Ką mes žinome ir kur kūne tai randama?

Ką žinome apie sierą ir kokios jos savybės?

Siera yra svarbus neorganinis elementas. Ji dažnai aptinkama mūsų aplinkoje - atmosferoje, vandenyje ar dirvožemyje. Ji taip pat yra svarbi biologinių sistemų - augalų, gyvūnų ir žmonių - sudedamoji dalis.

Ji žinoma cheminiu simboliu S, kuris kilęs iš lotyniškojo sieros pavadinimo.

Siera yra periodinės cheminių elementų lentelės 16 grupės elementas, esantis 3 periode.

Pavadinimas kilęs iš graikiškų žodžių chalkos (rūdos) ir gennaó (formuoti).

Todėl jų pavadinimas rodo, kad jie yra rūdiniai ir dažniausiai pasitaiko rūdų pavidalu.

Elementinė siera kambario temperatūroje yra trapi kristalinė kieta medžiaga. Ji yra šviesiai geltonos spalvos, bekvapė ir beskonė.

Ji yra nemetalinis elementas. Ji negali praleisti elektros srovės, netirpsta vandenyje, bet tirpsta organiniuose tirpikliuose.

Jis yra gana reaktyvus ir jungiasi su daugeliu elementų. Jis dega būdinga mėlyna liepsna, sudarydamas sieros dioksidą, kuris jau turi dirginantį ir dusinantį kvapą.

Siera gali sudaryti daug daugiaatomių molekulių kietoje, skystoje ir dujinėje terpėje, t. y. ji turi daug formų.

Pagrindinės cheminės ir fizikinės informacijos apie sierą lentelė

Tai dešimtas pagal paplitimą elementas visatoje.

Natūraliuoju pavidalu jis pasitaiko rečiau. Daug dažniau aptinkamas junginiuose, kuriuose jis daugiausia yra sulfidų (S2-) arba sulfatų (SO42-) pavidalu.

Jis yra požeminių telkinių sudedamoji dalis - kaip sulfidinė rūda (gryna forma), kaip įvairūs mineralai, kaip karštųjų šaltinių ir geizerių dalis ir iškastinio kuro (naftos, gamtinių dujų, anglies) sudėtyje.

Jis taip pat labai dažnai aptinkamas vulkaninėse vietovėse savo elementine forma.

Geriausiai žinomi sulfidiniai mineralai yra piritas (FeS2), cinoberitas (HgS), galenitas (PbS), sfaleritas (ZnS) arba antimonitas (Sb2S3). Geriausiai žinomi sulfatiniai mineralai yra gipsas (CaSO4), celestinas (SrSO4) arba baritas (BaSO4).

Siera žinoma nuo priešistorinių laikų dėl to, kad egzistuoja grynu pavidalu. Priešistoriniai žmonės naudojo sierą kaip pigmentą olų tapybai, ji buvo naudojama Egipto religijų apeigose. Ji taip pat minima Biblijoje - dėl pragaro ugnies, kurią kurstė siera.

Praktiškai siera pradėta naudoti Egipte, kur ji buvo naudojama medvilnei balinti, arba Kinijoje, kur ji įėjo į sprogmenų sudėtį.

Sierą kaip elementą 1777 m. atrado prancūzų chemikas Antuanas Lavoizjė, tačiau tik 1809 m. buvo įrodyta, kad ji yra cheminis elementas.

Šiandien siera daugiausia naudojama (iki 85 % viso kiekio) sieros rūgščiai gaminti, kuri vėliau naudojama, pavyzdžiui, trąšoms, pigmentams, sprogmenims, naftos produktams, baterijoms ir akumuliatoriams gaminti.

Siera taip pat naudojama popieriaus, dažiklių, degtukų, vabzdžių ir pelėsių naikinimo priemonių gamyboje, kaip baliklis, konservantas, antioksidantas arba kaip vaistų (pavyzdžiui, antibiotikų, anestetikų, nuskausminamųjų, skausmą malšinančių vaistų, vaistų nuo opaligės, emetiko ar širdies ligoms gydyti) sudedamoji dalis.

Koks sieros vaidmuo organizme?

Sieros žmogaus organizme beveik visada yra kaip sudėtingesnių molekulių dalies. Laisvos formos jos nebūna.

Šios molekulės, kurių nepakeičiama dalis yra siera, atlieka svarbų vaidmenį daugelyje fiziologinių procesų. Jos būtinos sveikatai ir tinkamam organizmo funkcionavimui.

Daugiausia sieros yra sudėtinguose organiniuose junginiuose, pavyzdžiui, aminorūgštyse, baltymuose, fermentuose ar vitaminuose. Šiuose junginiuose siera būna įvairios konfigūracijos.

Labiausiai paplitusios aminorūgštys, kurių struktūroje yra sieros, yra metioninas, cisteinas, homocisteinas ir taurinas. Kitos yra cistinas, cistationas arba cistino rūgštis.

Daugiausia sieros iš viso organizme esančio sieros kiekio yra baltymuose, kurių statybinės medžiagos yra sieros turinčios aminorūgštys.

Iš vitaminų svarbiausi yra tiaminas (vitaminas B1) ir biotinas (vitaminas B7). Sieros taip pat yra kituose organiniuose junginiuose, pavyzdžiui, lipoinėje rūgštyje, kofermente A, glutatione, chondroitino sulfate, heparine, estrogenuose ar fibrinogene.

Pagrindinės biologinės sieros funkcijos, nesvarbu, ar ji yra atskira, ar sudėtingesnių molekulių dalis, yra šios:

• Ji yra aminorūgščių, vitaminų ir kitų svarbių organinių junginių sudedamoji dalis.
• Ji dalyvauja baltymų struktūroje ir veikloje (per aminorūgštis kaip pagrindines baltymų sudedamąsias dalis).
• Turi įtakos fermentų funkcijai ir medžiagų apykaitos procesams.
• Skatina plaukų, nagų, odos ir kremzlių stiprumą ir atsparumą.
• Turi antioksidacinį poveikį.
• Turi antimikrobinį ir priešgrybelinį poveikį.
• Turi teigiamą poveikį smegenų ir nervų vystymuisi ir funkcijai.
• Turi įtakos hormonų funkcijai.
• Naudojant išoriškai, lėtina odos ląstelių formavimąsi ir dauginimąsi (šis poveikis naudojamas gydant įvairias odos ligas).

Svarbiausi sieros šaltiniai organizmui

Svarbiausias sieros šaltinis žmogui yra maistas. Su maistu siera pasisavinama sudėtingesnių junginių (daugiausia aminorūgščių ir vitaminų) arba paprastesnių junginių - sulfitų ar sulfatų pavidalu.

Daugelis sieros junginių yra toksiški žmonėms (pvz., vandenilio sulfidas) ne tik vartojant per burną, bet ir įkvepiant.

Todėl yra tik nedaug sieros junginių, kurie yra saugūs ir reikalingi žmogaus organizmui.

Didžiausią su maistu gaunamos sieros dalį sudaro dvi aminorūgštys - metioninas ir cisteinas. Šių aminorūgščių yra tiek augalinės, tiek gyvūninės kilmės baltymuose.

Metioninas yra nepakeičiamoji aminorūgštis, kurios organizmas pats pasigaminti negali, todėl esame priklausomi nuo jo kiekio, gaunamo su maistu.

Cisteino atveju situacija kiek kitokia. Tai nėra nepakeičiamoji aminorūgštis, nes cisteinas organizme susidaro vykstant metionino apykaitai.

Fiziologinis cisteino poreikis patenkinamas ne tik su maistu gaunant cisteino, bet ir su maistu gaunant daugiau metionino, kuris vėliau metabolizuojamas į cisteiną.

Žmogaus paros sieros poreikis yra patenkinamas, jei su maistu suvartojama apie 13 mg/kg šių aminorūgščių.

Mitybos požiūriu vien metioninas taip pat gali aprūpinti organizmą visu jam reikalingu sieros kiekiu.

Siera į organizmą taip pat patenka su maiste esančiais neorganiniais junginiais, t. y. sulfatais arba sulfitais, tačiau jie yra tik nereikšmingas sieros šaltinis organizmui.

Jų absorbcija virškinimo trakte yra maža, todėl jie retai įtraukiami į reikiamą sieros paros normą.

Gyvūninės kilmės maisto produktai, kuriuose gausu sieros, yra gyvulinės kilmės baltymai, kiaušiniai, pieno produktai, mėsa, žuvis ir jūros gėrybės.

Iš augalinių maisto produktų svarbiausios yra daržovės (svogūnai, česnakai, porai, laiškiniai česnakai, kopūstai, gūžiniai kopūstai, žiediniai kopūstai, brokoliai, krienai, garstyčios, krienai, ridikėliai), vaisiai (avietės), riešutai ir kviečių gemalai.

Sieros taip pat yra mineraliniuose vandenyse arba nedideliais kiekiais vandentiekio vandenyje.

Kai kuriuose baltyminiuose maisto produktuose siera gali turėti būdingą kvapą, kuris primena supuvusių kiaušinių kvapą.

Nėra nustatytų sieros ir optimalaus jos paros suvartojimo rekomendacijų. Vartojant pakankamą kiekį sieros turinčių aminorūgščių, užtikrinamas pakankamas ir būtinas sieros kiekis tinkamam organizmo funkcionavimui.

Maisto pramonėje taip pat galime pastebėti, kad perdirbimo metu į maisto produktus sąmoningai pridedama sieros.

Tai - sulfitų, kurie maisto produktuose veikia kaip konservantai, antioksidantai arba balikliai, pridėjimas.

Paprastai sulfitų dedama į maisto produktus, pvz:

• žalius, perdirbtus, šaldytus, džiovintus ar konservuotus vaisius ir daržoves, sultis, uogienes, marmeladus ar užtepėles
• konditerijos gaminius, sirupus ir saldiklius
• grūdai ir grūdų produktai, riešutai
• Mėsos produktai
• Žuvis ir jūros gėrybės
• Žolelės ir prieskoniai
• Alus, vynas, alkoholis ir aromatizuoti gėrimai

Leidžiamų naudoti maisto priedų sąrašas lentelėje

Sulfitų taip pat yra daugelio vaistų ar maisto papildų sudėtyje.

Siera - nuo suvartojimo iki išsiskyrimo

Įsisavinimas

Kaip jau minėta, beveik visa siera į organizmą patenka per dvi aminorūgštis - metioniną arba cisteiną.

Metionino atveju pagrindinė absorbcijos vieta yra plonoji žarna. Čia metioniną absorbuoja specifiniai pernešėjai.

Metioninas yra viena iš aminorūgščių, kurios virškinamajame trakte absorbuojamos greičiausiai.

Absorbuojamo metionino dalis yra santykinai didelė, tačiau maždaug 20-30 % jo kiekio absorbuojant metabolizuojama tiesiogiai, susidarant sulfatams.

Cisteinas absorbuojamas plonosios žarnos aplinkoje, taip pat per specifinius nuo energijos priklausomus pernešėjus.

Neorganinių sieros junginių virškinimo trakte, t. y. su maistu pasisavintų arba dėl aminorūgščių apykaitos susidariusių sulfatų ar sulfitų, absorbcija yra maža.

Dauguma sulfatų iki 1 g absorbuojama plonojoje ir storojoje žarnoje. Absorbcija vyksta per natrio sulfato pernešėją.

Pasiskirstymas

Sulfatai yra ketvirti pagal gausumą žmogaus kraujyje esančių anijonų sąraše.

Jų koncentracija šlapime yra apie 300 µmol/l. Su maistu vartojami sulfatai arba sieros turinčios aminorūgštys kartais padidina jų kiekį du kartus.

Įprastinė sulfitų koncentracija kraujyje yra 5 µmol/l, tačiau ji gali būti 0-10 µmol/l etaloniniame intervale.

Atliekant standartinius kraujo tyrimus, sieros ar jos junginių kiekis nenustatomas.

Siera iš kraujo į organizmo audinius ir ląsteles pernešama kelių rūšių pernešėjais.

Sulfatai arba aminorūgštys, kurių sudėtyje yra sieros, taip pat gali patekti per placentą abiem kryptimis. Ši galimybė patekti abiem kryptimis yra labai svarbi, kad vaisius būtų pakankamai aprūpintas siera ir būtų išvengta žalingo jos pertekliaus.

Siera taip pat patenka per kraujo-smegenų barjerą cistino pavidalu, kuris vėliau smegenų aplinkoje suskaidomas iki sulfato.

Sieros metabolizmas ir saugojimas

Kadangi su maistu siera paprastai gaunama sudėtingesnių molekulių pavidalu, organizme ji metabolizuojama arba skaidoma į paprastesnes molekules.

Apskritai siera metabolizuojama oksiduojant sierą sulfidų S2- pavidalu (šiuo pavidalu jos yra sudėtingesniuose organiniuose junginiuose) iki sulfitų SO32- ir toliau iki sulfatų SO42-.

Sulfatai gali būti kaupiami audiniuose, susijungę su askorbatu, taip sudarant sieros atsargas. Tačiau šios sieros atsargos yra labai mažos. Vėliau siera iš susijungimo su askorbatu, atsižvelgiant į organizmo poreikius, atpalaiduojama fermentais.

Metionino apykaita vyksta vykstant procesams, kuriuos kontroliuoja fermentai. Galutinis jo apykaitos rezultatas yra sulfato susidarymas.

Tačiau, be sulfato, jo apykaitos metu susidaro homocisteinas, cistationas, cistinas, taurinas, taip pat cisteinas. Tai metionino apykaitos produktai.

Cisteinas nėra nepakeičiamoji aminorūgštis. Todėl cisteino šaltinis yra ne tik pats maistas, bet jis gali susidaryti ir organizme dėl metionino.

Pačios cisteino ir metionino molekulės organizme nekaupiamos. Jų likimas toks, kad jos oksiduojasi iki neorganinių sulfatų arba jungiasi su glutationu (tripeptidu, sudarytu iš trijų aminorūgščių ir pasižyminčiu stipriomis antioksidacinėmis savybėmis).

Išskyrimas

Siera ir jos junginiai iš organizmo daugiausia išsiskiria su šlapimu.

Kiekvieną dieną žmogus su šlapimu išskiria iš viso apie 1,3 g sieros. Jei su maistu suvartojama daugiau sieros, išskiriamos sieros dalis padidėja.

Siera su šlapimu išsiskiria organinių esterių pavidalu (apie 15 %). Likęs prarastas kiekis išsiskiria sulfatų pavidalu.

Sieros išsiskyrimo iš plaučių greičiui turi įtakos ir vitamino D kiekis organizme.

Kiti sieros išsiskyrimo būdai, pvz., išmatos, yra nereikšmingi (< 0,5 mmol per dieną).

Kokios yra nukrypimo nuo fiziologinio sieros kiekio pasekmės?

Kaip ir kitų mineralų ar mikroelementų atveju, svarbu palaikyti tokį sieros kiekį, kuris būtų naudingas ir saugus organizmui.

Patologinės vien tik sieros trūkumo žmogaus organizme pasekmės nenustatytos, todėl nežinomos.

Kai kuriuose šaltiniuose nurodoma, kad pacientams, turintiems specifinių sieros nešiklių defektą, pasireiškė smegenų sutrikimų ir jungiamojo audinio pažeidimų.

Pernelyg didelis sieros kiekis organizme gali sukelti mineralų netekimą iš kaulų ir vėliau padidinti osteoporozės riziką.

Didelių sieros dozių poveikis gali sukelti astmos priepuolius ir odos alergines reakcijas, pavyzdžiui, dilgėlinę.

Siera taip pat turi daug žmogui toksiškų junginių. Pavyzdžiui, sieros dioksidas.

Šių junginių poveikis organizmui, pavyzdžiui, oro taršos pavidalu, sukelia viršutinių kvėpavimo takų uždegimą, kvėpavimo takų susiaurėjimą ir plaučių ligas.

Pagrindinis ir didžiausias sieros šaltinis yra su maistu gaunamos sieros turinčios aminorūgštys metioninas ir cisteinas.

Todėl jų trūkumo ar pertekliaus simptomai iš dalies gali būti siejami su siera.

Pagrindinė metionino ir cisteino trūkumo organizme priežastis yra labai mažas su maistu gaunamų baltymų kiekis. Jei nėra su šių dviejų aminorūgščių įsisavinimu ar metabolizmu susijusių problemų, trūkumą galima pašalinti padidinus jų suvartojimą.

Tačiau yra žinomi ir įgimti šių aminorūgščių įsisavinimo ar metabolizmo defektai. Taigi jų per didelis ar nepakankamas kiekis organizme tiesiogiai nepriklauso nuo jų suvartojimo su maistu.

Įgimtos absorbcijos ydos yra, pavyzdžiui, įvairios malabsorbcijos.

Metaboliniai sutrikimai apima įvairių fermentų, dalyvaujančių metionino ir cisteino apykaitoje, funkcijos sutrikimus. Tai galiausiai lemia jų metabolitų kaupimąsi arba jų nebuvimą organizme.

Apskritai šie sutrikimai pirmiausia pasireiškia:

• sutrikusia psichine funkcija
• vėluojančiu asmens vystymusi
• traukuliais
• judesių sutrikimai
• kraujo sutrikimai, pavyzdžiui, raudonųjų kraujo kūnelių ir trombocitų trūkumas
• per didelis tam tikrų metabolitų kaupimasis šlapime
• inkstų ir šlapimo akmenų susidarymas

Svarbus sutrikimas, susijęs su sutrikusia sieros turinčių aminorūgščių apykaita, yra sutrikimas, vadinamas homocistinurija.

Ji atsiranda dėl nepakankamos fermento cistationino sintazės, kuri palengvina homocisteino virtimą siera, funkcijos.

Todėl homocisteinas dideliais kiekiais kaupiasi kraujyje ir sukelia sveikatos sutrikimų. Taip pat dideliais kiekiais išsiskiria su šlapimu.

Kadangi homocisteinas yra cisteino susidarymo pirmtakas, sergant šia liga jo gamyba sumažėja.

Homocistinurija sukelia akių pažeidimus (trumparegystė, lęšiuko drumstėjimas ir poslinkis), kaulų pažeidimus (osteoporozė, skoliozė, lūžiai) ar nervų sistemos sutrikimus (sulėtėjęs vystymasis, intelekto sutrikimai, psichologiniai sutrikimai).

Homocisteinas taip pat yra svarbus širdies ir kraujagyslių ligų, ypač giliųjų venų trombozės, plaučių embolijos ar insulto, sukėlėjas.

Kai kuriais tyrimais metioninas taip pat siejamas su tam tikrų vėžinių susirgimų vystymusi. Taip yra todėl, kad kai kurių vėžinių ląstelių augimas rodo priklausomybę nuo šios aminorūgšties.