítőként
A gyógyszerészeti információk 2005. júniusi kritikai értékelése során [19] megállapították, hogy az eddig rendelkezésre álló tanulmányok semmilyen módon nem szolgáltathatnak jelzést a további szelénadag előnyeiről. Úgy tűnik, hogy pozitív hatással lehet a rák különféle típusaira, másrészt azonban nem valószínűtlen, hogy a rák más típusait részesítsék előnyben. A "SELECT" tanulmány ("Selenium és vitamin E. C.ancer megelőzése Trial ”) tájékoztatást kell nyújtania erről, és 2013-ban be kell fejeznie. Ezt azonban 2008 októberében abbahagyták, mert a vizsgálat során be lehetett bizonyítani, hogy a placebóhoz képest nincs jobb védőhatás, és az előny kizárható. Ebben a tanulmányban a prosztatarák megnövekedett előfordulását találták az E-vitamin beadásával és a cukorbetegség fokozottabb kialakulását a szelén beadásával, de egyik sem volt statisztikailag szignifikáns. [20]
Egy 2012-es tanulmány is csak akkor mutat szelén pozitív hatást, ha szelénhiány van, különben a diabetes mellitus nagyobb valószínűséggel alakul ki [26]. Egy 2013-ból végzett nagy meta-tanulmány nem mutatja a szelénpótlás védő előnyeit a szív- és érrendszeri betegségek szempontjából. Bár a szelénpótló csoportban megnövekedett cukorbetegség 2 esetek voltak, a különbség nem volt szignifikáns. De az alopecia és a dermatitis fokozódott [27] .
Nátrium-szelenit és pajzsmirigyhormonok
A szelén fontos szerepet játszik a pajzsmirigyhormonok termelésében, pontosabban a tiroxin (T4) trijód-tironinná (T3) történő "aktiválásában". [28] [29] [30]
A szelén egy tiroxin 5'-dejodáz nevű enzim része, amely felelős a jódatom eltávolításáért a T4-ből. Ez a deiodizálás létrehozza a T3-at. A szelénhiány a tiroxin 5'-dejodáz hiányához vezet, ami azt jelenti, hogy a rendelkezésre álló T4-nek csak egy része dezodizálható. Mivel a T3 sokkal hatékonyabb az anyagcserében, a T3 hiánya pajzsmirigy-aktivitást eredményez (hypothyreosis). Az orvosi tisztázást követően további szelénkészítmények (nátrium-szelenit) napi 200-300 μg-os dózisban történő bevitele ajánlott. B. Hashimoto pajzsmirigy-gyulladásában jelezte, ez a gyulladásos aktivitást is csökkentheti. [31]
bizonyíték
A szelenát nyomainak (0,003%) kvantitatív meghatározása elektrokémiai úton végezhető polarográfia segítségével. 0,1 molos ammónium-klorid-oldatban -1,50 V feszültség lép fel (szemben az SCE-vel). Az ultra-nyomtartományban atomi spektrometriát lehet használni, ahol 100 μg/l (ppb) detektálható láng AAS, 0,5 grafit kemence AAS és 0,01 μg/l hidrid technológiával. [32]
biztonsági utasítások
A szelén és a szelénvegyületek mérgezőek. A közvetlen érintkezés károsítja a bőrt (hólyagosodás) és a nyálkahártyákat. A belélegzett szelén elhúzódó tüdőproblémákhoz vezethet.
A szelén túlzott fogyasztása okozta mérgezést szelenózisnak nevezik. A napi több mint 3000 µg szelénbevitel májcirrózishoz, hajhulláshoz és szívelégtelenséghez vezethet. Az elektronikai, üveg- és festékipar alkalmazottai veszélyeztetettek. [33] Más források szerint a mérgezés tünetei, mint hányinger és hányás, hajhullás, körömelváltozások, perifériás neuropathia és kimerültség napi 400 µg-tól kezdődnek. [34]