Význam síry pro člověka? Co víme a kde v těle se nachází?

Co víme o síře a jaké jsou její vlastnosti?

Síra je důležitý anorganický prvek. Běžně se vyskytuje v našem životním prostředí, ať už v atmosféře, vodách, nebo půdě. Je také důležitou součástí biologických systémů – rostlin, živočichů i člověka.

Je známá pod chemickou značkou S, která je odvozena z latinského názvu sulphur.

Síra je prvek 16. skupiny periodické tabulky chemických prvků a nachází se ve 3. periodě.

Řadí se mezi chemické prvky zvané chalkogeny. Název pochází z řeckých slov chalkos (ruda) a gennaó (tvořit).

Jejich název tedy naznačuje, že jsou rudotvorné a vyskytují se převážně ve formě rud.

Elementární síra je při pokojové teplotě křehká krystalická pevná látka. Má světle žlutou barvu, je bez zápachu a chuti.

Je to nekovový prvek. Není schopna vést elektrický proud, je nerozpustná ve vodě, ale naopak se rozpouští v organických rozpouštědlech.

Je poměrně reaktivní a slučuje se s mnoha prvky. Hoří charakteristickým modrým plamenem za vzniku oxidu siřičitého, který již má dráždivý a dusivý zápach.

Síra je schopna tvořit mnoho mnohoatomových molekul v pevném, kapalném i plynném stavu, tj. má mnoho forem.

Tabulkový přehled základních chemických a fyzikálních informací o síře

Je desátým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru.

V menší míře se vyskytuje ve své přirozené elementární formě. Mnohem častěji se vyskytuje ve sloučeninách, v nichž se vyskytuje především jako sulfidy (S2-) nebo sírany (SO42-).

Je součástí podzemních ložisek – jako sirná ruda (čistá forma), ve formě různých druhů minerálů, jako součást horkých pramenů a gejzírů a ve fosilních palivech (ropa, zemní plyn, uhlí).

Velmi často se vyskytuje také ve vulkanických oblastech, a to právě ve své elementární formě.

Nejznámějšími sulfidickými minerály jsou pyrit (FeS2), cinabarit (HgS), galenit (PbS), sfalerit (ZnS) nebo antimonit (Sb2S3). Nejznámějšími sulfátovými minerály jsou sádrovec (CaSO4), celestin (SrSO4) nebo baryt (BaSO4).

Síra je díky své existenci v čisté formě známa již od pravěku. Pravěcí lidé používali síru jako pigment pro jeskynní malby, používala se při obřadech v egyptských náboženstvích. Je o ní zmínka i v Bibli – v souvislosti s pekelnými ohni, které síra podněcovala.

Praktické využití síry začalo v Egyptě, kde se používala k bělení bavlny, nebo v Číně, kde byla součástí výbušnin.

Síru jako prvek objevil v roce 1777 francouzský chemik Antoine Lavoisier. Skutečnost, že se jedná o chemický prvek, byla prokázána až v roce 1809.

V současné době se síra používá především (až 85 % celkového množství) k výrobě kyseliny sírové, která se pak používá například při výrobě hnojiv, pigmentů, výbušnin, ropných produktů, baterií a akumulátorů.

Síra se dále používá při výrobě papíru, barviv, zápalek, prostředků na hubení hmyzu a plísní, jako bělicí činidlo, konzervační prostředek, antioxidant nebo jako součást léků (např. antibiotik, anestetik, léků proti bolesti, antiemetik, emetik nebo k léčbě srdečních onemocnění).

Jaká je úloha síry v organismu?

Síra je v lidském těle téměř vždy přítomna jako součást složitějších molekul. Nevyskytuje se ve volné formě.

Tyto molekuly, jejichž je síra nenahraditelnou součástí, hrají důležitou roli v mnoha fyziologických procesech. Jsou nezbytné pro zdraví a správné fungování organismu.

Nejvíce síry je obsaženo ve složitých organických sloučeninách, jako jsou aminokyseliny, bílkoviny, enzymy nebo vitaminy. Síra se v těchto sloučeninách vyskytuje v mnoha konfiguracích.

Nejběžnější aminokyseliny, které obsahují síru ve své struktuře, jsou methionin, cystein, homocystein a taurin. Mezi další patří cystin, cystathion nebo kyselina cysteová.

Nejvyšší podíl síry z celkového množství síry v těle se nachází v bílkovinách, jejichž stavebními kameny jsou aminokyseliny obsahující síru.

Z vitaminů jsou nejdůležitější thiamin (vitaminB1) a biotin (vitaminB7). Síra se nachází také v dalších organických sloučeninách, jako je kyselina lipoová, koenzym A, glutathion, chondroitin sulfát, heparin, estrogeny nebo fibrinogen.

Mezi základní biologické funkce síry, ať už hovoříme o její samostatné formě, nebo když působí jako součást složitějších molekul, patří:

• Je stavební látkou pro aminokyseliny, vitaminy a další důležité organické sloučeniny.
• Podílí se na struktuře a funkci bílkovin (prostřednictvím aminokyselin jako základních stavebních jednotek bílkovin).
• Ovlivňuje funkci enzymů a metabolické procesy.
• Podporuje pevnost a odolnost vlasů, nehtů, kůže a chrupavek.
• Má antioxidační účinky.
• Má antimikrobiální a protiplísňové účinky.
• Má příznivý vliv na vývoj a funkci mozku a nervů.
• Má vliv na funkci hormonů.
• Při vnějším použití zpomaluje tvorbu a množení kožních buněk (tohoto účinku se využívá při léčbě různých kožních onemocnění).

Nejdůležitější zdroje síry pro organismus

Nejdůležitějším zdrojem síry pro člověka je potrava. Prostřednictvím ní je síra přijímána ve formě složitějších sloučenin (především aminokyselin a vitaminů) nebo v jednodušší formě – ve formě siřičitanů nebo síranů.

Mnohé sloučeniny síry jsou pro člověka toxické (např. sirovodík). To platí nejen při perorálním podání, ale i při jejich příjmu inhalací.

Existuje proto pouze omezený počet sloučenin síry, které jsou pro lidský organismus bezpečné a potřebné.

Největší podíl síry v potravě pochází ze dvou aminokyselin – methioninu a cysteinu. Tyto aminokyseliny jsou součástí bílkovin rostlinného i živočišného původu.

Metionin je esenciální aminokyselina, kterou si tělo nedokáže samo vytvořit. Proto jsme závislí na jejím příjmu ve stravě.

V případě cysteinu je situace poněkud odlišná. Nejedná se o esenciální aminokyselinu, protože cystein vzniká v těle v procesu metabolismu methioninu.

Fyziologická potřeba cysteinu je uspokojována nejen příjmem cysteinu ve stravě, ale také zvýšeným příjmem methioninu. Ten je následně metabolizován na cystein.

Denní potřeba síry u člověka je dostatečně pokryta, pokud je ve stravě přijímáno přibližně 13 mg/kg těchto aminokyselin.

Z výživového hlediska může methionin dodat tělu veškerou potřebnou síru také sám.

Síra se do těla dostává také prostřednictvím svých anorganických sloučenin přítomných ve stravě – tedy síranů nebo siřičitanů. Ty jsou však pro tělo jen zanedbatelným zdrojem síry.

Jejich vstřebávání v trávicím traktu je nízké, a proto se do potřebného denního příjmu síry zahrnují jen zřídka.

Potraviny živočišného původu bohaté na síru jsou živočišné bílkoviny, vejce, mléčné výrobky, maso, ryby a mořské plody.

Z rostlinných potravin je nejdůležitější zelenina (cibule, česnek, pórek, pažitka, zelí, kapusta, květák, brokolice, řeřicha, hořčice, křen, ředkvičky), ovoce (maliny), ořechy a pšeničné klíčky.

Síra se nachází také v minerálních vodách nebo v malém množství i ve vodovodní vodě.

Síra může mít v některých bílkovinných potravinách charakteristický zápach, který připomíná zkažená vejce.

Pro síru a její optimální denní příjem neexistují žádná definovaná doporučení. Příjem dostatečného množství aminokyselin obsahujících síru zajišťuje dostatečné a nezbytné množství síry pro správné fungování organismu.

V potravinářském průmyslu se můžeme setkat také se záměrným přidáváním síry do potravin při jejich zpracování.

Jedná se o přidávání siřičitanů, které v potravinách působí jako konzervační látky, antioxidanty nebo bělidla.

Obvykle se přidávají siřičitany do potravin, jako např.:

• Ovoce a zelenina v syrovém, zpracovaném, zmrazeném, sušeném nebo konzervovaném stavu, ve šťávách, džemech, marmeládách nebo pomazánkách
• Cukrovinky, sirupy a sladidla
• Obiloviny a výrobky z obilovin, ořechy
• Masné výrobky
• Ryby a mořské plody
• Bylinky a koření
• Pivo, víno, alkohol a ochucené nápoje

Tabulkový seznam povolených potravinářských přídatných látek

Siřičitany jsou také součástí mnoha léků nebo potravinových doplňků.

Síra – od příjmu po vylučování

Absorpce

Jak již bylo uvedeno, téměř veškerá síra se do těla dostává prostřednictvím dvou aminokyselin – methioninu nebo cysteinu.

V případě methioninu je primárním místem vstřebávání tenké střevo. Zde se methionin vstřebává pomocí specifických transportérů.

Methionin je jednou z aminokyselin s nejvyšší mírou absorpce v trávicím traktu.

Podíl vstřebaného methioninu je poměrně vysoký. Přibližně 20–30 % množství je ale metabolizováno přímo během vstřebávání za vzniku sulfátů.

Cystein se vstřebává v prostředí tenkého střeva a také prostřednictvím specifických transportérů závislých na energii.

Absorpce anorganických sloučenin síry v gastrointestinálním traktu, tj. síranů nebo siřičitanů přijatých v potravě nebo vzniklých metabolismem aminokyselin, je nízká.

Většina síranů do 1 gramu se vstřebává v tenkém i tlustém střevě. Vstřebávání probíhá prostřednictvím sodíko-sulfátového transportéru.

Distribuce

Sírany jsou na čtvrtém místě v seznamu nejhojnějších aniontů v lidské krvi.

Jejich koncentrace v moči se pohybuje kolem 300 µmol/l. Příjem sulfátů nebo aminokyselin obsahujících síru potravou zvyšuje jejich hladinu někdy až dvojnásobně.

Obvyklá koncentrace siřičitanů v krvi je 5 µmol/l, ale může se pohybovat v referenčním rozmezí 0–10 µmol/l.

Při standardních krevních testech se hladina síry nebo jejích sloučenin nestanovuje.

Z krve je síra transportována zpět do tkání a buněk těla prostřednictvím několika typů přenašečů.

Sulfáty nebo aminokyseliny obsahující síru jsou také schopny přecházet placentou oběma směry. Tato schopnost obousměrného průchodu je nezbytná jak pro udržení dostatečného zásobení plodu sírou, tak pro zabránění vzniku jejího škodlivého nadbytku.

Síra také prochází hematoencefalickou bariérou ve formě cystinu, který je následně v prostředí mozku degradován na sulfát.

Metabolismus a skladování síry

Jelikož je síra obvykle přijímána v potravě ve formě složitějších molekul, je v těle metabolizována neboli rozkládána na jednodušší molekuly.

Obecně je síra metabolizována tak, že síra ve formě sulfidů S2- (v této formě je přítomna ve složitějších organických sloučeninách) je oxidována na siřičitany SO32- a dále na sírany SO42-.

Sírany se mohou ukládat v tkáních vázané na askorbát, a vytvářet tak zásoby síry. Tyto zásoby síry jsou však velmi malé. Následně se síra uvolňuje z vazby na askorbát pomocí enzymů podle potřeb organismu.

Metabolismus methioninu probíhá řadou procesů, které jsou řízeny enzymy. Konečným výsledkem jeho metabolismu je tvorba síranů.

Kromě síranů však v průběhu jeho metabolismu vzniká také homocystein, cystathion, cystin, taurin a také cystein. Jedná se o produkty metabolismu methioninu.

Cystein není esenciální aminokyselinou. Zdrojem cysteinu tedy není jen samotná potrava, ale může se díky methioninu tvořit i v těle.

Samotné molekuly cysteinu a methioninu se v těle neuskladňují. Jejich osud je takový, že jsou oxidovány na anorganické sulfáty nebo vázány na glutathion (tripeptid složený ze tří aminokyselin, který má silné antioxidační účinky).

Vylučování

Síra a její sloučeniny se z těla vylučují především močí.

Každý den člověk vyloučí močí celkem přibližně 1,3 g síry. Pokud je příjem síry v potravě vyšší, zvyšuje se i podíl vyloučené síry.

Síra se močí vylučuje ve formě organických esterů (asi 15 %). Zbývající objemové ztráty jsou ve formě síranů.

Míru vylučování síry plícemi ovlivňuje také hladina vitaminu D v těle.

Ostatní způsoby vylučování síry, např. stolicí, jsou zanedbatelné (< 0,5 mmol/den).

Jaký je důsledek odchylky od fyziologických hodnot síry?

Stejně jako v případě jiných minerálů nebo stopových prvků je důležité udržovat síru v hladinách, které jsou pro organismus prospěšné a bezpečné.

Patologické důsledky samotného nedostatku síry v lidském těle nebyly definovány, a proto nejsou známy.

Některé zdroje uvádějí, že u pacientů s defektem specifických přenašečů síry došlo k poruchám mozku a poškození pojivové tkáně.

Nadměrně vysoké hladiny síry v těle mohou způsobit ztrátu minerálů z kostí a následně zvýšit riziko osteoporózy.

Vystavení vysokým dávkám síry může vyvolat astmatické záchvaty a kožní alergické reakce, jako je kopřivka.

Síra má také mnoho sloučenin, které jsou pro člověka toxické. Příkladem je oxid siřičitý.

Působení těchto sloučenin na organismus, například ve formě znečištěného vzduchu, způsobuje záněty horních cest dýchacích, zúžení dýchacích cest a onemocnění plic.

Hlavním a největším zdrojem síry je příjem potravou ve formě aminokyselin obsahujících síru – methioninu a cysteinu.

Proto lze příznaky jejich nedostatku nebo nadbytku částečně vztáhnout i na síru.

Základní příčinou nedostatku methioninu a cysteinu v organismu je výrazně nízký příjem bílkovin ve stravě. Pokud není přidružený problém se vstřebáváním nebo metabolismem těchto dvou aminokyselin, lze nedostatek řešit zvýšením jejich příjmu.

Jsou však známy i vrozené vady vstřebávání nebo metabolismu těchto aminokyselin. Jejich nadměrná nebo nedostatečná hladina v organismu tedy není přímo závislá na příjmu potravy.

Mezi vrozené vady vstřebávání řadíme například různé malabsorpce.

Mezi metabolické poruchy patří poruchy funkce různých enzymů podílejících se na metabolismu methioninu a cysteinu. To v konečném důsledku vede k hromadění nebo absenci jejich metabolitů v organismu.

Obecně se tyto poruchy projevují především:

• poruchou duševních funkcí
• opožděným vývojem jedince
• záchvatovitými poruchami
• pohybovými poruchami
• poruchami krve, jako je nedostatek červených krvinek a krevních destiček
• nadměrným hromaděním určitých metabolitů v moči
• tvorbou ledvinových a močových kamenů

Důležitou poruchou související s narušeným metabolismem aminokyselin obsahujících síru je porucha zvaná homocystinurie.

Vzniká v důsledku nedostatečné funkce enzymu cystathioninsyntázy, který usnadňuje přeměnu homocysteinu na síru.

Homocystein se tak hromadí v krvi ve velkém množství a způsobuje zdravotní problémy. Ve velkém množství se také vylučuje do moči.

Vzhledem k tomu, že homocystein je prekurzorem pro tvorbu cysteinu, je jeho produkce při tomto onemocnění snížena.

Homocystinurie je příčinou poškození očí (krátkozrakost, zákal a posun oční čočky), poškození kostí (osteoporóza, skolióza, zlomeniny) nebo poruch nervového systému (opožděný vývoj, mentální postižení, psychické poruchy).

Homocystein je také důležitým faktorem přispívajícím ke vzniku kardiovaskulárních onemocnění, konkrétně hluboké žilní trombózy, plicní embolie nebo mozkové mrtvice.

Některé studie také spojují methionin se vznikem některých druhů rakoviny. Je to proto, že růst některých rakovinných buněk vykazuje závislost na této aminokyselině.