Ko mēs zinām un kur organismā tas ir atrodams?

Ko mēs zinām par sēru un kādas ir tā īpašības?

Sērs ir svarīgs neorganisks elements. Tas ir plaši sastopams mūsu vidē - atmosfērā, ūdenī vai augsnē. Tas ir arī svarīga bioloģisko sistēmu - augu, dzīvnieku un cilvēku - sastāvdaļa.

Tas ir pazīstams ar ķīmisko simbolu S, kas ir atvasināts no latīņu nosaukuma sulfur.

Sērs ir ķīmisko elementu periodiskās tabulas 16. grupas elements, kas atrodas 3. periodā.

Nosaukums cēlies no grieķu valodas vārdiem chalkos (rūda) un gennaó (veidot).

Tādējādi nosaukums norāda, ka tie ir rūdas veidojoši un galvenokārt sastopami rūdu veidā.

Elementārais sērs istabas temperatūrā ir trausla kristāliska cieta viela. Tas ir bāli dzeltenā krāsā, bez smaržas un garšas.

Tas ir nemetālisks elements. Tas nespēj vadīt elektrisko strāvu, nešķīst ūdenī, bet šķīst organiskajos šķīdinātājos.

Tas ir diezgan reaģētspējīgs un savienojas ar daudziem elementiem. Deg ar raksturīgu zilu liesmu, veidojot sēra dioksīdu, kam jau ir kairinoša un paralizējoša smaka.

Sērs spēj veidot daudzas daudzatomu molekulas cietā, šķidrā un gāzveida veidā, t. i., tam ir daudz formu.

Ķīmisko un fizikālo pamatinformāciju par sēru apkopojums tabulā

Tas ir desmitais visvairāk sastopamais elements Visumā.

Dabiskā elementārā formā tas sastopams mazākā daudzumā. Daudz biežāk sastopams savienojumos, kuros tas galvenokārt sastopams sulfīdu (S2-) vai sulfātu (SO42-) veidā.

Tas ir pazemes atradņu sastāvdaļa - sulfīdu rūdas (tīrā veidā), dažādu minerālu veidā, kā karsto avotu un geizeru sastāvdaļa, kā arī fosilā kurināmā (naftas, dabasgāzes, akmeņogļu) sastāvā.

Tas arī ļoti bieži ir sastopams vulkāniskajos apgabalos elementārā formā.

Vispazīstamākie sulfīdu minerāli ir pirīts (FeS2), cinabarīts (HgS), galenīts (PbS), sfellerīts (ZnS) vai antimonīts (Sb2S3). Vispazīstamākie sulfātu minerāli ir ģipsis (CaSO4), celestīns (SrSO4) vai barīts (BaSO4).

Sērs ir pazīstams jau kopš aizvēsturiskiem laikiem, jo tas pastāv tīrā veidā. Aizvēsturiskie cilvēki sērumu izmantoja kā pigmentu alu gleznojumiem, to izmantoja arī ēģiptiešu reliģiju ceremonijās. Tas minēts arī Bībelē - saistībā ar elles ugunīm, kuras sērs kurināja.

Praktiski sērs sāka izmantot Ēģiptē, kur to izmantoja kokvilnas balināšanai, vai Ķīnā, kur tas bija sprāgstvielu sastāvdaļa.

Sēru kā elementu 1777. gadā atklāja franču ķīmiķis Antuāns Lavojā, un tikai 1809. gadā tika pierādīts, ka sērs ir ķīmisks elements.

Mūsdienās sēru galvenokārt izmanto (līdz 85 % no kopējā daudzuma), lai ražotu sērskābi, ko pēc tam izmanto, piemēram, mēslošanas līdzekļu, pigmentu, sprāgstvielu, naftas produktu, bateriju un akumulatoru ražošanā.

Sērs tiek izmantots arī papīra, krāsvielu, sērkociņu, kukaiņu un pelējumu iznīcinātāju, balinošu vielu, konservantu, antioksidantu vai kā zāļu (piemēram, antibiotiku, anestēzijas līdzekļu, pretsāpju, pretsāpju, emetisko līdzekļu vai sirds slimību ārstēšanai) sastāvdaļa.

Kāda ir sēra loma organismā?

Sērs cilvēka organismā gandrīz vienmēr atrodas kā daļa no sarežģītākām molekulām. Tas nav sastopams brīvā veidā.

Šīm molekulām, kuru neatņemama sastāvdaļa ir sērs, ir svarīga loma daudzos fizioloģiskos procesos. Tās ir būtiskas organisma veselībai un pareizai funkcionēšanai.

Lielākā daļa sēra atrodas sarežģītos organiskos savienojumos, piemēram, aminoskābēs, olbaltumvielās, fermentos vai vitamīnos. Sērs šajos savienojumos sastopams daudzās konfigurācijās.

Visbiežāk sastopamās aminoskābes, kuru struktūrā ir sērs, ir metionīns, cisteīns, homocisteīns un taurīns. Citas ir cistīns, cistations vai cisteīnskābe.

Vislielākais sēra īpatsvars no kopējā sēra daudzuma organismā ir atrodams olbaltumvielās, kuru pamatelementi ir sēru saturošas aminoskābes.

No vitamīniem svarīgākie ir tiamīns (B1 vitamīns) un biotīns (B7 vitamīns). Sērs ir arī citos organiskos savienojumos, piemēram, liposkābē, A koenzīmā, glutationā, hondroitīna sulfātā, heparīnā, estrogēnos vai fibrinogīnā.

Sēra galvenās bioloģiskās funkcijas, neatkarīgi no tā, vai tas ir atsevišķā veidā vai kā daļa no sarežģītākām molekulām, ir šādas:

• Tas ir aminoskābju, vitamīnu un citu svarīgu organisko savienojumu pamatelements.
• Tas ir iesaistīts olbaltumvielu struktūrā un funkcijās (ar aminoskābju kā olbaltumvielu pamatelementu starpniecību).
• Tas ietekmē enzīmu darbību un vielmaiņas procesus.
• Veicina matu, nagu, ādas un skrimšļu izturību un izturību.
• Piemīt antioksidanta iedarbība.
• Pretmikrobu un pretsēnīšu iedarbība.
• Labvēlīgi ietekmē smadzeņu un nervu attīstību un darbību.
• Iedarbojas uz hormonu darbību.
• Lietojot ārīgi, palēnina ādas šūnu veidošanos un vairošanos (šo iedarbību izmanto dažādu ādas slimību ārstēšanā).

Organismam svarīgākie sēra avoti

Svarīgākais sēra avots cilvēkam ir pārtika. Ar pārtiku sērs tiek uzņemts sarežģītāku savienojumu veidā (galvenokārt aminoskābju un vitamīnu veidā) vai vienkāršākās formās - sulfītu vai sulfātu veidā.

Daudzi sēra savienojumi ir toksiski cilvēkiem (piemēram, sērūdeņradis) ne tikai iekšķīgi, bet arī ieelpojot.

Tāpēc ir tikai ierobežots skaits sēra savienojumu, kas ir droši un nepieciešami cilvēka organismam.

Lielāko daļu sēra uzturā veido divas aminoskābes - metionīns un cisteīns. Šīs aminoskābes ir atrodamas gan augu, gan dzīvnieku izcelsmes olbaltumvielās.

Metionīns ir neaizvietojama aminoskābe, ko organisms nespēj saražot pats, tāpēc esam atkarīgi no tā uzņemšanas ar uzturu.

Cisteīna gadījumā situācija ir nedaudz citāda. Tā nav neaizvietojama aminoskābe, jo cisteīns veidojas organismā metionīna metabolisma procesā.

Fizioloģisko vajadzību pēc cisteīna apmierina ne tikai cisteīna uzņemšana ar uzturu, bet arī palielināta metionīna uzņemšana, kas pēc tam tiek metabolizēts līdz cisteīnam.

Cilvēka dienas vajadzība pēc sēra ir pietiekami apmierināta, ja ar uzturu tiek uzņemts aptuveni 13 mg/kg šo aminoskābju.

No uztura viedokļa raugoties, arī metionīns vien var nodrošināt organismu ar visu nepieciešamo sēra daudzumu.

Sērs organismā nonāk arī ar uzturā esošajiem neorganiskajiem savienojumiem, t. i., sulfātiem vai sulfītiem, tomēr tie ir tikai nenozīmīgs sēra avots organismam.

To uzsūkšanās kuņģa-zarnu traktā ir zema, tāpēc tie reti tiek iekļauti nepieciešamajā sēra dienas devā.

Dzīvnieku izcelsmes pārtikas produkti, kuros ir daudz sēra, ir dzīvnieku olbaltumvielas, olas, piena produkti, gaļa, zivis un jūras veltes.

No augu pārtikas produktiem svarīgākie ir dārzeņi (sīpoli, ķiploki, puravi, puravi, maurloki, kāposti, kāposti, ziedkāposti, brokoļi, kreses, sinepes, mārrutki, redīsi), augļi (avenes), rieksti un kviešu dīgsti.

Sērs ir arī minerālūdeņos vai nelielos daudzumos krāna ūdenī.

Dažos olbaltumvielu produktos sērs var būt ar raksturīgu smaku, kas atgādina sapuvušas olas.

Nav noteiktu ieteikumu sēra daudzumam un tā optimālai diennakts devai. Pietiekamā daudzumā uzņemot sēru saturošas aminoskābes, tiek nodrošināts pietiekams un organisma pareizai darbībai nepieciešams sēra daudzums.

Arī pārtikas rūpniecībā mēs varam novērot apzinātu sēra pievienošanu pārtikas produktiem to apstrādes laikā.

Tā ir sulfītu pievienošana, kas pārtikas produktos darbojas kā konservanti, antioksidanti vai balinātāji.

Parasti sulfītus pievieno tādiem pārtikas produktiem kā:

• augļi un dārzeņi svaigā, pārstrādātā, saldētā, žāvētā vai konservētā veidā, sulās, ievārījumos, marmelādēs vai pastētēs.
• konditorejas izstrādājumiem, sīrupiem un saldinātājiem
• graudaugi un graudaugu produkti, rieksti
• gaļas produkti
• zivis un jūras veltes
• Garšaugi un garšvielas
• Alus, vīns, alkohols un aromatizēti dzērieni

Atļauto pārtikas piedevu tabulas saraksts

Sulfīti ir arī daudzu zāļu vai uztura bagātinātāju sastāvā.

Sērs - no uzņemšanas līdz izvadīšanai

Absorbcija

Kā jau minēts, gandrīz viss sērs organismā nonāk caur divām aminoskābēm - metionīnu vai cisteīnu.

Metionīna gadījumā galvenā uzsūkšanās vieta ir tievā zarna. Šeit metionīns uzsūcas ar specifisku transportieru palīdzību.

Metionīns ir viena no aminoskābēm ar augstāko uzsūkšanās ātrumu gremošanas traktā.

Absorbētā metionīna īpatsvars ir salīdzinoši liels, tomēr aptuveni 20-30 % no tā daudzuma tiek metabolizēti tieši absorbcijas laikā, veidojot sulfātus.

Cisteīns uzsūcas tievās zarnas vidē, kā arī ar specifisku no enerģijas atkarīgu transportieru starpniecību.

Neorganisko sēra savienojumu uzsūkšanās kuņģa-zarnu traktā, t. i., sulfātu vai sulfītu, kas uzņemti ar uzturu vai veidojas aminoskābju vielmaiņas procesā, ir zema.

Lielākā daļa sulfātu līdz 1 gramam uzsūcas tievajās un resnajās zarnās. Absorbcija notiek ar nātrija sulfāta transportiera starpniecību.

Izplatīšanās

Sulfāti ir ceturtajā vietā cilvēka asinīs visvairāk sastopamo anjonu sarakstā.

To koncentrācija urīnā ir aptuveni 300 µmol/l. Sulfātu vai sēru saturošu aminoskābju uzņemšana ar uzturu dažkārt palielina to līmeni divas reizes.

Parastā sulfītu koncentrācija asinīs ir 5 µmol/l, bet tā var būt 0-10 µmol/l robežās.

Standarta asins analīzēs sēra vai tā savienojumu līmenis netiek noteikts.

Sērs no asinīm nonāk atpakaļ organisma audos un šūnās, izmantojot vairāku veidu nesējus.

Sulfāti vai aminoskābes, kas satur sēru, var arī abos virzienos šķērsot placentu. Šī spēja šķērsot abus virzienus ir būtiska gan lai uzturētu pietiekamu sēra piegādi auglim, gan lai novērstu kaitīgu tā pārpalikumu.

Sērs šķērso arī hematoencefalisko barjeru cistīna veidā, kas vēlāk smadzeņu vidē sadalās līdz sulfātam.

Sēra metabolisms un uzglabāšana

Tā kā sērs parasti tiek uzņemts ar uzturu sarežģītāku molekulu veidā, organismā tas tiek metabolizēts jeb sadalīts vienkāršākās molekulās.

Kopumā sērs tiek metabolizēts, oksidējot sēru sulfīdu S2- formā (šajā formā tas atrodas sarežģītākos organiskajos savienojumos) līdz sulfītiem SO32- un tālāk līdz sulfātiem SO42-.

Sulfātus var uzglabāt audos, saistoties ar askorbātu, tādējādi veidojot sēra krājumus. Tomēr šie sēra krājumi ir ļoti mazi. Pēc tam sērs no saistīšanās ar askorbātu atbrīvojas ar fermentu palīdzību atkarībā no organisma vajadzībām.

Metionīna metabolisms notiek virknē procesu, kurus kontrolē enzīmi. Tā metabolisma galarezultāts ir sulfāta veidošanās.

Tomēr papildus sulfātam tā metabolisma laikā veidojas arī homocisteīns, cistations, cistīns, taurīns un arī cisteīns. Tie ir metionīna metabolisma produkti.

Cisteīns nav neaizvietojama aminoskābe. Tāpēc cisteīna avots ir ne tikai pati pārtika, bet tas var veidoties arī organismā metionīna ietekmē.

Pašas cisteīna un metionīna molekulas organismā netiek uzglabātas. To liktenis ir tāds, ka tās oksidējas par neorganiskiem sulfātiem vai saistās ar glutationu (tripeptīdu, kas sastāv no trim aminoskābēm un kam piemīt spēcīgas antioksidantu īpašības).

Ekskrēcija

Sērs un tā savienojumi galvenokārt izdalās no organisma ar urīnu.

Katru dienu cilvēks ar urīnu izdala aptuveni 1,3 g sēra. Ja ar uzturu sēra uzņem vairāk, izdalītā sēra daudzums palielinās.

Sērs izdalās ar urīnu organisko esteru veidā (aptuveni 15 %). Pārējie apjoma zudumi ir sulfātu veidā.

Sēra izdalīšanās ātrumu plaušās ietekmē arī D vitamīna līmenis organismā.

Citi sēra izdalīšanās ceļi, piemēram, ar izkārnījumiem, ir nenozīmīgi (< 0,5 mmol dienā).

Kādas ir sekas novirzei no fizioloģiskā sēra līmeņa?

Tāpat kā citu minerālvielu vai mikroelementu gadījumā ir svarīgi uzturēt sēra līmeni, kas ir labvēlīgs un drošs organismam.

Tikai sēra trūkuma patoloģiskās sekas cilvēka organismā nav noteiktas un tāpēc nav zināmas.

Daži avoti ziņo, ka pacientiem ar specifisku sēra nesēju defektiem ir novēroti smadzeņu darbības traucējumi un saistaudu bojājumi.

Pārmērīgi augsts sēra līmenis organismā var izraisīt minerālvielu zudumu no kauliem un attiecīgi palielināt osteoporozes risku.

Lielu sēra devu iedarbība var izraisīt astmas lēkmes un ādas alerģiskas reakcijas, piemēram, nātreni.

Sēra sastāvā ir arī daudzi cilvēkiem toksiski savienojumi, piemēram, sēra dioksīds.

Šo savienojumu iedarbība uz organismu, piemēram, gaisa piesārņojuma veidā, izraisa augšējo elpošanas ceļu iekaisumu, elpceļu sašaurināšanos un plaušu slimības.

Galvenais un lielākais sēra avots ir ar uzturu uzņemtās sēru saturošās aminoskābes metionīns un cisteīns.

Tāpēc to trūkuma vai pārpalikuma simptomus daļēji var saistīt ar sēru.

Galvenais metionīna un cisteīna trūkuma cēlonis organismā ir ievērojami zems ar uzturu uzņemto olbaltumvielu daudzums. Ja vien ar šo divu aminoskābju uzsūkšanos vai vielmaiņu nav saistītu problēmu, to trūkumu var novērst, palielinot to uzņemšanu.

Tomēr ir zināmi arī iedzimti šo aminoskābju uzsūkšanās vai metabolisma defekti. Tādējādi to pārmērīgs vai nepietiekams daudzums organismā nav tieši atkarīgs no uzņemšanas ar uzturu.

Pie iedzimtiem uzsūkšanās defektiem pieder, piemēram, dažādas malabsorbcijas.

Metabolisma traucējumi ietver dažādu metionīna un cisteīna metabolismā iesaistīto enzīmu darbības traucējumus, kas galu galā izraisa to metabolītu uzkrāšanos vai trūkumu organismā.

Kopumā šie traucējumi galvenokārt izpaužas šādi:

• garīgo funkciju traucējumiem
• aizkavēta indivīda attīstība
• krampju traucējumi
• kustību traucējumi
• asinsdarbības traucējumi, piemēram, sarkano asinsķermenīšu un trombocītu trūkums
• pārmērīga noteiktu metabolītu uzkrāšanās urīnā
• nierakmeņu un urīnceļu akmeņu veidošanās

Svarīgs traucējums, kas saistīts ar sēra saturošu aminoskābju vielmaiņas traucējumiem, ir traucējums, ko sauc par homocistīnūriju.

Tā rodas, nepietiekami darbojoties enzīma cistationīnsintāzes funkcijai, kas veicina homocisteīna pārvēršanos sērā.

Homocisteīns tādējādi lielā daudzumā uzkrājas asinīs un izraisa veselības problēmas. Tas lielā daudzumā izdalās arī ar urīnu.

Tā kā homocisteīns ir prekursors cisteīna veidošanās procesā, šīs slimības gadījumā tā ražošana ir samazināta.

Homocistīnūrija izraisa acu bojājumus (tuvredzību, lēcas duļķainību un nobīde), kaulu bojājumus (osteoporozi, skoliozi, lūzumus) vai nervu sistēmas traucējumus (attīstības aizkavēšanos, intelektuālās attīstības traucējumus, psihiskus traucējumus).

Homocisteīns ir arī nozīmīgs sirds un asinsvadu slimību, īpaši dziļo vēnu trombozes, plaušu embolijas vai insulta, ierosinātājs.

Dažos pētījumos metionīns ir saistīts arī ar dažu vēža veidu attīstību. Tas ir tāpēc, ka dažu vēža šūnu augšana ir atkarīga no šīs aminoskābes.