Сера

Сера (лат. – Sulfur, S) – макроэлемент. В нашем организме ее довольно много. Вся она входит в состав многих органических соединений. Формирует структуру белков, активирует ферменты, повышает иммунитет. Это положительно сказывается на состоянии всех тканей и систем органов.

История открытия

Этот неметалл был известен человечеству с древнейших времен. Его применяли в бытовых, медицинских, и военных целях. Соединения серы использовали для отбеливания тканей, лечения кожных заболеваний, в производстве косметических средств.

Входила в состав греческого огня, зажигательного вещества, предназначавшегося для уничтожения неприятеля. Она шла на изготовление черного дымного пороха, который помимо военных целей нашел применение в производстве фейерверков.

Не обошлось и без мистики. Алхимики использовали серу для поисков философского камня. Как и всякое горючее вещество, ее считали даром божьим. Сгорание её в атмосфере сопровождалось образованием сернистого ангидрида, SO₂. Этот удушливый газ обладал неприятным запахом. Точно так же неприятен был и другой газ – сероводород, H₂S, источавший аромат тухлых яиц. По тогдашним представлениям такие неприятные запахи могли исходить только от самого дьявола.

В старину серу выплавляли из металлических руд, в состав которых она входила. При нагревании руды выделялось вещество, и застывало в виде светло-желтых кристаллов. Происхождение названия точно не известно. Полагают, что лат. Sulfur берет свое название от индоевропейского слова, обозначающего горючее вещество. То же самое касается и славянского «сера». Хотя некоторые считают его производным от старославянского «сира», светло-желтый.

Серосодержащие соединения принято обозначать приставкой «тио», производным от древнегреческих слов «божественный, небесный». Долгое время ее считали комплексным соединением. И лишь в XVIII в. французский химик Лавуазье доказал, что она является самостоятельным веществом, которое позднее заняло свое место в таблице Менделеева.

Физические и химические свойства

В таблице Менделеева S значится под №16, и расположена в 16 группе, в 3 периоде. Ее атомная масса равна 32. На внешней орбите атома серы вращаются 6 электронов. До наполнения орбиты не хватает 2 электронов.

При взаимодействии с некоторыми веществами она присоединяет эти 2 электрона, являясь при этом двухвалентной. Но радиус атома серы сравнительно большой. Поэтому она может не только присоединять, но и отдавать электроны, и ее валентность колеблется от 2 до 6.

В обычном состоянии S представляет собой твердые, но хрупкие светло-желтые кристаллы с температурой плавления 112,5⁰С и плотностью около 2 г/см³.

Молекула состоит из 8 атомов, и по конфигурации напоминает корону. В зависимости от режима нагревания она приобретает несколько аллотропных модификаций – разновидностей, отличающихся физическими свойствами и молекулярной структурой.

Сера не растворима в воде, но хорошо растворяется в ряде органических растворителей, в т.ч. в спирте и в бензине. Очень плохо проводит тепло и электрический ток. В природе может встречаться как в чистом виде (самородная), так и в виде соединений, сульфидов и сульфатов.

Серосодержащие соединения входят в состав горных пород, растворены в воде морей, озер. Земная кора содержит 4,3 Х 10^-3% серы. По этому показателю среди других элементов таблицы Менделеева она занимает 15 место. Однако в глубжележащих слоях земли, в мантии, её значительно больше.

Физиологическое действие

Казалось бы, какой может быть толк для нашего здоровья от горючего вещества, многие соединения которого обладают неприятным запахом, и оказывают удушающее действие. Но ведь сера является макроэлементом, и ее содержание в организме взрослого человека составляет около 140 г. Больше только двух других макроэлементов – кальция и фосфора.

Данное вещество в нашем организме вовсе не является балластом. Ведь Природа ничего не делает зря, каждый шаг ее продуман, и каждый элемент играет свою роль. Но какая роль у серы? Никакая. Тогда какие позитивные эффекты она оказывает? Все.

Парадокс этот лишь кажущийся. Да, сама по себе, взятая в чистом виде, она возможно, и не приносит пользу. Зато в соединениях проявляет себя во всей своей красе.

Достаточно упомянуть о сульфгидрильных группах. Эти группы (тиоловые группы, SH-группы) образованы остатками аминокислоты цистина.

Это протеиногенная аминокислота, т.е., та, что входит в состав белков. Сульфгидрильные группы, как следует из названия и обозначения, состоят из атомов водорода и серы.

Две соседние SН-группы образуют т.н. дисульфидные мостики или дисульфидные группы (S-S-группы), состоящие из двух атомов серы.

Вот эти дисульфидные группы формируют структуру белков. Каждый белок по сути своей является полипептидом — соединением большого количества пептидов, образованных аминокислотными остатками. Последовательность пептидов в цепи – это первичная структура.

Цепь спирально закручивается – это вторичная структура. Спирально закрученная цепь может принимать различные формы (нить, клубок) – это третичная структура. Наконец, молекулы ряда белков могут быть образованы не одной, а несколькими полипептидными цепями, которые соединяются между собой в строго определенных местах. Это четвертичная структура белка.

Третичная и четвертичная структуры определяют пространственную конфигурацию или конформацию белковой молекулы. Именно от конформации зависят свойства белка.

Под действием температуры, химических соединений, и других фактов третичная и четвертичная структуры нарушаются. Данный процесс именуют денатурацией белка. Денатурированный белок утрачивает свои свойства.

Сера в составе сульфгидрильных групп и дисульфидных мостиков формирует своего рода жесткий каркас, который помогает молекуле белка сохранить конформацию. Благодаря этому белок сохраняет свойства.

Известно, что ферменты, эти катализаторы биохимических реакций, являются белками. Следовательно, сера помогает ферментам сохранить их активность. И это действительно так. Под действием повреждающих факторов дисульфидные мостики разрушаются, и фермент инактивируется.

Ферменты – это не полностью белки. В них присутствует небелковая часть, кофермент. В роли коферментов могут выступать витамины, витаминоподобные вещества, другие органические соединения, и даже металлы (металлоферменты). Сульфгидрильные группы обеспечивают связь апофермента (беловой составляющей фермента) и кофермента.

Ценность её не ограничивается формирование сульфгидрильных групп и дисульфидных мостиков. Она входит в состав многих других биологически активных веществ. К серосодержащим аминокислотам помимо вышеупомянутого цистеина и его производного цистина относятся тауирн и метионин.

Таурин – составная часть таурохолевой кислоты, одного из желчных компонентов. А производное метионина, S -Метилметионин, более известный как вит. U, оказывает антиульцерогенное действие – предотвращает развитие язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки.

Серосодержащими являются и некоторые другие витамины: вит В₁(Тиамин), вит. В₇ (Биотин), и вит. В₉ (Фолиевая кислота). Сера входит в состав плазменных белков альбуминов, гемоглобина крови. Инсулин, пепсин, коллаген, кератин, окситоцин, лизоцим – вот далеко не полный перечень гормонов и других биологически активных соединений, в которых присутствует сера.

В составе этих соединений S регулирует функцию систем органов, и влияет на жизненно важные процессы:

Сердечно-сосудистая система

• нормализует артериальное давление (АД) и предотвращает развитие гипертонической болезни
• укрепляет сосудистые стенки
• предупреждает развитие сосудистого атеросклероза
• повышает силу сердечных сокращений.

Кровь

• стимулирует синтез эритроцитов
• в составе гемоглобина обеспечивает транспорт кислорода и углекислого газа
• нормализует свертывание крови
• предотвращает патологическое тромбообразование.

Дыхательная система

• предотвращает спазм бронхов
• улучшает газообмен в легочных альвеолах.

Пищеварительная система

• участвует в нейтрализации токсинов печенью и их последующем выведении с желчью через кишечник
• укрепляет слизистые оболочки ЖКТ (желудочно-кишечного тракта)
• предотвращает развитие воспалительных процессов и язвообразования
• эмульгирует жиры и улучшает их всасывание в тонком кишечнике
• облегчает всасывание других питательных веществ (нутриентов) в ЖКТ
• улучшает перистальтику ЖКТ
• позитивно влияет на состояние физиологической микрофлоры кишечника, синтезирующей витамины группы В
• улучшает перистальтику ЖКТ, способствует формированию каловых масс.

Нервная система

• улучшает мозговой кровоток, препятствует формированию тромбов в мозговых сосудах
• позитивно влияет на эмоционально-волевую сферу
• улучшает мышление и память
• нормализует сон
• замедляет возрастные дегенеративные изменения с исходом в болезнь Альцгеймера
• оказывает противосудорожное действие.

Опорно-двигательный аппарат

• повышает мышечную силу и выносливость
• укрепляет связочный аппарат, кости суставные связки
• уменьшает интенсивность суставных и мышечных болей
• снижает риск костных переломов, а при состоявшихся переломах ускоряет срастание костных отломков
• предотвращает развитие артритов.

Кожа и придатки

• повышает прочность и эластичность кожи
• аналогичным образом действует на волосы, предотвращая их выпадение
• в составе меланина защищает кожу от повреждающего действия солнечных лучей
• ускоряет заживление раневых повреждений кожи
• замедляет процессы естественного старения с появлением морщин, растяжек, пигментных пятен.

Мочеполовая система

• наряду с другими факторами регулирует процессы фильтрации и реабсорбции (обратного всасывания) в почечных канальцах с образованием мочи
• способствует удалению с мочой токсических веществ и продуктов обмена
• предотвращает появление тканевых отеков
• у мужчин обеспечивает сперматогенез, у женщин – овуляцию, нормализует менструальный цикл
• в родах в составе окситоцина повышает сократительную активность матки, предотвращает развитие кровотечений в родах и в послеродовом периоде
• у обоих полов формирует либидо.

Обмен веществ

• в составе ферментов и гормонов участвует во всех видах обмена: белковом, углеводном, жировом (липидном), и водно-солевом
• регулирует анаболизм и катаболизм (синтез и расщепление) белков
• предотвращает ожирение и сахарный диабет
• нормализует кислотно-основной баланс
• предотвращает чрезмерное закисление (ацидоз) и ощелачивание (алкалоз) в тканях при различных патологических процессах.

Другие эффекты

Сера включена в состав антител-иммуноглобулинов, обеспечивающих специфический гуморальный иммунитет против патогенных бактерий, вирусов, грибков. Кроме того, она входит в состав лизоцима.

Этот фермент в организме человека тоже уничтожает патогенные бактерии. S включена в состав многих антиоксидантных систем. Она угнетает свободнорадикальное окисление, в ходе которого повреждаются мембраны клеток.

Благодаря этому макроэлементу поврежденные клеточные мембраны восстанавливаются. Она уменьшает тяжесть воспалительных реакций с болью и повышением температуры. Она угнетает все 3 фазы воспаления:

1. альтерацию (повреждение)
2. экссудацию (появление жидкостного выпота)
3. пролиферацию (патологический клеточный рост).

S повышает устойчивость организма к действию ионизирующей радиации, и снижает риск появления злокачественных опухолей. В общем, сера объединила в себе все позитивные черты ферментов, аминокислот, витаминов, в состав которых она входит.

Суточная потребность

Организму взрослого человека для нормальной жизнедеятельности необходимо 0,5-1,2 г. серы. Хотя некоторые считают, что потребность в этом макроэлементе значительно выше. Приводят цифры 3-4 г, и даже 4-5 г.

Вероятно, многое зависит от состояния здоровья и образа жизни. Интенсивные занятия спортом, физические нагрузки, восстановление после тяжелых заболеваний и переломов, беременность – все это повышает потребность в S.

Причины и признаки дефицита

Специфических причин, приводящих только лишь к дефициту серы, не существует. Недостаток этого макроэлемента может быть связан с малым количеством серосодержащих аминокислот. Некоторые из них, в частности, метионин, являются для нас незаменимыми, и поступают в организм только в составе пищи.

Но недостаток метионина сам по себе вряд ли приведет к снижению уровня серы в организме. Ведь этот макроэлемент присутствует во многих животных и растительных продуктах, и к его дефициту может привести разве что полное голодание или жесткие ограничительные диеты.

Среди других причин:

• тяжелые заболевания
• повышенные физические нагрузки
• болезни ЖКТ, дисбактериоз
• беременность
• врожденный дефицит некоторых ферментов, ответственных за усваивание серосодержащих продуктов.

Признаки дефицита столь же неспецифичны, как и его причины. Пациенты могут жаловаться на общую слабость, низкую работоспособность. Этому же способствует снижение мышечного тонуса и силы. Со стороны опорно-двигательного аппарата отмечается остеопороз, частые артрозы и артриты.

Возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний (гипертоническая болезнь, атеросклероз), ожирения, сахарного диабета, а также онкологических заболеваний. Из-за низкого иммунитета появляется восприимчивость к инфекциям. В результате пищеварительных расстройств ухудшается усваивание других нутриентов. Дети отстают в росте и в развитии.

Продукты

Больше всего серы находится в пище, богатой белком, где она включена в состав аминокислот. Поэтому основными поставщиками этого макроэлемента для нас являются животные продукты – мясо и мясные субпродукты, прежде всего, печень.

Но и в растительных белках, содержащихся в бобовых, зерновых, орехах, её тоже немало.

Содержание S в 100 г пищевых продуктов:

Продукт	Содержание, мг/100 г
Мясо кролика	1050
Рыба (горбуша, камбала, сардина)	1050
Курица, куриные яйца	1050
Перепелиные яйца	200
Индейка, печень индейки	248
Говядина	230
Говяжья печень	239
Арахис	350
Твердые сорта сыра	260
Соя	245
Баранина	230
Свинина	230
Свиная печень	187
Сушеные абрикосы	170
Сушеный персик	240
Ячмень	120
Кофе	110
Какао	200
Чай	215

 

Также сера в виде сульфатов и сероводорода присутствует в минеральных водах. Правда, сульфатные воды принимают в строго определенных целях для лечения расстройств ЖКТ, где они оказывают желчегонное и послабляющее действие.

Что касается сероводородных вод, они и вовсе не предназначены для приема внутрь. Их используют наружно в качестве ванн.

Метаболизм

Значительная часть S поступает в организм в составе серосодержащих аминокислот. Некоторое количество может быть представлено неорганической формой, в виде солей серной и сернистой кислот, сульфатов и сульфитов.

Органическая сера всасывается в тонком кишечнике намного лучше, в то время как значительная часть неорганических соединений, так и не всосавшись, выделяется через кишечник.

Примечательно, что некоторая часть S используется микрофлорой кишечника для собственных нужд. При этом образуется газ сероводород, обладающий неприятным запахом тухлых яиц. Сероводород наряду с другими компонентами придает зловоние кишечным газам.

Сероводород может образовываться и в желудке при заболеваниях, сопровождающихся замедлением эвакуации и застоем пищи. При этом пациенты жалуются на характерную отрыжку тухлыми яйцами. В небольших концентрациях этот газ оказывает позитивное действие. При раздражении кишечника сероводородом рефлекторно запускается перистальтика.

Серосодержащие соединения способны поступать в организм через кожу и через легкие. Значительная часть макроэлемента сосредоточена в тканях, где наиболее интенсивно протекают обменные процессы.

Это скелетные мышцы, миокард, печень, кости, головной мозг. В крови сера находится в гемоглобине эритроцитов и в альбумине плазмы. Хотя некоторое ее количество растворено непосредственно в плазме.

Здесь, как и в других биологических жидкостях организма, она в основном присутствует в виде сулфат-анионов, отрицательно заряженных ионов SO₄. В других тканях она находится в органической и в неорганической форме – в виде сульфитов, сульфатов, тиоэфиров, тиолов, тиоцианатов, тиомочевины.

Довольно много S сосредоточено в коже, в основном, в коллагене и в меланине. Выводится сера преимущественно с мочой в чистом виде или в виде сульфатов.

Взаимодействие с другими веществами

Свинец, молибден, барий, селен, мышьяк, ухудшают усваивание серы. Фтор и железо, напротив, позитивно влияют на этот процесс.

Признаки избытка

Даже при чрезмерном употреблении серосодержащих продуктов добиться избытка серы в организме невозможно. Да и сама по себе в чистом виде S не токсична, чего не скажешь о серосодержащих соединениях. Некоторые из них, в т.ч. сероводород, диоксид серы, в газообразном состоянии присутствуют в промышленных выбросах в атмосферу.

Сероводород может выделяться в составе вулканических газов, или же образовываться в процессе гниения белковых субстанций. Вдыхание этих веществ приводит к печальным последствиям. Так, сероводород блокирует ферменты, осуществляющие тканевое дыхание. В этом отношении он действует подобно другим ядам, цианидам.

А диоксид серы, вступая в реакцию с атмосферной влагой, образует серную кислоту, которая при вдыхании вызывает деструкцию легочной ткани. Вдыхание серосодержащих газов в высокой концентрации быстро приводит к удушью, потере сознания, судорогам, и к гибели.

Но даже хроническая интоксикация этими веществами в малых количествах не сулит ничего хорошего. Поражается кожа и слизистые оболочки дыхательных путей, глаз, полости рта, ЖКТ.

Это проявляется хроническим бронхитом, эмфиземой легких. Со стороны глаз отмечается снижение остроты зрения, хронический конъюнктивит. На коже формируется экзема, дерматиты с покраснением и сыпью. Пациенты жалуются на общую слабость, снижение мыслительных способностей.

Поражение ЖКТ, печени, проявляется тошнотой, снижением аппетита, неустойчивым стулом. У таких пациентов велика опасность злокачественной онкологии.

Для снижения токсичности серосодержащих продуктов рекомендуется в больших количествах употреблять яйца, твердые сорта сыра, мясо птицы, жирную свинину, говядину.

Однако при употреблении пищевых продуктов подстерегает другая опасность. Дело в том, что диоксид серы в качестве консерванта присутствует во многих кондитерских изделиях, копченостях, сухофруктах, алкогольных и безалкогольных напитках, фруктовых соках.

И даже длительно хранящиеся в складских помещениях «свежие» овощи и фрукты содержат этот консервант. Его обозначают как Е220. Это не что иное, как диоксид серы.

Правда, производители и реализаторы пищевой продукции уверяют, что количество Е220 в продуктах ничтожно мало, и потому он нисколько не опасен. А чтобы нанести вред здоровью, нужно съесть огромное количество такой пищи.

Но ведь рацион современного человека, проживающего в городской черте, практически полностью состоит из таких продуктов. Поэтому уверения в безопасности серосодержащих консервантов вызывают большие сомнения.