Abstract

Oxidative stress is a state of impaired balance between the formation of free radicals and antioxidant capacity of the body. It causes many defects of the body, e.g. lipid peroxidation, DNA and protein damage. In order to prevent the effects of oxidative stress, the organism has developed defence mechanisms. These mechanisms capture and inhibit the formation of free radicals and also chelate ion metals that catalyse free radical reactions. Trace elements are components of antioxidant enzymes involved in antioxidant mechanisms. Selenium, as a selenocysteine, is a component of the active site of glutathione peroxidase (GPx). The main function of GPx is neutralization of hydrogen peroxide (H2O2) and organic peroxide (LOOH). Furthermore, selenium is a structural part of a large group of selenoproteins that are necessary for proper functioning of the body. Manganese, copper and zinc are a part of the group of superoxide dismutase enzymes (MnSOD, Cu/ZnSOD), which catalyse the superoxide anion dismutation into hydrogen peroxide and oxygen. Formed hydrogen peroxide is decomposed into water and oxygen by catalase or glutathione peroxidase. An integral component of catalase (CAT) is iron ions. The concentration of these trace elements has a significant influence on the activity of antioxidant enzymes, and thus on defence against oxidative stress. Even a small change in the level of trace elements in the tissue causes a disturbance in their metabolism, leading to the occurrence of many diseases.

References

• 1. Adamska-Węgrzyn E., Schaeffer E., Laudańska-Łagodzińska M.:Zaburzenia psychiczne w przebiegu choroby Wilsona: opis dwóchprzypadków. Post. Psychiatr. Neurol., 2000; 9: 15-23
  Google Scholar
• 2. Arredondo M., Núnez M.T.: Iron and copper metabolism. Mol.Aspects Med., 2005; 26: 313-327
  Google Scholar
• 3. Artym J.: Udział laktoferyny w gospodarce żelazem w organizmie.Część I. Wpływ laktoferyny na wchłanianie, transport i magazynoPiśmiennictwowanie żelaza. Postępy Hig. Med. Dośw., 2008; 62: 599-612
  Google Scholar
• 4. Barałkiewicz D., Bulska E.: Specjacja chemiczna – problemy i moż-liwości, red.: Barałkiewicz D., Bulska E., wyd. Malamut, Warszawa 2009
  Google Scholar
• 5. Behne D., Weiss-Nowak C., Kalcklösch M., Westphal C., Gessner H.,Kyriakopoulos A.: Application of nuclear analytical methods in theinvestigation and identification of new selenoproteins. Biol. Trace.Elem. Res., 1994; 43-45: 287-297
  Google Scholar
• 6. Bielański A.: Chemia nieorganiczna, cz.3, wyd. PWN, Warszawa 1994
  Google Scholar
• 7. Boldt D.H.: New perspectives on iron: an introduction. Am. J.Med. Sci., 1999; 318: 207-212
  Google Scholar
• 8. Borella P., Bargellini A., Caselgrandi E., Menditto A., Patriarca M.,Taylor A., Vivoli G.: Selenium determination in biological matrices.Microchem. J., 1998; 58: 325-336
  Google Scholar
• 9. Branco R.J.F., Fernandes P.A., Ramos M.J.: Cu, Zn Superoxide dismutase:distorted active site binds substrate without significantenergetic cost. Theoretical Chemistry Accounts, 2006; 115: 27-31
  Google Scholar
• 10. Bulska E., Wysocka I.: Selen – własności, historia. W: Selen–pierwiastek ważny dla zdrowia, fascynujący dla badacza, red.: M.Wierzbicka, E. Bulska, K. Pyrzyńska, I. Wysocka, B. A. Zachara, wyd.Malamut, Warszawa 2007, 19-24
  Google Scholar
• 11. Carter P.: Spectrophotometric determination of serum iron atthe submicrogram level with a new reagent (ferrozine). Anal. Biochem.,1971; 40: 450-458
  Google Scholar
• 12. Cheng K.L.: Determination of traces of selenium 3,3’-diaminobenzidineas selenium(IV) organic reagent. Anal. Chem., 1956; 28:1738-1742
  Google Scholar
• 13. Ciba J., Trojanowska J., Zołotajkin M.: Mała encyklopedia pierwiastków.Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996
  Google Scholar
• 14. Daraga A., Szymańska J.A.: Selen i jego wybrane związki stosowanew formach farmaceutycznych i kosmetologicznych. Pol. J.Cosmetol., 2003; 6: 26-34
  Google Scholar
• 15. Deshpande J.D., Joshi M.M., Giri P.A.: Zinc: The trace element ofmajor importance in human nutrition and health. Int. J. Med. Sci.Public Health., 2013; 2: 1-6
  Google Scholar
• 16. Downard A.J., Hart J.B., Powell K.J., Xu S.: Amperometric techniquesin flow-injection analysis: determination of magnesium insera and natural waters. Anal. Chim. Acta, 1992; 269: 41-48
  Google Scholar
• 17. Dröge F.: Free radicals in the physiological control of cell function.Physiol. Rev., 2002; 82: 47-95
  Google Scholar
• 18. Ducros V., Favier A.: Selenium metabolism. EMC Endocrinol.Nutr., 2004; 1: 19-28
  Google Scholar
• 19. Faa G., Nurchi V.M., Ravarino A., Fanni D., Nemolato S., GerosaC., Van Eyken P., Geboes K.: Zinc in gastrointestinal and liver disease.Coord. Chem. Rev., 2008; 252: 1257-1269
  Google Scholar
• 20. Fairweather-Tait S.J., Collings R., Hurst R.: Selenium bioavalability:current knowledge and future research requirements. Am.J. Clin. Nutr., 2010; 91: 1484S-1491S
  Google Scholar
• 21. Fang Y.Z., Yang S., Wu G.: Free radicals, antioxidants and nutrition.Nutrition, 2002; 18: 872-879
  Google Scholar
• 22. Floriańczyk B., Karska M.: Wpływ manganu na metabolizm. Adv.Clin. Exp. Med., 1998; 7: 207-211
  Google Scholar
• 23. Gacko M., Worowska A., Karwowska A., Łapiński R.: Zewnątrzkomórkowadysmutaza ponadtlenkowa ściany naczyń krwionośnych.Adv. Clin. Exp. Med., 2006; 15: 925-932
  Google Scholar
• 24. Gałecka E. Mrowica M., Malinowska K., Gałecki P.: Wybranesubstancje nieenzymatyczne uczesniczące w procesie obrony przednadmiernym wytwarzaniem wolnych rodników. Pol. Merk. Lek.,2008; 25: 269-272
  Google Scholar
• 25. Gapys B., Raszeja-Specht A., Bielarczyk H.: Rola cynku w procesachfizjologicznych i patofizjologicznych organizmu. Diagn. Lab.,2014; 50: 45-52
  Google Scholar
• 26. Giovannini C., Filesi C., D`Archivio M. Scazzocchio B., SantangeloC., Masella R.: Polyphenols and endogenous antioxidant defenses:effects on gluthatione and glutathione related enzymes. Ann. Ist.Super Sanita, 2006; 42: 336-347
  Google Scholar
• 27. Gowin E., Horst-Sikorska W.: Żelazne zapasy – komu w XXI wiekugrozi niedobór żelaza? Farm. Współcz., 2010; 3: 139-146
  Google Scholar
• 28. Guz J., Dziamian T., Szpila A.: Czy witaminy antyoksydacyjnemają wpływ na proces karcynogenezy? Postępy Hig. Med. Dośw.,2007; 61: 185-198
  Google Scholar
• 29. Halliwell B.: Oxidative stress and neurodegradation: where arewe now? J. Neurochem., 2006; 97: 1634-1658
  Google Scholar
• 30. Halliwell B., Gutteridge J.: Free radicals in biology and medicine,Oxford University Press, New York 2007
  Google Scholar
• 31. Hannah A.C., Narendhirakannan R.T.: Oxidative stress – a hallmarkof human disease. Asian. J. Biochem. Pharm. Res., 2012; 2: 1-10
  Google Scholar
• 32. Hartikainen H.: Biogeochemistry of selenium and its impacton food chain quality and human health. J. Trace Elem. Med. Biol.,2005; 18: 309-318
  Google Scholar
• 33. Holben D.H., Smith A.M.: The diverse role of selenium withinselenoproteins: a review. J. Am. Diet. Assoc., 1999; 99: 836-843
  Google Scholar
• 34. Imlay K.R., Imlay J.A.: Cloning and analysis of sodC, encodingthe copper-zinc superoxide dismutase of Escherischia coli. J. Bacteriol.,1996; 178: 2564-2571
  Google Scholar
• 35. Janicka A., Szymańska-Pasternak J., Bober J.: Polimorfizm genówobrony antyoksydacyjnej a ryzyko rozwoju raka. Roczniki PomorskiejAkademii Medycznej w Szczecinie, 2013; 59: 18-28
  Google Scholar
• 36. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B.: Normy żywienia człowieka.Podstawy prewencji otyłości i chorób niezakaźnych. Wyd. PZWL,Warszawa 2008
  Google Scholar
• 37. Jensen R.E., Rflaum R.T.: Fluorometric determination of zinc.Anal. Chem., 1966; 38: 1268-1269
  Google Scholar
• 38. Jędrzejewski W., Skrzypek S.: The use of calmagite in the differentialpulse polarographic determination of magnesium. Chem.Anal., 1993; 38: 95-102
  Google Scholar
• 39. Karpińska A., Gromadzka G.: Stres oksydacyjny i naturalne mechanizmyantyoksydacyjny – znaczenie w procesie neurodegradacji.Od mechanizmów molekularnych do strategii terapeutycznych.Postępy Hig. Med. Dośw., 2013; 67: 43-53
  Google Scholar
• 40. Kocyigit A., Erel O., Gur S.: Effects of tobacco smoking on plasmaselenium, zinc, copper and iron concentrations and related antioxidativeenzyme activities. Clin. Biochem., 2001; 34: 629-633
  Google Scholar
• 41. Kolditz L.: Chemia nieorganiczna, cz. 2. Wyd. PWN, Warszawa1994
  Google Scholar
• 42. Kryczyk J., Zagrodzki P.: Selen w chorobie Gravesa Basedowa,Postępy Hig. Med. Dośw., 2013; 67: 491-498
  Google Scholar
• 43. Krystek J., Kobyłecka J., Ptaszyński B.: Spectrophotometric determinationof zinc with 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol and cetyltrimethylammoniumbromide in insulin. Chem. Anal., 1993; 38: 607-612
  Google Scholar
• 44. Krzeptowski W., Pierzchała O., Lenartewicz M.: Metabolizm miedzioraz charakterystyka dziedzicznych zespołów chorobowych, natle niedoboru miedzi, spowodowanych zaburzeniami aktywnościbiałka ATP7A. Kosmos, 2014; 63: 395-413
  Google Scholar
• 45. Kulbacka J., Saczko J., Chwiłkowska A.: Stres oksydacyjny w procesachuszkodzenia komórek. Pol. Merk. Lek., 2009; 27: 44-47
  Google Scholar
• 46. Kupczyk D., Rybka J., Kędziora-Kornatowska K., Kędziora J.: Melatoninaa stres oksydacyjny u chorych na cukrzycę typu 2 w wiekupodeszłym. Pol. Merk. Lek., 2010; 28: 407-409
  Google Scholar
• 47. Liska S.K., Kerkay J., Pearson K.H.: Determination of zinc andcopper in urine using Zeeman effect flame atomic absorption spectroscopy.Clin. Chim. Acta, 1985; 151: 231-236
  Google Scholar
• 48. Maliheh B.T., Shamsa S., Shams S., Mohsen M.F.: Spectrophotometricdetermination of copper in serum using 6-(2-naphthyl)-2,3-dihydro-1,2,4-triazine-3-thione. Asian J. Chem., 2010; 22: 21-26
  Google Scholar
• 49. Maritim A.C., Sanders R.A., Watkins III J.B.: Diabetes, oxidativestress, and antioxidants: a review. J. Biochem. Mol. Toxicol., 2003;17: 24-38
  Google Scholar
• 50. Marnett L.J., Riggins J.N., West J.D.: Endogenous generation ofreactive oxidants and electrophiles and their reaction with DNA andprotein. J. Clin. Invest., 2003; 111: 583-593
  Google Scholar
• 51. Massadeh A., Gharibeh A., Omari K., Al-Momani I., Alomary A.,Tumah H., Hayajneh W.: Simultaneous determination of Cd, Pb, Cu,Zn, and Se in human blood of Jordanian smokers by ICP-OES. Biol.Trace Elem. Res., 2010; 133: 1-11
  Google Scholar
• 52. Maywald M., Rink L.: Zinc homeostasis and immunosenescence.J. Trace Elem. Med. Biol., 2015; 29: 24-30
  Google Scholar
• 53. Mehdi Y., Hornick J.L., Istasse L., Dufrasne I.: Selenium in theenvironment. metabolism and involvement in body functions. Molecules,2013; 18: 3292-3311
  Google Scholar
• 54. Mestek O., Suchánek M., Vodićková Z., Zemanová B., Zima T.:Comparison of the suitability of various atomic spektoscopic techniquesfor the determination of selenium in human whole blood. J.Anal. At. Spectr., 1997; 12: 85-89
  Google Scholar
• 55. Miniuk K., Moniuszko-Jakoniuk J., Kulikowska E.: Biodostępnośćoraz stany chorobowe przy niedoborze miedzi. Pol. Tyg. Lek.,1991; 46: 476-478
  Google Scholar
• 56. Naskalski J.W., Bartosz G.: Oxidative modifications of proteinstructures. Adv. Clin. Chem., 2000; 35: 161-253
  Google Scholar
• 57. Nogowska M., Jelińska A., Muszalska I., Stanisz B.: Funkcje biologicznemakro – i mikroelementów. Farm. Polska, 2000; 56: 995-1003
  Google Scholar
• 58. Osredkar J., Sustar N.: Copper and zinc. Biological role and significanceof copper/zinc imbalance. Clinic. Toxicol., 2011; 3: 2-18
  Google Scholar
• 59. Papp L.V., Holmgren A., Khanna K.K.: Selenium and selenoproteinsin health and disease. Antioxid. Redox Signal., 2010; 12: 793-795
  Google Scholar
• 60. Pastore A., Federici G., Bertini E., Piemonte F.: Analysis of glutathione:implication in redox and detoxification. Clin. Chim. Acta, 2003; 333: 19-39
  Google Scholar
• 61. Plum L.M., Rink L., Haase H.: The essential toxin: Impact of zincon human health. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2010; 7: 1342-1365
  Google Scholar
• 62. Porta J., Vahedi-Faridi A., Borgstahl G.E.: Structural analysis ofperoxide-soaked MnSOD crystals reveals side-on binding of peroxideto active-site manganese. J. Mol. Biol., 2010; 399: 377-384
  Google Scholar
• 63. Prasad A.S.: Impact of the discovery of human zinc deficiencyon health. J. Trace Elem. Med. Biol., 2014; 28: 357-363
  Google Scholar
• 64. Puzanowska-Tarasiewicz H., Kuźmicka L., Tarasiewicz M.: Funkcjebiologiczne pierwiastków i ich związków. II Selen, seleniany,związki selenoorganiczne. Pol. Merk. Lek., 2009; 27: 249-252
  Google Scholar
• 65. Puzanowska-Tarasiewicz H., Kuźmicka L., Tarasiewicz M.: Funkcjebiologiczne wybranych pierwiastków. III. Cynk – składnik i aktywatorenzymów. Pol. Merk. Lek., 2009: 27: 419-422
  Google Scholar
• 66. Puzanowska-Tarasiewicz H., Starczewska B., Kuźmicka L.: Reaktywneformy tlenu. Bromat. Chem. Toksykol., 2008; 41: 1007-1015
  Google Scholar
• 67. Radwańska-Wala B., Buszman E., Drużba D.: Udział reaktywnychform tlenu w patogenezie chorób ośrodkowego układu nerwowego.Wiad. Lek., 2008; 61: 67-73
  Google Scholar
• 68. Rakesh K., Tejinder P.: Stripping voltammetric determinationof zinc, cadmium, lead and copper in blood samples of childrenaged between 3 months and 6 years. J. Health Allied Scs., 2005; 4: 1-8
  Google Scholar
• 69. Reiter R.J., Tan D.X., Mayo J.C., Sainz R.M., Leon J., Czarnocki Z.:Melatonin as an antioxidant: biochemical mechanism and pathophysiologicalimplications in humans. Acta Biochim. Pol., 2003; 50: 1129-1146
  Google Scholar
• 70. Reyes J.G.: Zinc transport in mammalian cells. Am. J. Physiol.:1996; 270: C401-C410
  Google Scholar
• 71. Riverbend Down Syndrome Association. http://www.riverbendds.org/index.htm(11.12.2016)
  Google Scholar
• 72. Rodushkin I., Ödman F., Olofsson R., Axelsson M.D.: Determinationof 60 elements in whole blood by sector-field inductively coupledplasma mass spectrometry. J. Anal. At. Spectrom., 2000; 15: 937-944
  Google Scholar
• 73. Rotruck J.T., Pope A.L. Ganther H.E., Swanson A.B.: HafemanD.G., Hoekstra W.G.: Selenium: biochemical role as a component ofgluthatione peroxidase. Science, 1973; 179: 588-590
  Google Scholar
• 74. Skrzycki M., Czeczot H.: Extracellular superoxide dismutase(EC-SOD) – structure, properties and functions. Postępy Hig. Med.Dośw., 2004; 58: 301-311
  Google Scholar
• 75. Starek A.: Mangan i jego związki nieorganiczne. Dokumentacjadopuszczalnych wielkości narażenia zawodowego. Podst. Met. OcenyŚrod. Przyr., 2012; 1: 27-58
  Google Scholar
• 76. Ścibior-Bentkowska D., Czeczot H.: Komórki nowotworowea stres oksydacyjny. Postępy Hig. Med. Dośw., 2009; 63; 58-72
  Google Scholar
• 77. Tainer J.A., Arvai A.S., Barondeau D.P., Brudler R., Chapados B.R.,Craig L., Divita G., Fan L., Hitomi C., Hitomi K., Huffman J.L., Perry J.J.,Shin D.S., Sundheim O., Tubbs J.L., Wood T.I., Williams R.S., YamagataA.: Macromolecular machines as master keys for genome integrity,the cell cycle, control of reactive oxygen species, and pathogenesis.https://www.scripps.edu/news/scientificreports/sk2005/sk05tainer.html(11.12.2016)
  Google Scholar
• 78. Tian X., Diaz F.J.: Zinc depletion causes multiple defects in ovarianfunction during the periovulatory period in mice. Endocrinology,2012; 153: 873-886
  Google Scholar
• 79. Treble R.G., Thompson T.S., Lynch H.R.: Determination of copper,manganese and zinc in human liver. Biometals, 1998; 11: 49-53
  Google Scholar
• 80. UniProt. http://www.uniprot.org/ (11.12.2016)
  Google Scholar
• 81. Valko M., Leibfritz D., Moncol J., Cronin M.T., Mazur M., TelserJ.: Free radicals and antioxidants in normal physiological functionsand human discase. Int. J. Biochem. Cell Biol., 2007; 39: 44-84
  Google Scholar
• 82. Wang J., Pantopolous K.: Regulation of cellular iron metabolism.Biochem. J., 2011; 434: 365-381
  Google Scholar
• 83. Wielkoszczyński T., Zawadzki M., Lebek-Ordon A., Olek J., Korzonek-SzlachetaI.: Enzymatyczne układy anytyoksydacyjne – właściwości,występowanie i rola biologiczna. Diag. Lab., 2007; 43: 283-294
  Google Scholar
• 84. Wierzbicka D., Gromadzka G.: Ceruloplazmina, hefajstyna i cyklopen– trzy multimiedziowe oksydazy uczestniczące w metabolizmieżelaza u człowieka. Postępy Hig. Med. Dośw., 2014; 68: 912-924
  Google Scholar
• 85. Wierzbicka M., Bulska E., Pyrzyńska K., Wysocka I., Zachara B.A.:Selen pierwiastek ważny dla zdrowia, fascynujący dla badacza, Wyd.Malamut, Warszawa 2007
  Google Scholar
• 86. Yari H., Mohseni M., Vardi R.,, Alizadeh A.M., Mazloomzadeh S.:Copper, lead, zinc and cadmium levels in serum of prostate cancer patientsby polarography in Iran. J. Chem. Pharm. Res., 2015; 7: 403-408
  Google Scholar
• 87. Zabłocka A., Janusz M.: Dwa oblicza wolnych rodników tlenowych.Postępy Hig. Med. Dośw., 2008; 62: 118-124
  Google Scholar
• 88. Zagrodzki P., Łaszczyk P.: Selen, a choroby układu sercowo–naczywniowego – wybrane zagadnienia. Postępy Hig. Med. Dośw.,2006; 60: 624-631
  Google Scholar
• 89. Zdrojewicz Z., Wiśniewska A.: Rola cynku w seksualności męż-czyzn. Adv. Clin. Exp. Med., 2005; 14: 1295-1300
  Google Scholar
• 90. Zhang S., Zhou Z., Fu J.: Effect of manganese chloride exposureon liver and brain mitochondria function in rats. Environ. Res., 2003;93: 149-157
  Google Scholar
• 91. Ziemlański Ś., Bułhak-Jachymczyk B., Budzyńska-TopolowskaJ.: Normy żywienia dla ludności w Polsce. Nowa Med., 1998; 4: 1-27
  Google Scholar
• 92. Zwolak I., Zaporowska H.: Rola selenu oraz wybranych Se-bia-łek w organizmie człowieka., Annales UMCS Lublin-Polonia, 2005;60, supl. 16: 457-460
  Google Scholar
• 93. Żbikowska H.M.: Metabolizm selenu w komórce i organizmieczłowieka. Postępy Biol. Kom., 1997; 24: 303-313
  Google Scholar

Full text