Биологическое значение серы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Сера. Биологическая роль и применение соединений серы в медицине.

Выполнил: студент 123 группы

лечебного факультета

Жуйков Андрей Сергеевич

Проверил: доцент кафедры химии,
к.х.н., Дарюхина

Елена Николаевна

Тюмень, 2020г.Содержание

1. Введение. 3
2. Биологическая роль . 4
2.1. Белковые и органические кофакторы. 4
2.2. Метаболизм серы и цикл серы. 6
3. Применение соединений серы в медицине. 8
4. Заключение. 11
5. Список литературы. 12

1. Введение

Сера – химический элемент с символом S и атомным номером 16. В нормальных условиях атомы серы образуют циклические восьмиатомные молекулы с химической формулой S8. Элементарная сера представляет собой ярко-желтое кристаллическое твердое вещество при комнатной температуре.

Сера-десятый по массе элемент во Вселенной и пятый по распространенности на Земле. Многие соединения серы имеют неприятный запах (в частности у сероорганических соединений).

Три аминокислоты (цистеин, цистин и метионин) и два витамина (биотин (B7) и тиамин) являются сероорганическими соединениями. Дисульфиды, содержащие S-S связи, придают механическую прочность и нерастворимость белку кератину, содержащемуся во внешней коже, волосах и перьях. Сера является одним из основных химических элементов необходимых для биохимического функционирования и является элементарным макроэлементом для всех живых организмов.

2. Биологическая роль

Сера является важным компонентом всех живых клеток . Также это один из самых распространенных элементов в человеческом организме: на 70 кг человеческого тела содержится около 140 граммов серы.

В растениях и животных аминокислоты цистеин и метионин содержат большую часть серы , и этот элемент присутствует во всех полипептидах , белках и ферментах , которые содержат эти аминокислоты. В организме человека метионин является незаменимой аминокислотой. Однако, за исключением витаминов биотина и тиамина , цистеин и все серосодержащие соединения в организме человека могут быть синтезированы из метионина. Фермент сульфитоксидаза необходим для метаболизма метионина и цистеина у человека и животных.

Дисульфидные связи (S-S связи) между остатками цистеина в пептидных цепях очень важны в сборке и структуре белка. Эти ковалентные связи между пептидными цепями придают дополнительную прочность и жесткость. Например, высокая прочность перьев и волос частично объясняется высоким содержанием S-S связей с цистеином и серой. Яйца с высоким содержанием серы питают образование перьев у цыплят, а характерный запах тухлых яиц обусловлен сероводородом .

Многие важные клеточные ферменты используют группы, заканчивающиеся на-SH (тиолы). Два из 13 классических витаминов, биотин и тиамин , содержат серу.

Во внутриклеточной химии сера действует как носитель восстановительного водорода и его электронов (например, через сульфгидрильную (- SH) часть, полученную из цистеина ).

Цикл серы был первым из биогеохимических циклов , которые были открыты. В 1880-х годах, изучая Beggiatoa (бактерию, живущую в богатой серой среде), Сергей Виноградский обнаружил, что она окисляет сероводород (H₂S) в качестве источника энергии, образуя внутриклеточные капли серы.

Окислители серы могут использовать в качестве источников энергии восстановленные соединения серы, в том числе сероводород, элементарную серу, сульфит , тиосульфат и другие вещества, они зависят от ферментов, таких как оксигеназа серы и сульфитоксидаза , чтобы окислить серу до сульфата. Некоторые литотрофы могут даже использовать энергию, содержащуюся в соединениях серы, для производства сахаров, процесс, известный как хемосинтез . Некоторые бактерии и археи используют сероводород вместо воды в качестве донора электронов в хемосинтезе, процессе, аналогичном фотосинтезу это производит сахара и использует кислород в качестве акцептора электронов . Фотосинтетические зеленые сернистые бактерии и пурпурные сернистые бактерии , а также некоторые литотрофы используют элементарный кислород для осуществления такого окисления сероводорода с образованием элементарной серы (S 0 ). Примитивные бактерии, живущие вокруг глубоководных вулканических жерл , окисляют сероводород таким образом с помощью кислорода; гигантский трубчатый червь -пример большого организма, который использует сероводород (через бактерии) в качестве пищи для окисления.

Сера поглощается корнями растений из почвы в виде сульфата . Сульфат восстанавливается до сульфида через сульфит, прежде чем он будет включен в цистеин и другие сероорганические соединения.
SO₄ 2 - → SO₃ 2 - → H₂S → цистеин → метионин

3. Применение соединений серы в медицине

Сера (в частности , октасульфур, S₈) используется в фармацевтических препаратах кожи для лечения акне и других состояний. Он действует как кератолитическое ( кератолитик — вещество, вызывающее активное отшелушивание омертвевших клеток с поверхности кожи) средство, а также убивает бактерии, грибы, чесоточные клещи и других паразитов. Осажденная (мелкий желтый порошок) сера и коллоидная (чрезвычайно мелкодисперсный порошок серы) сера используются в виде лосьонов , кремов, порошков, мыла и добавок для ванн для лечения угрей , угревой сыпи и себорейного дерматита .

Общие побочные эффекты включают раздражение кожи в месте нанесения, такие как сухость, жжение, зуд и шелушение.

Адеметионин ( C ₁₅ H ₂₂ N ₆ O ₅ S) используется в качестве лекарственного средства для лечения депрессии, расстройств печени.

Метионин ( C ₅ H ₁₁ NO ₂ S) - незаменимая аминокислота, и спользуется для синтеза белка, является основным поставщиком серы.

Цистеин ( C ₃ H ₇ NO ₂ S) – условно незаменимая аминокислота (для больных и новорожденных), применяется для профилактики поражения печени и почек связанных с передозировкой ацетаминофена.

Тиамин ( C ₁₂ H ₁₇ N ₄ OS) – витамин B1, играет важную роль в преобразовании углеводов и жиров в энергию. Он необходим для нормального роста и развития и помогает поддерживать правильное функционирование сердца, нервной и пищеварительной систем.

Липоевая кислота или тиоктовая кислота ( C ₈ H ₁₄ O ₂ S ₂ ) используется д ля питательных добавок, а также для лечения дефицита или дисбаланса питания.

Силденафил ( C ₂₂ H ₃₀ N ₆ O ₄ S) для лечения эректильной дисфункции.

4. Заключение

Сера содержится во многих белковых и биологических кофакторах, является макроэлементом в живых клетках и участвует в биогеохимическом круговороте веществ.

Самородная сера имела ограниченный успех в качестве лекарственного средства. Но сейчас многие классы лекарств содержат в своем составе серу. Сернисто-органические соединения являются важным ресурсом, их потенциал еще предстоит использовать.

5. Список литературы

Зимон А.Д. Занимательная коллоидная химия – изд. URSS- 2017.-256 С.

Общая и неорганическая химия для медиков и фармацевтов: учебник и практикум для вузов /под общ. ред. В. В. Негребецкого, И. Ю. Белавина, В. П. Сергеевой. — М.: Издательство Юрайт - 2018. — 357 с.

Серегина Т.С., Иванова В.Р., Харитонова В.Г. и др. Синтез полимерных модификаторов биологической ткани, содержащих амингликозидные антибиотики //Успехи в химии и химической технологии. - Том XXXII. 2018. –С.24-26 4. Алексеенко В. А. Химические элементы в геохимических системах: монография/В. А. Алексеенко, А. В. Алексеенко. — Ростов-на-

Сера – макроэлемент, который составляет 0,16% человеческого организма. Ее можно встретить в белках, гормонах, некоторых витаминах. Сера содержится в костях, нервах, волосах и др. В день взрослому человеку необходимо потреблять около 4 г серы. Источником этого макроэлемента могут быть растительные ткани.

Биологическая роль серы

с помощью дисульфидных мостиков придают нужную пространственную форму белкам;
входят в состав инсулина и биотина;
играют роль активного центра многих ферментов;
помогают транспортировать энергию внутри клетки.

Биологическая роль серы в организме заключается в поддержании его нормальной жизнедеятельности. Человек может получать макроэлементы с помощью сбалансированного питания.

Чтобы восполнить недостаток серы, необязательно приобретать в аптеках специальные препараты. Для поддержания здорового образа жизни необходимо изменить рацион питания. Серу содержат многие продукты, такие как:

яйца;
кунжут;
курица;
фасоль;
крыжовник;
капуста;
молоко и др.

Чтобы сера хорошо усваивалась, недостаточно только употреблять продукты, содержащие этот макроэлемент. Фтор и железо подчеркивают полезные свойства серы, а мышьяк, свинец, молибден, барий, селен наоборот их гасят.

Значение серы в организме

Живым организмам может не хватать макроэлемента из-за нарушенного обмена веществ. Симптомами дефицита серы могут служить боли в суставах, тахикардия, аллергия, выпадение волос. Если не восполнять недостаток серы, то появляется риск нарушения метаболизма серосодержащих молекул.

Редко встречается избыток какого-либо макроэлемента. Перенасыщение организма серой ведет за собой негативные последствия:

Во многих продуктах присутствуют добавки, которые человек ежедневно употребляет. Сульфиты – консерванты, которые, по мнению некоторых исследователей, приводят к бронхиальной астме. Для поддержания здорового образа жизни необходимо внимательно читать состав продуктов.

Сера может играть негативную роль в живых организмах. Например, сероводород токсичен. Им можно отравиться при выбросах веществ в воздух при авариях или пожарах на химических производствах.

В организме человека сера окисляется с образованием серной кислоты, которая обезвреживает яды в кишечнике. Этот макроэлемент также обладает противомикробным и противовоспалительным действием, поэтому часто используется в дерматологии при лечении прыщей и воспалений.

Чистая сера представляет собой порошок желтого цвета. У нее неприятный запах. Серу называют обязательным компонентом для здоровых волос, ногтей и кожи. В культурах некоторых народов считается, что именно серой пахнет в преисподней. В реальном мире серосодержащими веществами пахнут лук и чеснок.

Чистая природная сера - твердое кристаллическое вещество того цвета. В природе сера встречается в самородном виде, образуя большие залежи, но главным образом в составе сернистых (FeS, Cu2S, PbS, ZnS) и сернокислых минералов (CaSO4, FeSO4, CuSO4, MgSO4).

Сера полиморфна, она известна в кристаллической форме (октаэдрические и призматические кристаллы) и в аморфной в виде плотной массы и мелкого порошка. По своим химическим свойствам сера является типичным металлоидом. Со многими металлами она соединяется непосредственно с выделением значительного количества тепла. На холоде сера соединяется с галогенами ( кроме йода), с кислородом дает несколько окислов, из них важнейшими являются сернистый (SO2) и серный (SO3) ангидриды, с водородом - газ сероводород (H2S).

Сера является постоянной составной частью растений, содержится в них в виде различных неорганических и органических соединений.

Многие растения образуют содержащие серу гликозиды и другие органические соединения серы.

Известны бактерии, концентрирующие серу. некоторые из микроорганизмов образуют в качестве продуктов жизнедеятельности специфические соединения серы: например грибки рода Penicillinum синтезируют серосодержащий антибиотик пенициллин

2. Суточная потребность и основные источники поступления:

Суточная потребность не установлена, но при употреблении достаточного количества белка дефицита серы наблюдаться не будет.

Участвуя в окислительно-восстановительных процессах сера играет в тканевом дыхании ту же роль, что и гемоглобин и оксигемоглобин в газообмене легких. В аминокислоте метионине сера связана с легко отщепляющейся метильной группой СН3, необходимой для синтеза холина, при недостатке которого в организме наблюдаются нарушения в виде жировой инфильтрации печени и кровоизлияний в почках.

организм человека сера поступает с пищей в виде органических белковых соединений - аминокислот, глютадиона, сульфатидов, витамина В1. Всасывание серы происходит в кишечнике; неорганические серные соли не всасываясь выделяются со стулом; часть неорганической серы в кишечнике восстанавливается в H2S и в этом виде всасывается.

по сосудам в составе крови

6. Преобразование и распределение:

Особенно богаты серой поверхностные слои кожи; здесь сера содержится в кератине (волосы содержат до 5-10% кератина) и меланине, пигменте, предохраняющем в виде загара глубокие слои кожи от вредного действия ультрафиолетовой радиации. В крови, кроме серы, входящей в состав белков, различают серу аминокислот, глютадиона, роданистых соединений, эфиросерных кислот, нейтральную серу и ионы SO4. Общее количество серы крови, за исключением серы, входящей в состав белков, обозначают по аналогии с остаточным азотом как остаточную серу, ее содержится в плазме около 7 мг%. Сера содержится в антиневралгическим витамине В1 (тиамине), что отличает этот витамин от остальных.

Выделение серы производится главным образом с мочой (60%) в виде неорганических сульфатов, нейтральной серы и эфирно-серных соединений. С калом выделяется до 8%. Небольшое количество выделяется в виде сероводорода кожей и легкими, сообщая поту и выдыхаемому воздуху неприятный запах.

8. Клинические проявления и влияние на структуры организма.

Избыток серы и его проявления:

Элементарная сера не обладает выраженным токсическим действием, но все ее соединения токсичны. Принятая внутрь в количестве 3-5 мг, элементарная сера действует как слабительное, вследствие образования сероводорода в кишечнике.

Сероодород. При высокой концентрации сероводорода в воздухе отравление может развиться почти мгновенно. Судороги и потеря сознания сопровождаются быстрой смертью от остановки дыхания. Хроническое отравление сероводородом проявляется заболеванием глаз - покраснением и опуханием конъюнктивы, появлением мелких точечных дефектов на роговице, ломотой в бровях и глазных яблоках, ощущением "песка в глазах", сильной светобоязнью, видением цветных ободков вокруг источника света, очень сильным слезотечением. Также наблюдаются головные боли, ослабление слуха, расстройства ЖКТ, падение веса, малокровие, кожный зуд, кожные сыпи, фурункулез.

Сероуглерод. Чрезвычайно токсичен, его пары вызывают тяжелые органические заболевания нервной системы. При различных концентрациях в воздухе может наблюдаться головная боль, тошнота, боль в горле, чувство онемения, "ползание мурашек", неправильное дыхание. Если человека не удалить из зараженной атмосферы наступает полный наркоз, исчезают все рефлексы, включая роговичный и зрачковый, затем смерть от остановки дыхания.

При хроническом отравлении наблюдается неврологическая патология, нарушения мышечной системы (конечности), головокружения, расстройства походки, снижение потенции, расстройства зрения, нарушение аккомодации, снижение слуха, снижение памяти, галлюцинации, различные формы психоза.

При недостатке серы наблюдаются: тахикардия, повышение АД, нарушения функций кожи, выпадение волос, запоры, в тяжелых случаях - жировая дистрофия печени, кровоизлияние в почки, нарушения углеводного обмена и белкового обмена, перевозбуждение нервной системы, раздражительность и другие невротические реакции.

Атомы серы (S), как и атомы кислорода и всех остальных элементов главной подгруппы VI группы, содержат на внешнем энергетическом уровне 6 электронов, из которых два электрона неспаренные. Однако по сравнению с атомами кислорода атомы серы имеют больший радиус, меньшее значение электроотрицательности, поэтому проявляют выраженные восстановительные свойства, образуя соединения со степенями окисления +2, +4, +6. По отношению к менее отрицательным элементам (водород, металлы) сера проявляет окислительные свойства и приобретает степень окисления -2.

Сера— простое вещество

Для серы, как и для кислорода, характерна аллотропия. Известно много модификаций серы с циклическим или линейным строением молекул различного состава.

Сера не растворяется в воде. Кристаллы серы в воде тонут, а вот порошок плавает на поверхности воды, т. к. мелкие кристаллики серы водой не смачиваются и поддерживаются на плаву мелкими пузырьками воздуха. Это процесс флотации. Сера малорастворима в этиловом спирте и диэтиловом эфире, хорошо растворяется в сероуглероде.

Химические свойства серы

При обычных условиях сера реагирует со всеми щелочными и щелочноземельными металлами, медью, ртутью, серебром, например:

Эта реакция лежит в основе удаления и обезвреживания разлитой ртути, например, из разбитого термометра. Видимые капли ртути можно собрать на лист бумаги или на медную пластику. Ту ртуть, которая попала в щели, нужно засыпать порошком серы. Такой процесс называется демеркуризацией.

При нагревании сера реагирует и с другими металлами (Zn, Al, Fe), и только золото не взаимодействует с ней ни при каких условиях.

Окислительные свойства сера проявляет и с водородом, с которым реагирует при нагревании:

Из неметаллов с серой не реагирует только азот, иод и благородные газы.

Сера горит синеватым пламенем, образуя оксид серы (IV):

Это соединение широко известно под названием сернистый газ.

В природе сера встречается в трех формах: самородная, сульфидная и сульфатная (табл. 8).

Самородная сера	Сульфидная сера	Сульфатная сера
Ромбическая сера S₈	Сероводород — H₂S	Глауберова соль Na₂SO₄ · 10H₂O
Цинковая обманка — ZnS	Гипс CaSO₄ · 2H₂O
Киноварь — HgS
Свинцовый блеск — PbS
Пирит или колчедан — FeS₂

Биологическое значение серы

Сера — жизненно важный химический элемент. Она входит в состав белков — одних из основных химических компонентов клеток всех живых организмов. Особенно много серы в белках волос, рогов, шерсти. Кроме этого, сера является составной частью биологически активных веществ организма: витаминов и гормонов (например, инсулина).

Сера участвует в окислительно-восстановительных процессах организма. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость и ломкость костей и выпадение волос.

Серой богаты бобовые растения (горох, чечевица), овсяные хлопья, яйца.

Сера используется в производстве спичек и бумаги, резины и красок, взрывчатых веществ и лекарств, пластмассы и косметических препаратов. В сельском хозяйстве ее используют для борьбы с вредителями растений.

Однако основной потребитель серы — химическая промышленность. Около половины добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты.

Оксид серы (IV) SO₃, который часто называют также сернистым газом, образуется при горении серы, полном сгорании сероводорода и обжиге сульфидов. Это бесцветный газ с характерным резким запахом. Он проявляет типичные свойства кислотных оксидов и хорошо растворяется в воде, образуя слабую сернистую кислоту. Она неустойчива и разлагается на исходные вещества:

Соли сернистой кислоты, как двухосновной, могут быть средними — сульфитами, например сульфит натрия Na₂SO₃, и кислыми — гидросульфитами, например гидросульфит натрия NaHSO₃. Гидросульфит и сульфит натрия, как и сернистый газ, используют для отбеливания шерсти, шелка, бумаги и соломы, а также в качестве консервирующих средств для сохранения свежих плодов и фруктов.

Сероводород H₂S — бесцветный газ с резким запахом. Очень ядовит. Вызывает отравление даже при незначительном содержании в воздухе (около 0,01 %). Сероводород опасен тем, что может накапливаться в организме. Он соединяется с гемоглобином крови, что может привести к обморочному состоянию и смерти от кислородного голодания. В присутствии паров органических веществ токсичность H₂S резко возрастает.

Вместе с тем H₂S имеет лечебное значение, он является составной частью некоторых минеральных вод.

При растворении сероводорода в воде образуется слабая сероводородная кислота, соли которой называются сульфидами.

Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также сульфид аммония хорошо растворяются в воде, сульфиды остальных металлов нерастворимы и окрашены в различные цвета, например, ZnS — белый, PbS — черный, MnS — розовый.

Сероводород горит. При охлаждении пламени (внесении в него холодных предметов) осаждается свободная сера:

Если же пламя не охлаждать и обеспечить избыток кислорода, то получается оксид серы (IV):

Читайте также: