Kaj vemo in kje v telesu ga najdemo?

Kaj vemo o žveplu in kakšne so njegove lastnosti?

Žveplo je pomemben anorganski element. Pogosto ga najdemo v našem okolju, tako v ozračju, vodi ali zemlji. Je tudi pomembna sestavina bioloških sistemov - rastlin, živali in ljudi.

Poznamo ga po kemijskem simbolu S, ki izhaja iz latinskega imena žveplo.

Žveplo je element v 16. skupini periodnega sistema kemijskih elementov in se nahaja v 3. periodi.

Ime izhaja iz grških besed chalkos (ruda) in gennaó (oblikovati).

Njihovo ime torej nakazuje, da so rudotvorni in se pojavljajo predvsem v obliki rud.

Elementarno žveplo je pri sobni temperaturi krhka kristalinična trdna snov. Je bledo rumene barve, brez vonja in okusa.

Je nekovinski element, ne more prevajati električnega toka in je netopen v vodi, vendar se raztaplja v organskih topilih.

Je precej reaktiven in se združuje s številnimi elementi. Gori z značilnim modrim plamenom in tvori žveplov dioksid, ki ima že tako dražeč in zadušljiv vonj.

Žveplo lahko tvori številne polatomske molekule v trdnem, tekočem in plinastem stanju, tj. ima veliko oblik.

Tabelarični povzetek osnovnih kemijskih in fizikalnih podatkov o žveplu

Je deseti najpogostejši element v vesolju.

V manjši meri se pojavlja v svoji naravni elementarni obliki. Veliko pogostejši je v spojinah, v katerih se pojavlja predvsem kot sulfidi (S2-) ali sulfati (SO42-).

Je sestavni del podzemnih nahajališč - kot sulfidna ruda (čista oblika), kot različni minerali, kot del vročih vrelcev in gejzirjev ter v fosilnih gorivih (nafta, zemeljski plin, premog).

V elementarni obliki ga pogosto najdemo tudi na vulkanskih območjih.

Najbolj znani sulfidni minerali so pirit (FeS2), cinabarit (HgS), galenit (PbS), sfalerit (ZnS) ali antimonit (Sb2S3). Najbolj znani sulfatni minerali so sadra (CaSO4), celestin (SrSO4) ali barit (BaSO4).

Žveplo je zaradi obstoja v čisti obliki znano že od prazgodovine. Prazgodovinski ljudje so žveplo uporabljali kot pigment za jamske poslikave, uporabljali pa so ga tudi pri obredih v egipčanskih religijah. Omenjeno je tudi v Bibliji - v povezavi s peklenskimi ognji, ki jih je žveplo podžigalo.

Praktična uporaba žvepla se je začela v Egiptu, kjer so ga uporabljali za beljenje bombaža, ali na Kitajskem, kjer je bil del eksplozivov.

Žveplo kot element je leta 1777 odkril francoski kemik Antoine Lavoisier, šele leta 1809 pa je bilo dokazano, da je žveplo kemijski element.

Danes se žveplo večinoma uporablja (do 85 % celotne količine) za proizvodnjo žveplove kisline, ki se nato uporablja na primer pri proizvodnji gnojil, pigmentov, eksplozivov, naftnih derivatov, baterij in akumulatorjev.

Žveplo se uporablja tudi v proizvodnji papirja, barvil, vžigalic, sredstev za uničevanje žuželk in plesni, kot belilno sredstvo, konzervans, antioksidant ali kot sestavina zdravil (npr. antibiotikov, anestetikov, sredstev proti bolečinam, antiemetikov, emetikov ali za zdravljenje bolezni srca).

Kakšna je vloga žvepla v telesu?

Žveplo je v človeškem telesu skoraj vedno prisotno kot del kompleksnejših molekul. Ne pojavlja se v prosti obliki.

Te molekule, katerih nenadomestljiv del je žveplo, imajo pomembno vlogo v številnih fizioloških procesih. So bistvene za zdravje in pravilno delovanje telesa.

Največ žvepla je v kompleksnih organskih spojinah, kot so aminokisline, beljakovine, encimi ali vitamini. Žveplo se v teh spojinah pojavlja v številnih konfiguracijah.

Najpogostejše aminokisline, ki v svoji strukturi vsebujejo žveplo, so metionin, cistein, homocistein in taurin. Druge vključujejo cistin, cistation ali cisteinsko kislino.

Največji delež žvepla od skupne količine žvepla v telesu je v beljakovinah, katerih gradniki so aminokisline, ki vsebujejo žveplo.

Med vitamini sta najpomembnejša tiamin (vitamin B1) in biotin (vitamin B7). Žveplo je tudi v drugih organskih spojinah, kot so lipoična kislina, koencim A, glutation, hondroitin sulfat, heparin, estrogeni ali fibrinogen.

Osnovne biološke funkcije žvepla, bodisi v samostojni obliki bodisi kot del kompleksnejših molekul, vključujejo:

• Je gradnik aminokislin, vitaminov in drugih pomembnih organskih spojin.
• Sodeluje pri strukturi in delovanju beljakovin (prek aminokislin kot osnovnih gradnikov beljakovin).
• Vpliva na delovanje encimov in presnovne procese.
• Spodbuja moč in odpornost las, nohtov, kože in hrustanca.
• Ima antioksidativne učinke.
• Ima protimikrobne in protiglivične učinke.
• Ugodno vpliva na razvoj in delovanje možganov in živcev.
• Učinkuje na delovanje hormonov.
• Pri zunanji uporabi upočasnjuje nastajanje in razmnoževanje kožnih celic (ta učinek se uporablja pri zdravljenju različnih kožnih bolezni).

Najpomembnejši viri žvepla za telo

Najpomembnejši vir žvepla za človeka je hrana. S hrano se žveplo absorbira v obliki kompleksnejših spojin (predvsem aminokislin in vitaminov) ali v enostavnejših oblikah - kot sulfiti ali sulfati.

Številne žveplove spojine so za človeka strupene (npr. vodikov sulfid), in sicer ne le pri oralnem vnosu, temveč tudi pri vdihavanju.

Zato obstaja le omejeno število žveplovih spojin, ki so varne in potrebne za človeško telo.

Največji delež žvepla v prehrani izvira iz dveh aminokislin - metionina in cisteina. Ti aminokislini se nahajata v beljakovinah rastlinskega in živalskega izvora.

Metionin je esencialna aminokislina, ki je telo ne more proizvesti samo, zato smo odvisni od njegovega vnosa s hrano.

Pri cisteinu je situacija nekoliko drugačna. Ni esencialna aminokislina, saj cistein nastaja v telesu v procesu presnove metionina.

Fiziološke potrebe po cisteinu se ne zadovoljijo le z vnosom cisteina s hrano, temveč tudi s povečanim vnosom metionina, ki se nato presnovi v cistein.

Dnevna potreba po žveplu je pri človeku ustrezno izpolnjena, če s hrano zaužije približno 13 mg/kg teh aminokislin.

S prehranskega vidika lahko samo metionin telesu priskrbi vse potrebno žveplo.

Žveplo vstopa v telo tudi z anorganskimi spojinami, ki so prisotne v prehrani, tj. s sulfati ali sulfiti. Vendar so ti le zanemarljiv vir žvepla za telo.

Njihova absorpcija v prebavilih je nizka, zato jih le redko vključimo v potreben dnevni vnos žvepla.

Živila živalskega izvora, bogata z žveplom, so živalske beljakovine, jajca, mlečni izdelki, meso, ribe in morski sadeži.

Od rastlinskih živil so najpomembnejši zelenjava (čebula, česen, por, drobnjak, zelje, ohrovt, cvetača, brokoli, kreša, gorčica, hren, redkev), sadje (maline), oreščki in pšenični kalčki.

Žveplo je tudi v mineralnih vodah ali v majhnih količinah v vodovodni vodi.

Žveplo ima lahko v nekaterih beljakovinskih živilih značilen vonj, ki spominja na gnila jajca.

Za žveplo in njegov optimalni dnevni vnos ni opredeljenih priporočil. Uživanje zadostnih količin aminokislin, ki vsebujejo žveplo, zagotavlja zadostne in potrebne količine žvepla za pravilno delovanje telesa.

V živilski industriji lahko opazimo tudi namerno dodajanje žvepla živilom med predelavo.

Gre za dodajanje sulfitov, ki v živilih delujejo kot konzervansi, antioksidanti ali belilna sredstva.

Običajno se sulfiti dodajajo živilom, kot so:

• sadju in zelenjavi v surovi, predelani, zamrznjeni, posušeni ali konzervirani obliki, v sokovih, džemih, marmeladah ali namazih
• slaščicam, sirupom in sladilom
• žitom in žitnim izdelkom, oreščkom
• mesni izdelki
• ribe in morski sadeži
• zelišča in začimbe
• Pivo, vino, alkohol in aromatizirane pijače

Tabelarični seznam dovoljenih aditivov za živila

Sulfiti so vključeni tudi v številna zdravila ali prehranska dopolnila.

Žveplo - od vnosa do izločanja

Absorpcija

Kot smo že omenili, skoraj vse žveplo vstopa v telo prek dveh aminokislin - metionina ali cisteina.

V primeru metionina je primarno mesto absorpcije tanko črevo. Tu se metionin absorbira s pomočjo posebnih prenašalcev.

Metionin je ena od aminokislin z najvišjo stopnjo absorpcije v prebavnem traktu.

Delež absorbiranega metionina je razmeroma visok, vendar se približno 20-30 % količine absorbira neposredno med absorpcijo v obliki sulfatov.

Cistein se absorbira v okolju tankega črevesa in tudi prek posebnih energijsko odvisnih prenašalcev.

Absorpcija anorganskih žveplovih spojin v prebavilih, tj. sulfatov ali sulfitov, ki so bili sprejeti s hrano ali so nastali pri presnovi aminokislin, je nizka.

Večina sulfatov do 1 grama se absorbira v tankem in debelem črevesu. Absorpcija poteka prek prenašalca natrijevega sulfata.

Porazdelitev

Sulfati so četrti na seznamu najbolj razširjenih anionov v človeški krvi.

Njihova koncentracija v urinu je približno 300 µmol/l. Vnos sulfatov ali aminokislin, ki vsebujejo žveplo, s hrano včasih poveča njihovo raven za dvakrat.

Običajna koncentracija sulfitov v krvi je 5 µmol/l, lahko pa je v referenčnem območju 0-10 µmol/l.

V standardnih krvnih testih se raven žvepla ali njegovih spojin ne določa.

Žveplo se iz krvi prenaša nazaj v tkiva in celice telesa prek več vrst prenašalcev.

Sulfati ali aminokisline, ki vsebujejo žveplo, lahko prehajajo tudi skozi posteljico v obe smeri. Ta sposobnost prehajanja v obe smeri je bistvena tako za vzdrževanje ustrezne oskrbe ploda z žveplom kot za preprečevanje škodljivih presežkov.

Žveplo prehaja tudi skozi krvno-možgansko pregrado v obliki cistina, ki se nato v možganskem okolju razgradi v sulfat.

Metabolizem in shranjevanje žvepla

Ker žveplo običajno zaužijemo s hrano v obliki kompleksnejših molekul, se v telesu presnavlja ali razgrajuje v enostavnejše molekule.

Na splošno se žveplo presnavlja z oksidacijo žvepla v obliki sulfidov S2- (v tej obliki je prisotno v kompleksnejših organskih spojinah) v sulfite SO32- in naprej v sulfate SO42-.

Sulfati se lahko shranjujejo v tkivih, vezani na askorbat, in tako tvorijo zaloge žvepla. Vendar so te zaloge žvepla zelo majhne. Nato se žveplo iz vezave na askorbat sprošča z encimi glede na potrebe organizma.

Presnova metionina poteka z vrsto procesov, ki jih nadzorujejo encimi. Končni rezultat njegove presnove je tvorba sulfata.

Poleg sulfata pa med presnovo nastajajo tudi homocistein, cistation, cistin, taurin in tudi cistein. To so produkti presnove metionina.

Cistein ni esencialna aminokislina, zato vir cisteina ni le hrana sama, ampak lahko nastane tudi v telesu zaradi metionina.

Same molekule cisteina in metionina se v telesu ne shranjujejo. Njihova usoda je, da oksidirajo v anorganske sulfate ali se vežejo na glutation (tripeptid, sestavljen iz treh aminokislin, ki ima močne antioksidativne lastnosti).

Izločanje

Žveplo in njegove spojine se iz telesa izločajo predvsem z urinom.

Človek vsak dan z urinom izloči skupno približno 1,3 g žvepla. Če je vnos žvepla s hrano večji, se delež izločenega žvepla poveča.

Žveplo se z urinom izloča v obliki organskih estrov (približno 15 %). Preostala izguba volumna je v obliki sulfatov.

Na stopnjo izločanja žvepla v pljučih vpliva tudi raven vitamina D v telesu.

Drugi načini izločanja žvepla, npr. z blatom, so zanemarljivi (< 0,5 mmol/dan).

Kakšne so posledice odstopanja od fizioloških vrednosti žvepla?

Tako kot pri drugih mineralih ali elementih v sledovih je pomembno, da se ohranjajo ravni žvepla, ki so koristne in varne za telo.

Patološke posledice samega pomanjkanja žvepla v človeškem telesu še niso opredeljene in zato niso znane.

Nekateri viri navajajo, da so se pri bolnikih z okvaro določenih nosilcev žvepla pojavile možganske motnje in poškodbe vezivnega tkiva.

Previsoka raven žvepla v telesu lahko povzroči izgubo mineralov iz kosti in posledično poveča tveganje za nastanek osteoporoze.

Izpostavljenost visokim odmerkom žvepla lahko sproži astmatične napade in kožne alergijske reakcije, kot je koprivnica.

Žveplo ima tudi veliko spojin, ki so strupene za ljudi. Primer je žveplov dioksid.

Izpostavljenost telesa tem spojinam, na primer v obliki onesnaženega zraka, povzroča vnetje zgornjih dihalnih poti, zoženje dihalnih poti in pljučne bolezni.

Glavni in največji vir žvepla je vnos s hrano v obliki aminokislin, ki vsebujejo žveplo, metionina in cisteina.

Zato lahko simptome njunega pomanjkanja ali presežka delno pripišemo žveplu.

Glavni vzrok za pomanjkanje metionina in cisteina v telesu je bistveno manjši vnos beljakovin s hrano. Če ni povezanih težav z absorpcijo ali presnovo teh dveh aminokislin, lahko pomanjkanje odpravimo s povečanjem njunega vnosa.

Znane pa so tudi prirojene napake pri absorpciji ali presnovi teh aminokislin. Tako njuna prekomerna ali nezadostna raven v telesu ni neposredno odvisna od vnosa s hrano.

Prirojene napake absorpcije vključujejo na primer različne malabsorpcije.

Metabolne motnje vključujejo motnje v delovanju različnih encimov, ki sodelujejo pri presnovi metionina in cisteina. To na koncu privede do kopičenja ali odsotnosti njunih presnovkov v telesu.

Na splošno se te motnje kažejo predvsem z:

• motnjami v duševnem delovanju
• zakasnelim razvojem posameznika
• motnjami krčev
• gibalne motnje
• krvne motnje, kot je pomanjkanje rdečih krvničk in trombocitov
• prekomerno kopičenje nekaterih metabolitov v urinu
• nastajanje ledvičnih in sečnih kamnov

Pomembna motnja, povezana z moteno presnovo aminokislin, ki vsebujejo žveplo, je motnja, imenovana homocistinurija.

Nastane zaradi pomanjkljivega delovanja encima cistationin sintaze, ki omogoča pretvorbo homocisteina v žveplo.

Homocistein se tako v velikih količinah kopiči v krvi in povzroča zdravstvene težave. V velikih količinah se izloča tudi z urinom.

Ker je homocistein predhodnik za nastanek cisteina, je njegova proizvodnja pri tej bolezni zmanjšana.

Homocistinurija povzroča poškodbe oči (kratkovidnost, motnost in premik leče), poškodbe kosti (osteoporoza, skolioza, zlomi) ali motnje živčnega sistema (zakasneli razvoj, intelektualna oviranost, psihične motnje).

Homocistein pomembno prispeva tudi k boleznim srca in ožilja, zlasti k trombozi globokih ven, pljučni emboliji ali možganski kapi.

Nekatere študije so metionin povezale tudi z razvojem nekaterih vrst raka. Rast nekaterih rakavih celic namreč kaže odvisnost od te aminokisline.