Какво знаем и къде в тялото се намира то?

Какво знаем за сярата и какви са нейните свойства?

Сярата е важен неорганичен елемент. Тя е често срещана в околната среда - в атмосферата, водата или почвата. Тя е и важен компонент на биологичните системи - растения, животни и хора.

Известна е с химичния символ S, който произлиза от латинското наименование sulphur (сяра).

Сярата е елемент от група 16 на периодичната таблица на химичните елементи и се намира в период 3.

Наименованието идва от гръцките думи chalkos (руда) и gennaó (образувам).

Следователно името им показва, че те са рудообразуващи и се срещат главно под формата на руди.

Елементарната сяра е крехко кристално твърдо вещество при стайна температура. Тя е бледожълта на цвят, без мирис и вкус.

Тя е неметален елемент. Не е способна да провежда електрически ток, неразтворима е във вода, но се разтваря в органични разтворители.

Той е доста реактивен и се съединява с много елементи. Гори с характерен син пламък, като образува серен диоксид, който вече има дразнеща и задушлива миризма.

Сярата е способна да образува множество многоатомни молекули в твърдо, течно и газообразно състояние, т.е. има много форми.

Таблично обобщение на основната химична и физична информация за сярата

Той е десетият най-разпространен елемент във Вселената.

Среща се в по-малка степен в естествената си елементарна форма. Много по-често се среща в съединения, в които се среща предимно като сулфиди (S2-) или сулфати (SO42-).

Той е съставна част на подземните находища - като сулфидна руда (в чист вид), като различни минерали, като част от горещи извори и гейзери, както и в изкопаемите горива (нефт, природен газ, въглища).

Много често се среща и във вулканични райони в елементарната си форма.

Най-известните сулфидни минерали са пиритът (FeS2), цинобаритът (HgS), галенитът (PbS), сфалеритът (ZnS) или антимонитът (Sb2S3). Най-известните сулфатни минерали са гипсът (CaSO4), целестинът (SrSO4) или баритът (BaSO4).

Сярата е позната още от праисторически времена поради съществуването ѝ в чист вид. Праисторическите хора са използвали сярата като пигмент за пещерни рисунки и тя е била използвана в церемониите в египетските религии. Споменава се и в Библията - във връзка с адския огън, който сярата подхранвала.

Практическото използване на сярата започва в Египет, където се използва за избелване на памук, или в Китай, където е част от взривни вещества.

Сярата е открита като елемент през 1777 г. от френския химик Антоан Лавоазие и едва през 1809 г. е доказано, че тя е химичен елемент.

Днес сярата се използва основно (до 85 % от общото количество) за производството на сярна киселина, която след това се използва например в производството на торове, пигменти, взривни вещества, петролни продукти, батерии и акумулатори.

Сярата се използва също така в производството на хартия, багрила, мачове, средства за унищожаване на насекоми и плесени, като избелващ агент, консервант, антиоксидант или като компонент на лекарства (например антибиотици, анестетици, болкоуспокояващи, антиеметици, еметици или за лечение на сърдечни заболявания).

Каква е ролята на сярата в организма?

Сярата почти винаги присъства в човешкото тяло като част от по-сложни молекули. Тя не се среща в свободна форма.

Тези молекули, от които сярата е незаменима част, играят важна роля в много физиологични процеси. Те са от съществено значение за здравето и правилното функциониране на организма.

Най-много сяра се съдържа в сложни органични съединения като аминокиселини, протеини, ензими или витамини. В тези съединения сярата се среща в много конфигурации.

Най-често срещаните аминокиселини, които съдържат сяра в структурата си, са метионин, цистеин, хомоцистеин и таурин. Други включват цистин, цистатион или цистеинова киселина.

Най-голям дял от общото количество сяра в организма се намира в протеините, чиито градивни елементи са сяросъдържащите аминокиселини.

От витамините най-важни са тиаминът (витамин В1) и биотинът (витамин В7). Сярата се съдържа и в други органични съединения като липоева киселина, коензим А, глутатион, хондроитин сулфат, хепарин, естрогени или фибриноген.

Основните биологични функции на сярата, независимо дали в самостоятелна форма или като част от по-сложни молекули, включват:

• Тя е градивен елемент на аминокиселини, витамини и други важни органични съединения.
• Участва в структурата и функцията на белтъците (чрез аминокиселините като основни градивни елементи на белтъците).
• Оказва влияние върху функцията на ензимите и метаболитните процеси.
• Подпомага здравината и устойчивостта на косата, ноктите, кожата и хрущялите.
• Има антиоксидантно действие.
• Има антимикробно и противогъбично действие.
• Оказва благоприятно въздействие върху развитието и функциите на мозъка и нервите.
• Оказва влияние върху функцията на хормоните.
• Когато се използва външно, забавя образуването и размножаването на кожни клетки (този ефект се използва при лечението на различни кожни заболявания).

Най-важните източници на сяра за организма

Най-важният източник на сяра за човека е храната. Чрез храната сярата се приема под формата на по-сложни съединения (главно аминокиселини и витамини) или в по-прости форми - като сулфити или сулфати.

Много серни съединения са токсични за хората (например сероводород), не само когато се приемат през устата, но и когато се вдишват.

Поради това има само ограничен брой серни съединения, които са безопасни и необходими за човешкия организъм.

Най-голямата част от хранителната сяра идва от две аминокиселини - метионин и цистеин. Тези аминокиселини се съдържат в белтъчините както от растителен, така и от животински произход.

Метионинът е незаменима аминокиселина, която организмът не може да произвежда сам. Затова зависим от приема му в храната.

В случая с цистеина ситуацията е малко по-различна. Той не е незаменима аминокиселина, защото цистеинът се образува в организма в процеса на метаболизма на метионина.

Физиологичната потребност от цистеин се задоволява не само чрез прием на цистеин с храната, но и чрез повишен прием на метионин, който впоследствие се метаболизира до цистеин.

Дневната потребност от сяра при човека се задоволява адекватно, ако в храната се приемат около 13 mg/kg от тези аминокиселини.

От гледна точка на храненето само метионинът също може да осигури на организма цялата необходима му сяра.

Сярата постъпва в организма и чрез неорганичните си съединения, съдържащи се в храната - т.е. сулфати или сулфити. Те обаче са само незначителен източник на сяра за организма.

Тяхната абсорбция в стомашно-чревния тракт е слаба и затова рядко се включват в необходимия дневен прием на сяра.

Храни от животински произход, богати на сяра, са животинските протеини, яйцата, млечните продукти, месото, рибата и морските дарове.

От растителните храни най-важни са зеленчуците (лук, чесън, праз, лук, зеле, зеле, карфиол, броколи, кресон, горчица, хрян, репички), плодовете (малини), ядките и пшеничният зародиш.

Сярата се съдържа и в минералните води или в малки количества в чешмяната вода.

Сярата може да има характерна миризма в някои белтъчни храни, която наподобява развалени яйца.

Няма определени препоръки за сярата и оптималния ѝ дневен прием. Приемът на достатъчни количества сяросъдържащи аминокиселини осигурява достатъчни и необходими количества сяра за правилното функциониране на организма.

В хранително-вкусовата промишленост можем да наблюдаваме и умишлено добавяне на сяра към храните по време на обработката им.

Това е добавянето на сулфити, които действат като консерванти, антиоксиданти или избелващи агенти в храните.

Обикновено сулфитите се добавят към храни като:

• Плодове и зеленчуци в суров, преработен, замразен, изсушен или консервиран вид, в сокове, конфитюри, мармалади или пасти за мазане
• сладкарски изделия, сиропи и подсладители
• Зърнени храни и зърнени продукти, ядки
• Месни продукти
• Риба и морски дарове
• Билки и подправки
• Бира, вино, алкохол и ароматизирани напитки

Табличен списък на разрешените добавки в храните

Сулфитите се съдържат и в много лекарства или хранителни добавки.

Сяра - от приема до отделянето

Абсорбция

Както вече беше споменато, почти цялата сяра постъпва в организма чрез две аминокиселини - метионин или цистеин.

В случая с метионина основното място на абсорбция е тънките черва. Тук метионинът се абсорбира от специфични преносители.

Метионинът е една от аминокиселините с най-висока степен на усвояване в храносмилателния тракт.

Делът на абсорбирания метионин е сравнително висок. Въпреки това около 20-30 % от количеството се метаболизира директно по време на абсорбцията до образуване на сулфати.

Цистеинът се абсорбира в средата на тънките черва, а също и чрез специфични енергийно зависими преносители.

Абсорбцията на неорганични серни съединения в стомашно-чревния тракт, т.е. сулфати или сулфити, приети с храната или образувани при метаболизма на аминокиселините, е ниска.

Повечето сулфати до 1 грам се абсорбират в тънките и дебелите черва. Абсорбцията се осъществява чрез натриево-сулфатния транспортер.

Разпределение

Сулфатите са на четвърто място в списъка на най-разпространените аниони в човешката кръв.

Концентрацията им в урината е около 300 мкмол/л. Приемът на сулфати или съдържащи сяра аминокиселини с храната увеличава нивата им понякога два пъти.

Обичайната концентрация на сулфити в кръвта е 5 µmol/l, но може да е в референтния диапазон 0-10 µmol/l.

При стандартните кръвни тестове нивото на сярата или нейните съединения не се определя.

Сярата се пренася от кръвта обратно в тъканите и клетките на тялото чрез няколко вида преносители.

Сулфатите или аминокиселините, съдържащи сяра, са способни да преминават и през плацентата в двете посоки. Тази способност за преминаване в двете посоки е от съществено значение както за поддържане на адекватно снабдяване на плода със сяра, така и за предотвратяване на вредни излишъци.

Сярата преминава и през кръвно-мозъчната бариера под формата на цистин, който впоследствие се разгражда до сулфат в мозъчната среда.

Метаболизъм и съхранение на сярата

Тъй като сярата обикновено се приема с храната под формата на по-сложни молекули, тя се метаболизира или разгражда на по-прости молекули в организма.

Като цяло сярата се метаболизира чрез окисляване на сярата под формата на сулфиди S2- (в тази форма тя присъства в по-сложни органични съединения) до сулфити SO32- и по-нататък до сулфати SO42-.

Сулфатите могат да се съхраняват в тъканите, свързани с аскорбат, като по този начин се образуват запаси от сяра. Тези запаси от сяра обаче са много малки. Впоследствие сярата се освобождава от свързването ѝ с аскорбат чрез ензими в зависимост от нуждите на организма.

Метаболизмът на метионина протича чрез серия от процеси, които се контролират от ензими. Крайният резултат от неговия метаболизъм е образуването на сулфат.

В допълнение към сулфата обаче по време на метаболизма му се образуват хомоцистеин, цистатион, цистин, таурин, а също и цистеин. Това са продуктите на метаболизма на метионина.

Цистеинът не е незаменима аминокиселина. Следователно източник на цистеин е не само самата храна, но може да се образува и в организма благодарение на метионина.

Самите молекули на цистеина и метионина не се съхраняват в организма. Тяхната съдба е такава, че се окисляват до неорганични сулфати или се свързват с глутатион (трипептид, съставен от три аминокиселини, който има силни антиоксидантни свойства).

Екскреция

Сярата и нейните съединения се отделят от организма главно с урината.

Всеки ден хората отделят с урината общо около 1,3 g. Ако приемът на сяра с храната е по-висок, делът на отделената сяра се увеличава.

Сярата се отделя в урината под формата на органични естери (около 15 %). Останалата загуба на обем е под формата на сулфати.

Степента на отделяне на сяра от белите дробове се влияе и от нивото на витамин D в организма.

Другите пътища за отделяне на сяра, например фекалиите, са незначителни (< 0,5 mmol/ден).

Какви са последиците от отклонението от физиологичните нива на сяра?

Както и при другите минерали или микроелементи, важно е да се поддържат нива на сяра, които са полезни и безопасни за организма.

Патологичните последици от недостига на сяра само в човешкия организъм не са дефинирани и поради това не са известни.

Някои източници съобщават, че при пациенти с дефект в специфични носители на сяра са се появили мозъчни нарушения и увреждания на съединителната тъкан.

Прекалено високите нива на сяра в организма могат да причинят загуба на минерали от костите и впоследствие да увеличат риска от остеопороза.

Излагането на високи дози сяра може да предизвика астматични пристъпи и кожни алергични реакции като копривна треска.

Сярата има и много токсични за хората съединения. Пример за това е серният диоксид.

Излагането на организма на тези съединения, например под формата на замърсяване на въздуха, причинява възпаление на горните дихателни пътища, стесняване на дихателните пътища и белодробни заболявания.

Основният и най-голям източник на сяра е приемът с храната под формата на сяросъдържащите аминокиселини метионин и цистеин.

Поради това симптомите на техния недостиг или излишък могат да бъдат отчасти свързани със сярата.

Основната причина за недостиг на метионин и цистеин в организма е значително ниският прием на белтъчини с храната. Освен ако няма свързан проблем с усвояването или метаболизма на тези две аминокиселини, недостигът може да бъде преодолян чрез увеличаване на техния прием.

Познати са обаче и вродени дефекти в усвояването или метаболизма на тези аминокиселини. По този начин техните прекомерни или недостатъчни нива в организма не зависят пряко от хранителния прием.

Вродените дефекти на усвояването включват например различни малабсорбции.

Метаболитните нарушения включват нарушения във функцията на различни ензими, участващи в метаболизма на метионина и цистеина. Това в крайна сметка води до натрупване или липса на техни метаболити в организма.

Като цяло тези нарушения се проявяват главно чрез:

• нарушена умствена функция
• забавено развитие на индивида
• нарушения в припадъците
• двигателни нарушения
• кръвни нарушения, като недостиг на червени кръвни клетки и тромбоцити
• прекомерно натрупване на определени метаболити в урината
• образуване на камъни в бъбреците и урината

Важно нарушение, свързано с нарушен метаболизъм на сяросъдържащите аминокиселини, е нарушението, наречено хомоцистинурия.

То възниква в резултат на недостатъчна функция на ензима цистатионин синтаза, който улеснява превръщането на хомоцистеина в сяра.

По този начин хомоцистеинът се натрупва в големи количества в кръвта и причинява здравословни проблеми. Той също така се отделя в големи количества с урината.

Тъй като хомоцистеинът е прекурсор за образуването на цистеин, неговото производство е намалено при това заболяване.

Хомоцистинурията причинява увреждане на очите (късогледство, помътняване и изместване на лещата), увреждане на костите (остеопороза, сколиоза, фрактури) или нарушения на нервната система (забавено развитие, интелектуална недостатъчност, психологически разстройства).

Хомоцистеинът също така има важен принос за сърдечносъдовите заболявания, по-конкретно за дълбоката венозна тромбоза, белодробната емболия или инсулта.

Някои проучвания свързват метионина и с развитието на някои видове рак. Това е така, защото растежът на някои ракови клетки показва зависимост от тази аминокиселина.