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Selenit
und organisches Selen
Über
Metabolismus und Wirkung
Die Sicherstellung einer ausreichenden Selenversorgung gehört zu
den wirksamsten und zugleich einfachsten gesundheitspolitischen Maßnahmen:
·
Selengaben mindern die Krebsinzidenz stark,
unter bestimmten Umständen um bis zu 50%
(CLARK, 1996)
·
Selengaben mindern die Inzidenz von
Koronarerkrankungen (KIEM, 1987; KARDINAAL, 1997; HUTTUNEN, 1997)
·
Das Immunsystem benötigt zu einer
störungsfreien Funktion eine ausreichende Selenzufuhr (McKENZIE, 2002). Eine
ausreichende Selenversorgung schützt vor Infektionen.
·
Selen entgiftet Schwermetalle (SCHRAUZER;
PARIZEK, 1971; WANG, 2001)
Selen wird mit der Nahrung aufgenommen, und zwar vor allem mit
Fleisch, Fisch und Cerealien. Der Kreislauf des Selens ist wie folgt:
Das in der Erde in geringer Menge vorliegende anorganische Selen
(in der Regel als Selenat, seltener auch als schlechter resorbierbares Selenit)
wird von Pflanzen zusammen mit Schwefel aufgenommen und zusammen mit und in
Analogie zum Schwefel metabolisiert: Über verschiedene Zwischenstufen (darunter
Sulfid/Selenid) entstehen Cystein/Selenocystein und (über die Zwischenstufen
(Seleno)cystathionin und (Seleno)homocystein) Methionin/Selenomethionin, die in
Proteine eingebaut werden und zwar, da Pflanzen die Schwefel- und
Selenhomologen nicht unterscheiden können, statistisch je nach Angebot der
jeweiligen Varianten. Pflanzen benötigen das Selen (in der Regel) nicht,
geringe Mengen (der Selenoaminosäuren) stören aber auch nicht. Tatsächlich sind
die geringen in pflanzlichen Proteinen enthaltenen Mengen Selenomethionin und
Selenocystein die traditionelle Grundlage der Selenversorgung von Mensch und
Tier. Deren Vorkommen ist nachgewiesen in Weizen (OLSON, 1970), Soja
(RODIBAUGH, 1990; YASUMOTO, 1988) Reis und Mais (BEILSTEIN, 1991).
Ähnlich verhält es sich übrigens auch bei der Hefe, die bei der
Fermentation anorganisches Selenit in Selenocystein und Selenomethionin
umwandeln kann (KORHOLA, 1986; HAAS, 1992).
Wird selenhaltiges, pflanzliches Protein oder selenhaltige Hefe
durch Tiere oder Menschen verzehrt, erfolgt der Abbau des darin enthaltenen
Selenocysteins und Selenomethionins in Umkehrung der oben beschriebenen
pflanzlichen Synthese. Beide werden zum Selenid umgesetzt, das eine zentrale
Stellung im Selenstoffwechsel einnimmt. Selenid kann entweder zu Methylverbindungen
umgesetzt und so ausgeschieden werden, oder es entsteht daraus erneut
Selenocystein, jedoch nicht als freie Aminosäure, vielmehr erfolgt die Synthese
erst im Moment des Einbaus in ein Selenoprotein durch Reaktion mit Phosphat und
dann Serin.
Während das eingenommene Selenocystein sofort zu Selenid
umgesetzt wird, ist bei Selenomethionin auch ein Umweg möglich. Es wird
zunächst an Stelle von Methionin in Proteine eingebaut, wo der Ersatz wegen der
Ähnlichkeit der Homologen keinen Schaden verursacht. Bei einem späteren
Stoffwechsel des Proteins wird das freigesetzte Selenomethionin dann wie oben
beschrieben zu Selenid abgebaut und als Methylverbindung ausgeschieden oder zur
Selenocysteinsynthese verwandt.
In den meisten Ländern Europas, darunter Deutschland, besonders
ausgeprägt aber Finnland, ist die Selenversorgung suboptimal. In Finnland mit
seinen extrem selenarmen Böden setzt man dem Mineraldünger anorganisches Selen
zu, um im Getreide höhere Gehalte an organischem Selen zu erzielen. Auch in
Deutschland wird "Selen"-Weizen erzeugt, indem man Felder mit
Selensalzen düngt (BÄKO, 1999). Im Unterglasanbau von Gemüse wird den
künstlichen Substraten anorganisches Selen zugefügt (SONNEVELD (1984)).
Die Selenversorgung über Mineraldüngerzusätze zu verbessern, ist
allerdings ein teures Verfahren. Sein schlechtes Kosten/Nutzen-Verhältnis hat
schließlich zur Entwicklung der Selenhefe geführt (wieder mit Finnland als
Vorreiter), die ganz der gezielten Herstellung selenhaltiger Landbauprodukte
mittels selenhaltigen Mineraldüngers entspricht, allerdings eine viel
effektivere Variante darstellt: Der anorganischen Fermentations-Nährlösung wird
ein Selensalz hinzugefügt, was zum Einbau von Selenocystein und Selenomethionin
in die Hefeproteine führt.
Die vergleichsweise aufwändige Herstellung von Selenweizen und
Selenhefe verdankt sich vor allem dem Wunsch der Verbraucher nach
"natürlichen",
"biologischen" Produkten, dem die Behörden früher auch
Rechnung trugen. Die Verwendung von Selenit als Nahrungsmittelzusatz war damals
verboten.
Tatsächlich ist auch anorganisches Selen, also Selenit und
Selenat als Selenquelle brauchbar. So wird dem Tierfutter heutzutage praktisch
immer Selenit zugefügt. Dies geschieht weniger im Hinblick auf die
Tiergesundheit (die allerdings von der Stärkung des Immunsystems sehr
profitiert), sondern aus Interesse an einer besseren Fleischqualität: Die dann
in ausreichender Menge vorliegenden Selenoproteine (Glutathionperoxidasen)
schützen die Zellmembranen des Fleisches vor Oxidation und vermindern so das
Austreten von Zellinhaltsstoffen (Saftverlust). Darüber hinaus verbessert ein
solches Fleisch die Selenversorgung der Konsumenten. Wiederum wird somit
anorganisches Selen, auf dem Wege der Fleischproduktion für den Konsum in
organisches Selen überführt. Im tierischen Organismus findet ein ähnlicher
Metabolismus statt wie in Pflanzen: Von Selenat/Selenit zu Selenid, von Selenid
zu Selenocystein, das allerdings, wie oben erwähnt, nicht in freier Form
entsteht, sondern erst zum Zeitpunkt des Einbaus in ein Selenoprotein. Der bei
Pflanzen existierende weitere Metabolismus vom Selenocystein über
Selenocystathionin und Selenohomocystein zum Selenomethionin findet allerdings
nicht statt: Im tierischen (und menschlichen) Organismus entsteht kein
Selenomethionin. Das ist nicht verwunderlich. Der Säugetierorganismus kann auch
kein einfaches Methionin synthetisieren: Methionin ist essentiell.
Wohl aber findet, wie oben erläutert, die Rückreaktion statt:
Vom Selenomethionin über Selenohomocystein und Selenocystathionin zum
Selenocystein und weiter zum Selenid.
Es sei darauf hingewiesen, daß zwischen dem spezifischen und
unspezifischen Selenmetabolismus unterschieden werden muß. Der unspezifische
Selenmetabolismus entspricht einfach dem Schwefelmetabolismus (die beiden
Elemente sind sehr ähnlich), er setzt spätestens dann ein, wenn der Organismus
von einem Selenangebot überschwemmt wird. Er erklärt, warum ein Überschuß Selen
für Tier und Pflanze (mit der interessanten Ausnahme der sogenannte
Selenakkumulatoren) toxisch wirkt. Pflanzen, (mit Ausnahme der
Selenakkumulatoren) kennen nur den unspezifischen Selenstoffwechsel. Selen wird
wie Schwefel von den dafür zuständigen Enzymen zu Selenocystein und
Selenomethionin umgesetzt und in Proteine eingebaut. Kleine Mengen schaden, wie
oben erwähnt, nicht, wohl aber größere, und zwar massiv von einer bestimmten
Konzentrations-Schwelle an. Die Selenolgruppe des Selenocysteins ist nämlich
"saurer" (niedrigerer pK-Wert) und auch leichter oxidierbar als die
Sulfhydrylgruppe des Cysteins. Die bei der Oxidation entstehenden Diselenid-
und auch Selenid-Sulfid-Brücken führen zu einer Proteinvernetzung. Das Protein
verliert dabei seine Funktionalität, der Organismus stirbt. Dieses Modell
erklärt auch das Schwellenphänomen der Selentoxizität. Damit Selenol-Gruppen
oxidativ-vernetztend reagieren können, müssen sie erst einmal aufeinander
treffen. In dem dreidimensionalen Proteinknäuel ist die Wahrscheinlichkeit des
Aufeinandertreffens aber proportional der dritten Potenz der Anzahl
(Konzentration) der Selenol-Gruppen. Bei kleinen Konzentrationen ist die
Wahrscheinlichkeit entsprechend sehr gering, steigt aber bei einer bestimmten
Konzentration schwellenartig an.
Organismen, für die Selen essentiell ist, kennen sowohl den
spezifischen Stoffwechsel bei niedrigen Konzentrationen, der der Essentialität
des Elements Rechnung trägt und wie er oben in ganz groben Zügen dargelegt
worden ist, wie auch den nichtspezifischen, bei toxischem Überangebot, der den
Schwefelstoffwechsel teilweise ersetzt. Die Folge sind zu hohe Selenocystein-
(Selenol-) Konzentrationen, Protein- (vor allem Enzym-)Vernetzung, Tod des
Organismus.
Konsumenten ziehen natürliche, biologische Produkte, wie
Selenweizen und Selenhefe, anorganischen Selenverbindungen vor. Im Falle von
Selenit ist die Abneigung zum Teil auch berechtigt. Das sehr reaktive Selenit
fügt sich nicht leicht in den normalen Nahrungsselenstoffwechsel ein, es
reagiert z.T. bereits unspezifisch mit den Schleimhäuten, von Vitamin C
(Ascorbinsäure) wird es zu nicht resorbierbarem elementarem Selen reduziert.
Zumindest eine Veröffentlichung (SCHEARER, 1980) beschreibt die durch Selenit
verursachte Kataraktbildung bei jungen Ratten, vermutlich weil Selenit Peroxidation
fördern kann.
Diese gegen die Verwendung von Selenit sprechenden Fakten
spielen keine Rolle bei der Verwendung in Futtermitteln. Warum aber die
EU-Behörden auf Biegen und Brechen und unter Zurückweisung aller Einwände die
Verwendung von Selenit in Nahrungsergänzungmitteln erzwingen wollen, ist nicht
nachvollziehbar. Die Präferenzen der Bevölkerung scheinen wieder einmal keine
Rolle zu spielen: EU-Bürger sollen es nicht besser haben als die Schweine.
Ein aparter Aspekt dabei ist, daß es derzeit Bestrebungen gibt,
die Schweine besser zu stellen als EU-Bürger. Der European Food Safety
Authority liegen Anträge vor, Selenhefe als Futtermittelzusatz zu registrieren
(EU, 2005)
Die von EU- und allen nachgeordneten Behörden vorgebrachten
Bedenken beziehen sich auf die Tatsache, daß Selenhefe auch Selenomethionin
enthält und dieses - wie oben erläutert - nicht in jedem Fall sofort
metabolisiert, sondern zwischenzeitlich in statistischer Substitution von
Methionin in Proteine eingebaut wird. Was daran bedenklich sein soll, ist nicht
zu verstehen. Tatsächlich fungiert dieses Selenomethionin in Proteinen als
Selenspeicher, und es hatte diese Funktion offensichtlich wenigstens während
der gesamten Evolutionsgeschichte der Säugetiere, denn alles vegetabilische Selen
enthält genau wie Selenhefe neben Selenocystein immer auch Selenomethionin. Es
hat den Säugetieren nicht geschadet.
Winfried
Behr
11.11.2005
Anhang:
Umsetzung
anorganischen Selens
unspezifisch
in Pflanzen und vermutlich Hefe nach LÄUCHLI (1993):
(bei zu
hohem Angebot toxisch)
Selenat
↓
Selenit
↓
Glutathion-Seleno-Trisulfid
(GSSeSG)
↓
Selenoglutathion
(GSSeH)
↓
Selenid
↓
Selenocystein
↓
Selenocystathionin
↓
Selenohomocystein
↓
Selenomethionin
Metabolismus
anorganischen Selens
unspezifisch
in Tieren (bei zu hohem Angebot, toxisch)
Selenat
↓
Selenit
↓
Selenid
↓
Selenocystein
↓
Enzym-Vernetzung,
Absterben
Metabolismus
organischen und anorganischen Selens
spezifisch,
bei adäquater Zufuhr, nach LOBINSKI (2000)
Selenhaltige Proteine
(unspezifisch)
↓
Methionin/Selenomethionin-Vorrat
↓
Selenomethionin
↓
Selenohomocystein
↓
Selenat Selenocystathionin
↓ ↓
Selenit Selenocystein ←
Selenoproteine
↓ (spez.)
↳ Selenid
↓ ↘
Urin ← CH3SeH Se-Phosphat + Serin ↑
↓
Atem ← (CH3)2Se ↘ ↑
↓
Urin ← (CH3)3Se+ Selenocystein
Literatur
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BEILSTEIN, M.A. et
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1996, vol 276, No. 24, 1957-1963
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HUTTUNEN, J.K.,
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LÄUCHLI, A., 1993: Selenium in Plants: Uptake, Functions, and Environmental Toxicity.
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LOBINSKI, R., et al., 2000: Species-selective Determination of selenium
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447-461, 2000
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Nutrition and Immune Function, Ed. P.C. Calder, CABI Publ. 229-250
OLSON O.E. et al., 1970: Investigation on Selenium in Wheat. Phytochemistry,
1970, Vol 9, pp. 1181 to 1188
PARIZEK J. et al., 1971: The detoxifying effects of Selenium, in: Mertz,
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Inc., p 85-122
RODIBAUGH, R. et al.: Identification of Chemical Forms of Selenium in Soy
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SCHEARER, T.R., et al., 1980: Histological evaluation of selenium induced
cataracts. Exp Eye Res31: 327-333, 1980
SCHRAUZER, G.N.: Selen- natürlicher Schutzstoff bei Quecksilberbelastungen
Ganzheitliche Zahnheilkunde in der Praxis, Spitta-Verlag
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in Soil Science and Plant Analysis, 15(5), 519-53 (1984)
WANG, W. et al., 2001: Prevention of endemic arsenism
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