Dôležitosť SÍRY pre človeka? Čo vieme a kde v organizme sa nachádza?

Čo vieme o síre a aké sú jej vlastnosti?

Síra je významný anorganický prvok bežne sa vyskytujúci v našom okolí, a to v atmosfére, vodách alebo pôde. Zároveň je dôležitou súčasťou biologických systémov – rastlín, živočíchov a tiež človeka.

Je známa pod chemickou značkou S, ktorá je odvodená od latinského pomenovania sulphur.

Síra patrí medzi prvky 16. skupiny periodickej tabuľky chemických prvkov a nachádza sa v 3. perióde.

Zaraďujeme ju medzi chemické prvky nazývané chalkogény. Názov pochádza z gréckych slov „chalkos" (ruda) a „gennaó" (tvoriť).

Z ich pomenovania teda vyplýva, že sú rudotvorné a vyskytujú sa prevažne vo forme rúd.

Elementárna síra je pri izbovej teplote krehká kryštalická látka pevného skupenstva. Má svetložltú farbu a je bez zápachu a chuti.

Ide o nekovový prvok. Nie je schopná viesť elektrický prúd, je nerozpustná vo vode, ale rozpúšťa sa naopak v organických rozpúšťadlách.

Je pomerne reaktívna, zlučuje sa s mnohými prvkami. Horí charakteristickým modrým plameňom pričom vzniká oxid siričitý, ktorý má už dráždivý a dusivý zápach.

Síra je v pevnom, kvapalnom ale aj plynnom skupenstve schopná vytvárať mnohé viacatómové molekuly, tzn. má veľa foriem.

Tabuľkový prehľad základných chemických a fyzikálnych informácií o síre

Predstavuje desiaty najčastejšie sa vyskytujúci prvok vo vesmíre.

V menšej miere ju môžeme nachádzať v prirodzenej elementárnej forme, oveľa frekventovanejšie sa stretávame s jej zlúčeninami, v ktorých sa nachádza najmä v podobe sulfidov (S^2-) alebo síranov (SO₄^2-).

Je súčasťou podzemných ložísk – ako sírová ruda (čistá forma), v podobe rôznych druhov minerálov, ako zložka horúcich prameňov a gejzírov, či fosílnych palív (ropa, zemný plyn, uhlie).

Veľmi často je prítomná aj v sopečných oblastiach, a to práve v elementárnej forme.

Najznámejšie sulfidové minerály sú pyrit (FeS₂), cinabarit (HgS), galenit (PbS), sfalerit (ZnS) alebo antimonit (Sb₂S₃). Najznámejšie síranové minerály sú sadrovec (CaSO₄), celestín (SrSO₄) alebo barit (BaSO₄).

Síra je známa už od prehistorických čias, a to vďaka jej existencii v čistej forme. Pravekí ľudia používali síru ako pigment na jaskynné maľby, v egyptských náboženstvách sa využívala pri obradoch, dokonca sa spomína v Biblii – v kontexte pekelných ohňov poháňaných sírou.

Využívanie síry na praktické účely začalo v Egypte, kde sa používala na bielenie bavlny, alebo v Číne, kde figurovala ako súčasť výbušnín.

Síra ako prvok bola rozpoznaná v roku 1777 francúzskym chemikom Antoine Lavoisierom. Skutočnosť, že sa jedná o chemický prvok bolo dokázané až v roku 1809.

V súčasnosti sa síra využíva hlavne (až 85 % z celkového množstva) na výrobu kysliny sírovej, ktorá následne nachádza uplatnenie napríklad pri výrobe hnojív, pigmentov, výbušnín, ropných produktov, batérií a akumulátorov.

Síra sa ďalej využíva pri výrobe papiera, farbív, zápaliek, prostriedkov na ničenie hmyzu alebo plesní, ale aj ako bieliaca či konzervačná látka, antioxidant, alebo je súčasťou liekov (napríklad antibiotiká, anestetiká, lieky proti bolesti, vracaniu alebo na liečbu srdcových ochorení).

Aká je úloha síry v organizme?

Síra je prítomná v ľudskom organizme takmer vždy ako súčasť zložitejších molekúl, tzn. nenachádzame ju vo voľnej forme.

Tieto molekuly, ktorých nenahraditeľnou zložkou je práve síra, zohrávajú dôležitú úlohu v mnohých fyziologických procesoch, tzn. sú nevyhnutné pre zdravie a správne fungovanie organizmu.

Najväčšie zastúpenie má síra v komplexných organických zlúčeninách ako sú aminokyseliny, proteíny, enzýmy alebo vitamíny. V nich nachádzame síru v podobe mnohých konfigurácií.

Medzi najbežnejšie aminokyseliny, ktoré vo svojej štruktúre obsahujú síru sú metionín, cysteín, homocysteín a taurín. Ďalej tiež cystín, cystatión alebo kyselina cysteová.

Najvyšší podiel síry z jej celkového množstva v organizme sa nachádza práve v bielkovinách, ktorých stavebnou jednotkou sú aminokyseliny obsahujúce síru.

Z vitamínov je to tiamín (vitamín B₁) a biotín (vitamín B₇). Síru tiež nachádzame v iných organických zlúčeninách ako kyselina lipoová, koenzým A, glutatión, chondroitín sulfát, heparín, estrogény alebo fibrinogén.

Medzi základné biologické funkcie síry, či už hovoríme o jej samostatnej forme alebo keď vystupuje ako súčasť zložitejších molekúl, zaraďujeme:

• Je stavebnou látkou pre aminokyseliny, vitamíny a iné dôležité organické zlúčeniny.
• Podieľa sa na stavbe a funkcii bielkovín (a to prostredníctvom aminokyselín ako základných stavebných jednotiek bielkovín).
• Ovplyvňuje funkciu enzýmov a metabolické procesy.
• Podporuje silu a pevnosť vlasov, nechtov, kože a tiež chrupaviek.
• Má antioxidačné pôsobenie.
• Má antimikrobiálne a protiplesňové účinky.
• Priaznivo vplýva na vývoj a funkciu mozgu a nervov.
• Má vplyv na funkciu hormónov.
• Pri vonkajšom použití spomaľuje tvorbu a množenie kožných buniek (tento účinok sa využíva na liečbu rôznych kožných ochorení).

Najdôležitejšie zdroje síry pre organizmus

Najvýznamnejším zdrojom síry pre človeka je potrava. Prostredníctvom nej je síra prijímaná formou zložitejších komplexných zlúčenín (najmä aminokyseliny a vitamíny), alebo v jednoduchšej podobe – v podobe síranov alebo siričitanov.

Mnohé zlúčeniny síry sú pre človeka toxické (napríklad sírovodík). Týka sa to nie len perorálneho podávania, ale aj ich príjem formou inhalovania.

Existuje teda len obmedzený počet zlúčenín síry, ktoré sú pre ľudské telo bezpečné a zároveň nevyhnutné.

Najväčší podiel síry prijímanej v potrave pochádza z dvoch aminokyselín – metionínu a cysteínu. Tieto aminokyseliny sú súčasťou bielkovín rastlinného aj živočíšneho pôvodu.

Metionín je esenciálna aminokyselina, ktorú organizmus nie je schopný tvoriť samostatne a sme odkázaní na jej príjem v potrave.

V prípade cysteínu je situácia trošku iná. Nejedná sa o esenciálnu aminokyselinu nakoľko cysteín vzniká v organizme v procese metabolizmu metionínu.

Fyziologická potreba cysteínu sa preto napĺňa nielen príjmom cysteínu v potrave, ale aj zvýšeným príjmom metionínu, ktorý sa následne metabolizuje na cysteín.

Denná potreba síry pre človeka je dostatočne pokrytá vtedy, ak sa v potrave príjme približne 13 mg/kg týchto aminokyselín.

Z pohľadu výživy dokáže metionín aj samostatne dodať telu všetku potrebnú síru.

Síra sa do organizmu dostáva aj prostredníctvom jej anorganických zlúčenín prítomných v potrave – a teda síranov alebo siričitanov. Tie sú však len zanedbateľným zdrojom síry pre organizmus.

Ich absorpcia v tráviacom trakte je nízka a preto sa málokedy započítavajú do požadovaného denného príjmu síry.

Potraviny živočíšneho pôvodu bohaté na obsah síry sú živočíšne bielkoviny, vajcia, mliečne výrobky, mäso, ryby a morské živočíchy.

Z rastlinných potravín je to najmä zelenina (cibuľa, cesnak, pór, pažítka, kapusta, kel, karfiol, brokolica, žerucha, horčica, chren, reďkovka), ovocie (maliny), orechy a pšeničné klíčky.

Síra sa nachádza aj v minerálnych vodách alebo v malých množstvách dokonca tiež v pitnej vode z vodovodného kohútika.

Síra môže mať v niektorých bielkovinových potravinách výrazne charakteristický zápach pripomínajúci skazené vajcia.

Pre síru a jej optimálny denný príjem nie sú definované žiadne odporúčania. Príjem dostatočného množstva aminokyselín obsahujúcich síru poskytuje adekvátne a potrebné množstvo síry pre správne fungovanie organizmu.

V potravinárskom priemysle sa môžeme stretávať tiež s úmyselným pridávaním síry do potravín pri ich spracovaní.

Ide o pridávanie siričitanov, ktoré v potravinách pôsobia ako konzervačné látky, antioxidanty alebo bieliace činidlá.

V súčasnosti je na Slovensku podľa platných zákonov dovolené pridávať siričitany do potravín, ako je:

• Ovocie a zelenina v nespracovanom, spracovanom, mrazenom, sušenom alebo konzervovanom stave, v šťavách, džemoch, marmeládach či nátierkach.
• Cukrovinky, sirupy a sladidlá
• Obilniny a výrobky z nich, orechy.
• Mäsové výrobky.
• Ryby a morské živočíchy.
• Bylinky, koreniny a ochucovadlá.
• Pivo, víno. alkohol a ochutené nápoje.

Tabuľkový zoznam povolených prídavných látok v potravinách

Siričitany sú taktiež súčasťou aj mnohých liekov alebo doplnkov výživy.

Síra – od prijatia až po vylučovanie

Absorpcia

Ako už bolo spomenuté, takmer všetka síra je prijímaná do organizmu prostredníctvom dvoch aminokyselín – metionínu alebo cysteínu.

V prípade metionínu je primárnym miestom absorpcie tenké črevo. Tu sa metionín vstrebáva za pomoci špecifických transportérov.

Metionín patrí medzi aminokyseliny s najvyššou mierou absorpcie v tráviacom trakte.

Podiel absorbovaného metionínu je pomerne vysoký, avšak približne 20 – 30 % jeho množstva sa metabolizuje už priamo počas absorpcie za vzniku síranov.

Cysteín sa vstrebáva v prostredí tenkého čreva a tiež prostredníctvom špecifických energeticky závislých transportérov.

Absorpcia anorganických zlúčenín síry v tráviacom trakte, tzn. síranov alebo siričitanov prijatých v potrave alebo vzniknutých metabolizmom aminokyselín, je nízka.

Väčšina síranov až do množstva 1 gramu sa vstrebáva v tenkom aj hrubom čreve. Absorpcia sa uskutočňuje prostredníctvom sodíkovo-síranového transportéra.

Distribúcia

Sírany patria v rebríčku najrozšírenejších aniónov v krvi človeka na štvrté miesto.

Ich koncentrácia nalačno je okolo 300 µmol/l. Príjem síranov alebo aminokyselín s obsahom síry v potrave zvyšuje ich hladinu niekedy až dvojnásobne.

Zvyčajná koncentrácia siričitanov v krvi má hodnotu 5 µmol/l, ale môže sa pohybovať v referenčnom rozsahu 0 – 10 µmol/l.

Pri štandardných vyšetreniach krvi sa hladina síry ani jej zlúčenín nestanovuje.

Z krvi sa síra dostáva do tkanív a buniek organizmu opäť prostredníctvom niekoľkých druhov transportérov.

Sírany alebo aminokyseliny s obsahom síry sú schopné prechádzať aj cez placentu a to v obidvoch smeroch. Táto schopnosť obojsmerného prechodu je nevyhnutná kvôli udržiavaniu jednak dostatočného prívodu síry k plodu ale zároveň sa tým predchádza vzniku škodlivého prebytku.

Síra prechádza tiež hematoencefalickou bariérou (bariéra medzi krvou a mozgom) v podobe cystínu, ktorý je následne v prostredí mozgu odbúravaný na sírany.

Metabolizmus síry a jej uchovávanie

Nakoľko je síra zvyčajne v potrave prijímaná v podobe zložitejších molekúl, v organizme dochádza k ich metabolizmu, resp. rozkladaniu na jednoduchšie molekuly.

Vo všeobecnosti prebieha metabolizmus síry tak, že síra vo forme sulfidov S^2- (v tejto podobe je prítomná v zložitejších organických zlúčeninách) je oxidovaná na siričitany SO₃^2- a ďalej na sírany SO₄^2-.

Sírany sa môžu uskladňovať v tkanivách vo väzbe na askorbát, a tak vytvárať zásoby síry. Takéto zásoby síry sú však len veľmi malé. Následne sa prostredníctvom enzýmov síra uvoľňuje z väzby na askorbát, v súlade s potrebami organizmu.

Metabolizmus metionínu prebieha radou procesov, ktoré sú riadené enzýmami. Konečným výsledkom jeho metabolizmu je vznik síranov.

Okrem síranov však v priebehu jeho látkovej premeny vzniká aj homocysteín, cystatión, cystín, taurín, a tiež aj cysteín – hovoríme, že ide o produkty metabolizmu metionínu.

Ako sme už spomínali, cysteín nie je esenciálnou aminokyselinou. Zdrojom cysteínu preto nie len samotná potrava, dokáže sa tvoriť aj v organizme vďaka metionínu.

Samotné molekuly cysteínu a metionínu sa v tele neuskladňujú. Ich osud je taký, že sa zoxidujú až na anorganické sírany alebo sa viažu na glutatión (tripeptid tvorený tromi aminokyselinami, ktorý má silné antioxidačné účinky).

Vylučovanie

Primárnou cestou vylučovania síry a jej zlúčenín z organizmu je jej vylučovanie močom.

Denne človek vylúči prostredníctvom obličiek a teda močom celkovo približne 1,3 g síry. Ak je jej príjem v potrave vyšší, zvyšuje sa aj podiel vylúčeného množstva.

Síra sa vylučuje močom vo forme organických esterov (asi 15 %) a zvyšné väčšinové straty sú vo forme síranov.

Mieru vylučovania síry cez obličky ovplyvňuje aj hladina vitamínu D v organizme.

Iné cesty eliminácie síry, napríklad cez stolicu, sú zanedbateľné (< 0,5 mmol/deň).

Čo je následkom odchýlky od fyziologickej hladiny síry?

Rovnako ako je to pri iných mineráloch alebo stopových prvkoch, aj v prípade síry je dôležité udržiavať jej hladinu na takých hodnotách, ktoré sú pre organizmus prospešné a zároveň bezpečné.

Chorobné následky nedostatku samotnej síry v ľudskom tele neboli definované a preto nie sú známe.

Niektoré zdroje uvádzajú, že u pacientov s poruchami špecifických transportérov na prenos síry sa vyskytovali poruchy mozgu a poškodenie spojivových tkanív.

Nadmerne vysoká hladina síry v organizme môže spôsobiť stratu minerálov z kostí a následne zvýšiť riziko vzniku osteoporózy.

Expozícia vysokým dávkam síry môže vyvolať astmatický záchvat a kožné alergické reakcie, ako je žihľavka.

Síra má taktiež veľa zlúčenín, ktoré sú pre človeka toxické. Príkladom je oxid siričitý.

Pôsobenie týchto zlúčenín na organizmus, napríklad v podobe znečisteného ovzdušia, spôsobuje zápaly horných dýchacích ciest, zúženie dýchacích ciest a ochorenia pľúc.

Ako už bolo spomenuté, hlavným a najväčším zdrojom síry je jej príjem v potrave v podobe aminokyselín obsahujúcich síru – metionínu a cysteínu.

Preto príznaky ich deficitu alebo nadbytku môžeme čiastočne vztiahnuť aj na síru.

Základnou príčinou nedostatku metionínu a cysteínu v organizme je významne nízky príjem bielkovín v potrave. Ak neexistuje žiadny pridružený problém so vstrebávaním alebo metabolizmom týchto dvoch aminokyselín, deficit sa dá riešiť zvýšením ich dodávky.

Poznáme však aj vrodené defekty absorpcie alebo metabolizmu týchto aminokyselín, tzn. ich nadmerná alebo nedostatočná hladina v organizme nie je priamo závislá od príjmu potravy.

Medzi vrodené poruchy vstrebávania zaraďujeme napríklad rôzne malabsorpcie.

Medzi poruchy metabolizmu zas narušenú funkciu rôznych enzýmov podieľajúcich sa na látkovej premene metionínu a cysteínu – čo v konečnom dôsledku vedie k hromadeniu alebo chýbaniu ich metabolitov v tele.

Vo všeobecnosti sa tieto poruchy prejavujú najmä:

• poruchou mentálnych funkcií,
• oneskoreným vývojom jedinca,
• záchvatovými stavmi,
• pohybovými poruchami,
• poruchami krvi, ako je nedostatok červených krviniek a krvných doštičiek,
• nadmerným hromadením niektorých metabolitov v moči,
• tvorbou obličkových a močových kameňov.

Významnou poruchou súvisiacou s narušeným metabolizmom aminokyselín obsahujúcich síru je porucha nazývaná homocystinúria.

Vzniká v dôsledku nedostatočnej funkcie enzýmu cystationín-syntáza, ktorý napomáha premene homocysteínu na síru.

Homocysteín sa tak hromadí v krvi vo veľkých množstvách a spôsobuje zdravotné ťažkosti. Zároveň sa vo veľkých množstvách vylučuje aj do moču.

Nakoľko je homocysteín prekurzorom pre vznik cysteínu, pri tomto ochorení dochádza k jeho zníženej tvorbe.

Homocystinúria je príčinou poškodenia očí (krátkozrakosť, zákaly a posunutie očnej šošovky), poškodenia kostí (osteoporóza, skolióza, zlomeniny) alebo tiež porúch nervového systému (oneskorený vývoj, mentálne postihnutie, psychické poruchy).

Homocysteín je tiež významným faktorom prispievajúcim k vzniku srdcovo-cievnych ochorení, a to hlbokej žilovej trombózy, pľúcnej embólie alebo cievnej mozgovej príhody.

Niektoré štúdie dávajú metionín do súvisu tiež so vznikom niektorých druhov nádorových ochorení. Je to z toho dôvodu, že rast niektorých nádorových buniek vykazuje závislosť práve od tejto aminokyseliny.

Zdroje údajov v anglickom jazyku

• pubchem.ncbi.nlm.nih.gov - Sulfur
• ncbi.nlm.nih.gov - Are we getting enough sulfur in our diet? Marcel E Nimni, Bo Han, Fabiola Cordoba
• ncbi.nlm.nih.gov - Sulfur containing amino acids and human disease, Danyelle M. Townsend, Kenneth D. Tew, Haim Tapiero
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Sulfur: its clinical and toxicologic aspects, Lioudmila A Komarnisky, Robert J Christopherson, Tapan K Basu
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Disease prevention and delayed aging by dietary sulfur amino acid restriction: translational implications, Zhen Dong, Raghu Sinha, John P Richie Jr
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - The sulfur-containing amino acids: an overview, John T Brosnan, Margaret E Brosnan
• sciencedirect.com - Chapter 11 - Minerals and Trace Elements, Martin Kohlmeier
• iubmb.onlinelibrary.wiley.com - Gastrointestinal methionine shuttle: Priority handling of precious goods, Lucia Mastrototaro, Gerhard Sponder, Behnam Saremi, Jörg R. Aschenbach

Zdroje údajov v slovenskom jazyku

• eur-lex.europa.eu - NARIADENIE EURÓPSKEHO PARLAMENTU A RADY (ES) č. 1333/2008 o prídavných látkach v potravinách