ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ВИТАМИНОМ Е И СЕЛЕНОМ

2009
№2
21
УДК 636.086 : 636.5
Папазян Т.Т., генеральный директор, канд. биол. наук
ООО «Оллтек», Россия
Фисинин В.И., первый вице-президент РАСХН, академик РАСХН, д-р с.-х. наук
Российская академия сельскохозяйственных наук (РАСХН)
Сурай П.Ф., профессор, д-р биол. наук
Шотландский сельскохозяйственный колледж и Университет Глазго (Великобритания)
Summary: In the paper the history and the current state of the problem concerning interaction between vitamin E
and Se is thoroughly described, the role of Se in the human and animal nutrition is shown, some practical
recommendations how to use this trace element in poultry feed rations are given as well.
Аннотация: В статье обстоятельно рассказано об истории вопроса, о современном состоянии проблемы, показана роль селена в питании человека и животных, а также даны практические рекомендации по использованию данного микроэлемента в кормах для птицы.
Ключевые слова: витамин Е, селен, антиоксиданты, селенодефицит, болезни, селенопротеины, антиоксиданты,
корма, обогащенные Se продукты.
Рециклизация витамина Е как
основа антиоксидантной защиты
Принимая во внимание тот факт,
что в каждой клетке образуется примерно 2 × 1010 свободных радикалов
каждый день [8], то потенциально
нужно такое же количество молекул
витамина Е для нейтрализации этих
радикалов, что в практическом аспекте не реально. В последние годы
углубленное изучение молекуляр­ных
механизмов действия витамина Е
поз­волило заключить, что эффективная рециклизация этого витамина с помощью других антиоксидантов в клетке является более важным
фактором, чем его концентрация.
Общая схема рециклизации витамина Е показана на рисунке 2.
Рис. 2. Схема рециклизации
витамина Е (Surai, 2006)
1
На представленной схеме видно,
что в процессе реакции с пероксильным радикалом витамин Е окисляется. Далее аскорбиновая кислота
(AA) способна восстановить витамин Е в активную форму, окисляясь
при этом в дегидроаскорбиновую
кислоту (DAA). Эффективность восстановления витамина Е не достигает 100%, так как часть его теряется в силу дальнейшего необратимого
окисления до токоферол-хинонов, и
он должен восполняться с кормом. В
дальнейшем дегидроаскорбиновая
кислота восстанавливается в свою
активную форму благодаря селенозависимому ферменту тиоредоксин
редуктазе [1] с окислением глутатиона. Следующий этап восстановления
глутатиона происходит за счет активности фермента глутатионредуктазы [2] (для его функционирования
нужен витамин B2) и восстановительного потенциала NADPH (ниацин). В свою очередь, образование
NADPH происходит в пентозофосфатном цикле окисления углеводов.
Таким образом, антиоксидантная защита в клетке во многом зависит от
целостности вышеупомянутой цепочки восстановления–окисления,
Начало статьи читайте в журнале «Птица и птицепродукты» № 1 за 2009 г.
которая берет свой восстановительный потенциал в углеводном обмене.
Примеры синергизма между
витамином Е и селеном
Синергизм между витамином Е и
селеном установлен:
• при защите эмбрионов птиц
от окислительного процесса в
период вывода [9]. В частности,
было показано, что максимальная защита эмбриональных тканей от перекисного окисления
липидов достигается при совместном применении высоких
уровней витамина Е (100 г/т) и
органического селена в дозах
0,2–0,4 г/т комбикорма;
• в предотвращении перекисного окисления липидов в мясе
птиц при хранении [10, 11]. Так
же, как и в предыдущем случае,
максимальный защитный эффект от перекисного окисления
липидов при хранении мяса в
замороженном виде достигался
при вышеупомянутых комбинациях витамина и селена;
• в предотвращении перекисного окисления липидов в сперме
петухов при хранении в замороженном виде [12]. В частности,
КОРМЛЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ВИТАМИНОМ Е И СЕЛЕНОМ:
НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА СТАРУЮ ПРОБЛЕМУ1
№2
2009
КОРМЛЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ
22
было показано, что наибольший защитный эффект обусловливает комбинация витамина Е
(200 г/т) и селена (300 г/т);
• при профилактике от асцитов
[7]. Было показано, что включение в рацион бройлеров 250 г/т
витамина Е в сочетании с 300 г/т
органического селена в форме
Сел-Плекс позволило снизить
падеж птицы от асцитов с 10%
до 0,9%. Следует отметить, что
при использовании того же
уровня витамина Е в сочетании с тем же уровнем селена в
виде селенита натрия, падеж от
асцитов увеличился и составил
5%. Таким образом, проведенные исследования показали не
только важность сочетания оптимальных уровней витамина Е
и селена, но и подтвердили
идею о том, что сочетание витамина Е с селеном в органической форме является наиболее
эффективной
комбинацией,
нежели сочетанием витамин Е
и неорганический селен;
• при поддержании иммунитета,
предотвращении от микотоксикозов и в ряде других случаев [10].
Молекулярные механизмы взаи­
модействия витамина Е и селена
Как видно из рисунка 3, существует, по крайней мере, шесть основных
путей соприкосновения витамина Е
и селена в процессе метаболизма.
Взаимодействие между витами­
ном Е и селеном опосредовано через активность классической глу­
та­т ион­­пероксидазы, так же, как и
фосфолипид-гидропероксид-глутатионпероксидазы, кишечной глутатионпероксидазы, тиоредоксин редуктазы и селенометионина.
1. Общеизвестная реакция витамина Е с пероксильным радикалом
приводит к образованию гидроперекиси, которая в случае липидного
радикала (LOO) является липидной
гидроперекисью (LOOH):
витамин Е + LOO* =
витамин Е-оксиленный + LOOH.
К сожалению, в большинстве литературных источников рассматривается лишь первая часть реакции,
где витамин Е обрывает свободно-
3. Cпецифическая
глутатион­перо­ксидаза
(PH-GSH-Px) локализована непосредственно в
мем­бранах, где она осуществляет выше­указан­­ные реакции — деток­
сикацию
ли­пидных
гидроперекисей в местах их образова­ния.
Таким обра­зом, селен
Рис. 3. Взаимодействие витамина Е и селена
как часть этого ферв организме человека и животных (Surai, 2006)
мента взаи­мо­действует
радикальную цепь, препятствуя тем с вита­мином Е непосредственно в
самым дальнейшему процессу пере- местах его локализации и, выполняя
кисного окисления липидов. Вместе антиоксидантную функцию, значис тем липидные гидроперекиси тельно повышает эффективность ра(LOOH) являются токсичными про- боты витамина Е.
4. Еще одна специфическая селедуктами, и если их не удалять из
клетки, то они способны к реак- нозависимая глутатионпероксидаза
ции с металлами (железо и медь), (GI-GSH-Px) локализована в желучто приводит к образованию новых дочно-кишечном тракте. Она отвесвободных радикалов. Таким обра- чает за разрушение гидроперекизом, детоксикация липидных гид- сей в кишечнике и предотвращает
роперекисей является важнейшей их всасывание в кровь. Таким образадачей антиоксидантной защиты в зом, данный фермент, с одной стоклетке, и эту задачу выполняет селе- роны, снижает окисление витаминозависимый фермент глутатионпе- на Е в кишечнике (хотя витамин Е
является антиоксидантом, сам он акроксидаза (GSH-Px):
тивно разрушается под воздействиLOOH(токсичен) + GSH-Px +
ем перекисных продуктов окисле2GSH= LOH (не токсичен) +
ния жиров), а с другой — снижает
H2O+GSSG + GSH-Px.
расход витамина Е на антиоксидант­
Таким образом, витамин Е выпол- ную защиту после всасывания гидняет лишь половину работы по обес- роперекисей в кровь.
5. Следующая ступень взаимопечению антиоксидантной защиты,
а вторая половина — дело для селе- действия витамина Е и селена опосна, который, являясь частью фермен- редована еще одним селенозавита глутатионпероксидазы, завершает симым ферментом — тиоредоксин
этот процесс. Это свидетельствует редуктазой, которая способна восо том, что в производственных ус- станавливать аскорбиновую кислоловиях научно необоснованное по- ту из ее окисленной формы и, тем
вышение только уровня витамина Е самым, эффективно поддерживать
(иногда даже 2–3 раза) не дает же- рециклизацию витамина Е и, следолаемых результатов, если рацион не вательно, его эффективность в анти­
оксидантной защите.
скорректирован по селену.
6. Еще одно важное звено взаимо2. Глутатионпероксидаза удаляет
из клетки перекись водорода, предот­ действия витамина Е и селена включавращая образование новых свобод- ет антиоксидантные свойства самого
ных радикалов и тем самым снижая селенометионина (SeMet) — органирасход витамина Е. Сегодня доказа- ческой формы селена. Интересно, что
но, что реакция перекиси водорода в этом виде селен способен поддер­
с переходными металлами (железо и живать антиоксидантный баланс в
медь) приводит к образованию сво- кишечнике и снижать окисление вибодных радикалов. Таким образом, тамина Е, а также нейтрализовать нероль селенозависимого фермента которые свободные радикалы, такие,
глутатионпероксидазы в этом про- как пероскинитрит, тем самым снижая расход витамина Е.
цессе трудно переоценить.
2009
№2
23
окисления белков печени под воздействием гербицида диквата.
Интересные данные приводят
Fisher et al. [5]. Эти исследователи пишут, что витамин Е способен влиять
на активность GSH-Px у селенодефицитных животных (табл. 2).
Современные кроссы птиц, отселекционированные на высокую скорость роста или яйценоскость и,
следовательно, более чувствительные к разного рода стрессам, нуждаются как в более биодоступной и
эффективной форме селена, так и
Таблица 2
Влияние недостаточности селена и витамина Е на экспрессию генов в печени крыс
(Fisher et al., 2002)
Шифр гена Изменение
Ген
Функция
в каталоге экспрессии
генов
гена, раз
Ответ на стресс
↓18.8
GSH-Px1
АО защита
X12367
↓
Глютамат-цистеинлигаза
Синтез глутатиона
J05181
3.4
↓2.5
Цитохром P-450
Метаболизм чужеродных соединений
PO4800
Клеточный цикл
↓2.9
Нуклеофосмин
Стимуляция клеточного роста
J03969
↓3.1
G1/S-специфический циклин D1
Подавление клеточного цикла, онкоген
D14014
Апопотоз
↓2.0
Протеин 12 — защитник от клеточной смерти
Защита от апоптоза
Y13336
↓2.6
Ингибитор апоптоза протеин I
Защита от апоптоза
AF081503
↓3.2
Bcl2-L1
Поддержание выживаемости клеток
U72350
Воспаление
↓2.2
Превращение кортикостерона
11-ß-Гидроксистероид дегидрогеназа 2
Y22424
в 11-дегидрокортикостерон
↓2.3
CMOT (транспортер органических анионов) Детоксикация, экспорт лейкотриена C4
L49379
го правила. В частности, в стресс-условиях, когда происходит окисление
белков, селен не может быть заменен
витамином Е, поскольку витамин Е
локализован исключительно в липидной части мембран.
Вышеуказанная гипотеза была
подтверждена в одном из опытов
Cheng et al. [2; 3], в котором повышенное содержание селена значительно снижало смертность
мышей, вызванную гербицидом паракватом, в то время как витамин Е
был неэффективен.
В другом опыте эти же авторы [1],
используя мышей с потерей гена, ответственного за синтез глутатионпероксидазы, показали, что даже очень
высокие уровни витамина Е (750 или
7500 мг/кг корма) не приводили к
снижению смертности мышей, несмотря на снижение уровня перекисных соединений в тканях.
Помимо этого Fu et al. [6] установили, что экспрессия GSH-Px является необходимым условием в предотвращении смертности мышей и
Кроме того, недостаток селена и
витамина Е влияют на экспрессию
целого ряда генов. При этом недостаток одного витамина Е не приводил к изменению активности исследованных генов, в то время как
недостаток селена привел к снижению экспрессии генов GSH-Px и
повышению экспрессии генов, ответственных за синтез ферментов
детоксикации. Недостаток обоих
антиоксидантов повлиял на активность большего числа генов, чем дефицит одного только селена. Как
видно из данных, представленных
в таблице 2, изменению подвергаются гены, связанные со стрессом, с
регуляцией клеточного цикла, апоптозом и воспалением. При этом изменения в экспрессии генов колеблются в пределах от 2 до 18 раз.
Практические предложения
Когда-то для достижения показателей, казавшиеся высокими тогда и
низкими сегодня, было достаточно
применения селенита натрия (0,15–
0,2 г/т корма) и витамина Е (30 г/т).
других микроэлементов для реализации заложенного генетического
потенциала.
Среди многих селенсодержащих
добавок для сельскохозяйственных
животных и птицы наиболее изученным является Сел-Плекс. В многочисленных экспериментах показано, что органическая форма
селена в виде Сел-Плекс обладает рядом существенных преимуществ по
сравнению с неорганической формой — селенитом натрия: имеет более высокую доступность, особенно в стресс-условиях; не является
окислителем; проходит плацентарный барьер, чем и обусловлены более высокие показатели роста и сохранности молодняка в первые дни
жизни; хорошо переходит в молоко,
мясо, яйцо, вследствие чего улучшается качество этих продуктов и увеличиваются сроки их хранения.
Исходя из вышеприведенного обзора и анализа о взаимодействии витамина Е и селена, можно сделать следующие практические предложения:
КОРМЛЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ
Защитное действие селена, не
связанное с витамином Е
Во многих обменных процессах,
протекающих в организме сельскохозяйственных животных и птицы,
витамин Е и селен работают сообща,
однако есть ряд исключений из это-
№2
2009
КОРМЛЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ
24
• при нормировании витамина Е
необходимо учитывать сбалансированность рациона по
селену, причем его химическая форма не менее важна, чем
уровень;
• для более эффективного использования питательных веществ
из комбикормов, в стресс-условиях, считаем целесообразным
использовать повышенные на
10–15% дозы витамина Е по
сравнению с существующими
нормами, с обязательным включением органической формы
селена в виде Сел-Плекс не менее 300 г/т комбикорма.
Литература
3 Cheng, W.H. Cellular glutathione pero­xi­
dase is the mediator of body selenium to protect
against paraquat lethality in transgenic mice /
Jacques, K.A. / Nottingham University Press,
Nottingham, UK. — 200. — P. 261–276
8. Surai.
P.F.
Selenium
in
Nutrition
W.H. Cheng, Y.S. Ho, B.A. Valentine, D.A. Ross,
amd Health/ Nottingham University Press.
G.F. Combs, Jr. and X.G. Lei // The Journal of
Nottingham, 2006. — 974 p.
Nutrition. — 1998a. — 128. — P. 1070–1076.
9. Surai, P.F. Effect of the selenium and
4. Fisher, A .Selenium- and vitamin E-
vitamin E content of the maternal diet on
dependent gene expression in rats: Analysis
the antioxidant system of the yolk and the
of differentially expressed mRNAs / A. Fisher,
developing chick / P.F. Surai // British Poultry
J.Pallauf, G.Rimbach / In: Proitein Sensors and
Science. — 2000b. — V. 41. — P. 235–243.
Reactive Oxygen Species. Methods in Enzymology
10.Surai, P.F. Effect of selenium and vitamin
(Sies H. and Packer L., Eds.). — Academic Press,
E content of the diet on lipid peroxidation
San Diego. — 2002. — P. 267–276.
in breast muscle tissue of broiler breeder
5. Fischer, A. Effect of selenium and vitamin
hens during storage / P.F. Surai, J.E. Dvorska
E deficiency on differential gene expression
// Proceedings of Australian Poultry Science
in rat liver / A. Fischer, J. Pallauf, K. Gohil,
Symposium. — 2002. — V. 14. — P. 187–192.
S.U. Weber, L. Packer, G.Rimbach // Biochemical
11.Surai, P.F. Effect of selenium and vita­min E
and Biophysical Research Communications. —
on lipid peroxidation in thigh muscle tissue of
2001. — 285. — P. 470–475.
broiler breeder hens during storage / P.F. Surai,
1. Cheng, W.H. High levels of dietary
6. Fu, Y. Cellular glutathione peroxidase
vitamin E do not replace cellular glutathione
protects mice against lethal oxidative stress
peroxidase in protecting mice from acute
induced by various doses of diquat / Y. Fu,
12 . Surai, P.F. Effect of vitamin E and sele­
oxidative stress / W.H.Cheng, B.A.Valentine,
W.H. Cheng, D.A. Ross, X. Lei // Proceedings
nium of cockerel diets on glutathione peroxidase
X.G.Lei // The Journal of Nutrition.-1999. —
of the Society for Experi-mental Biology and
activity and lipid peroxidation susceptibility in
V. 129. — Р. 1951–1957.
Medicine. — 1999. — V. 222. — P. 164–169.
sperm, testes and liver / P.F. Surai, I.A. Kostjuk,
2. Cheng, W.H. Knockout of cellular
J.E. Dvorska // Archive Geflugelk. — 2002. —
V. 66. — 120 p.
7. Roch, G. Effect of dietary antioxidants
G. Wishart, A. MacPherson, B. Speake, R.C. Noble,
selenium-
on the incidence of pulmonary hypertension
I.A. Ionov, E. Kutz // Biological Trace Element
dependent parameters similarly in mice fed
syndrome in broilers / G. Roch, M. Boulianne,
Research. — 1998. — V. 64. — P.119–132.
adequate and excessive dietary selenium /
L.De Roth // In: Biotechnology in the Feed
W.H.Cheng, G.F. Combs, X.G. Lei // Biofactors. —
Industry.
1998. — V. 7. — Р. 311–321.
Annual Symposium, Edited by Lyons, T.P. and.
glutathione
peroxidase
affects
Proceedings
of
16th
Alltech’s
Для контактов с авторами:
e-mail: Russia@alltech.com
ПРОГРЕСС В ИЗУЧЕНИИ И ПРИМЕНЕНИИ СЕЛЕНА
Current Advances in Selenium Research and Applications
Т. 1. — 2008. — 352 с. ISBN: 978-90-8686-073-9
Под редакцией: Peter F. Surai и Jules A. Taylor-Pickard
Селен (Se) — один из важных пищевых микроэлементов, участвующих в регулировании различных физиологических функций в организмах, как человека, так и животных, путем вхождения в селенопротеины в качест­
ве аминокислоты селеноцистеин. Среди многих минералов Se занимает свое особое место, будучи наиболее
спорным микроэлементом, обладающим узким интервалом между полезностью и токсичностью. Нельзя не согласиться, что существуют важные причины считать селен загрязняющим агентом, с одной стороны, и в то же
время, с другой, ощущается глобальный дефицит селена. Фактически селенодефицит можно назвать фактором риска для развития различных заболеваний у человека и животных. Уменьшение доступности Se из почвы, что связано со снижением ее pH и использованием синтетических удобрений, привело в Европе к росту
озабоченности относительно уровня этого элемента в пище и кормах. Более того, селенит натрия, используе­
мый в течение последних 30 лет как пищевая добавка, нельзя, видимо, считать оптимальной формой селена.
Использование органического селена в кормовых рационах сельскохозяйственных животных и птицы могло
бы помочь поддержать оптимальный селеновый статус, а также высокие иммунокомпетентность, продуктивные
и репродуктивные показатели.
Цель данной книги — донести обновленную информацию по важным проблемам, связанным с Se, включая
положение в Европе, а также указать пути движения вперед, основанные на анализе микроэлемента, продемонстрировать значение селена для птицы, свиней и жвачных животных. Производство продуктов, обогащенных селеном, взаимоотношения между селеном и микотоксинами, полиненасыщенными кислотами и реовирусами —
эти темы также освещены в книге.
В книге собраны статьи, которые будут полезны специалистам по кормам, врачам, исследователям и другим
читателям, кому интересен новый взгляд на увлекательный мир богини Луны — Селены, в честь кого и назван
микроэлемент.