The skeletal muscle and the lung with regard to their function are influenced by many exogenous and endogenous factors like free radicals or oxidative stress. These factors can lead to dysfunctions of this tissues or to diseases. A number of studies indicated that an amount of metal- or metalloid-binding proteins play important roles in the degradation of free radicals or in oxidative stress. The function of trace elements in the cells and tissues is strongly dependent on their concentrations and chemical species. To this day it is not known how and how many of these elements are involved in oxidative stress. In this study the skeletal muscle, lung and spleen of rat and their subcellular fractions were explored to analyze the concentration of trace elements to obtain information on their chemical forms and their distribution in the different cell compartments. Instrumental Neutron Activity Analysis (INAA) was used for the determination of concentration of the selected elements like iron, zinc, rubidium, cesium, cobalt, selenium, arsenic and chromium. The analyzed elements were found to be distributed inhomogeneous in the examined tissues of rat and their subcellular compartments. In order to obtain more information about the effect of selenium as antioxidant and also on selenium-containing proteins and on their possible function in the body, radiotracer technique had been combined with biochemical separation methods. The mouse muscle myoblasts cells line C2C12 and human lung epithelial cells line A549 were labelled with 75Se for this study. The selenium-containing proteins were identified by autoradiography after the separation of gel electrophoresis. In the homogenates of the muscle myoblasts cells line more than eighteen 75Se-containing proteins and in the homogenate of the A549 cells line more than twenty 75Se -containing proteins were detected. The measured molecular mass was between 74 – 10 kDa, that is the molecular range of the new selenium proteins, with pI value between 3.0 and 10 in both cases. The total antioxidant status in cytosolic fractions of skeletal muscle, lung and spleen of rats fed with a selenium deficient diet and a selenium sufficient diet was measured with the ABTS assay. The study showed that the selenium status has no effect on the whole antioxidative activity. In the cytosol of skeletal muscle, lung and spleen of the rat no differences between the selenium deficient and sufficient animals were observed with regard to the total antioxidant status. High performance liquid chromatography (HPLC) linked to inductive coupled plasma was used to examine the trace element-containing proteins in the cytosol fraction of the skeletal muscle, lung and spleen of rats. Iron, zinc, copper, manganese, molybdenum, nickel, cadmium, cobalt, lanthanum, arsenic, selenium and vanadium were found in the cytosol of the reviewed tissue in protein-bound form. In the second part of the study PON 1 was investigated. The discovery of PON 1 in the skeletal muscle raises the question if this enzyme has further important functions in the organism. The finding of variable elements in this protein by applying SECI-ICP-MS suggests that this enzyme has probably more than one function in the organism. The protein was observed in plasma and in other tissues such as skeletal muscle, lung and in the cell lines.
Der Skelettmuskel und die Lunge sind in Bezug auf ihre Funktion stark beeinflusst von vielen endogenen und exogenen Faktoren, wie zum Beispiel Freien Radikalen oder oxidativem Stress. Diese Faktoren können zu Funktionsstörungen oder Krankheiten der beiden Organe führen. Viele Studien zeigen, dass metall- oder metalloid-haltige Proteine eine wichtige Rolle beim Abbau von Freien Radikalen oder oxidativem Stress spielen. Die Funktionen von Spurenelementen in Zelle und Körper sind stark abhängig von ihren Konzentrationen und ihrer chemischen Form. Bis Heute ist unbekannt wie und wie viele dieser Elemente im oxidativen Stress verwickelt sind. In dieser Arbeit wurden der Skelettmuskel, die Lunge und die Milz von Ratten und deren subzellulären Fraktionen untersucht, um Informationen über die Konzentration und Verteilung von Spurenelementen zu erhalten. Instrumentelle Neutronenaktivierungsanalyse (INAA) wurde eingesetzt, um die Konzentrationen der Spurenelemente Eisen, Zink, Rubidium, Cäsium, Kobalt, Selen, Arsen und Chrom zu bestimmen. Um weitere Informationen über den Einfluss von Selen als Antioxidant und von Selenoproteinen und ihren möglichen Funktionen in den untersuchten Geweben und Zelllinien zu erhalten, wurde die Radiotracer-Methode mit biochemischen Methoden kombiniert. Für diese Experimente wurden die Myoblasten der Maus-Zelllinie C2C12 und der humanen Lungen-Epithelia Zelllinie A549 in vitro mit 75Se markiert. Die Selenoproteine wurden nach der Trennung mit Gelelektrophorese mit Hilfe von Autoradiogrammen identifiziert. Achtzehn Se-Proteine in der C2C12 Zelllinie und mehr als zwanzig Se-Proteine in der A549 Zelllinie wurden mit molekularen Massen zwischen 74 und 10 kDa und pI- Werten von 3 bis 10 detektiert. Der gesamte antioxidative Status wurde im Zytosol des Skelettmuskels, der Lunge und der Milz von selenadäquat und selenmangelernährten Ratten mit Hilfe der ABTS Methode bestimmt. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass der Selenstatus auf den gesamten antioxidativen Status keinen Einfluss hat. Im Zytosol von Skelettmuskel, Lunge und Milz von Ratten wurden keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen in Bezug auf den gesamten antioxidativen Status nachgewiesen. Hochleistungsflüssigkeitschromatograph (HPLC) mit Kopplung an die ICP-MS wurde zur Untersuchung von metallhaltigen Proteinen im Zytosol von Skelettmuskel, Lunge und Milz von Ratten eingesetzt. Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Kadmium, Kobalt, Lanthan, Arsen, Selen und Vanadium wurden in proteingebundener Form gefunden. In dem nächsten Teil der Arbeit wurde PON 1 untersucht. Der Fund von PON 1 im Skelettmuskel wirft die Frage auf, ob das Protein weitere wichtige Funktionen im Körper hat. Mit Hilfe von SECI-ICP-MS wurde nachgewiesen, dass verschiedene Elemente in proteingebundener Form vorliegen. Das kann darauf hinweisen, dass das Protein im Körper vermutlich mehr Funktionen hat. In dieser Studie wurde das Protein in Human Plasma und auch in Skelettmuskel, Lunge und Milz von Ratten und in Zelllinien nachgewiesen.
