中国营养科学全书(第2版)
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第六节 硫

硫(sulfur),化学符号S,是一种非金属元素,也是生命必需的元素之一。古人类已认识了硫,1977年,法国化学家Antoine Lavoisier证明硫是一种非金属元素,中国人发明的火药是硫酸钾、磷酸钾、碳和硫的混合物。硫酸盐是生物体可利用的最稳定、最丰富的硫的形式。人体主要的含硫化合物包括蛋氨酸、半胱氨酸、同型半胱氨酸、半胱硫醚、S-腺苷甲硫氨酸、牛磺酸、甲硫醇、硫胺素、生物素、α-硫辛酸、辅酶A、谷胱甘肽、硫酸软骨素、硫酸氨基葡萄糖、纤维蛋白原、肝素、金属硫以及无机硫酸盐等。除了硫胺素和生物素外,其他含硫化合物均由甲硫氨酸在体内转化生成。硫在构成成年人体重的矿物质中位居第三。硫在自然界中以游离状态或化合状态存在,硫在地壳中的含量占第14位。每千克土壤中平均含硫酸盐850mg,每升海水中平均含硫酸盐885mg。
一、理化性质
纯的硫是淡黄色晶体,又称作硫磺,无味,质地柔软,密度1.96g/cm 3,熔点120.0℃,沸点444.6℃。硫有多种同素异形体,其中正交硫是室温下唯一稳定的硫的存在形式。硫溶于苯、甲苯、四氯化碳和二硫化碳,微溶于乙醇和乙醚,不溶于水。硫导热性和导电性都差。硫化学性质比较活泼,硫可形成离子化合物、共价化合物和配位共价化合物。
二、吸收和代谢
(一)消化吸收
对动物而言,反刍动物消化道内的微生物通过同化途径和异化途径将硫酸盐转化为硫化物。只有很少的非反刍动物有同化作用的微生物,因此对硫的需要大部分是以氨基酸的形式。游离氨基酸、硫化物、硫胺素、吡哆醇和生物素不分解就吸收,而蛋白质中的含硫氨基酸则要分解后才能被吸收。无机硫酸盐主要在回肠以易化扩散的方式吸收,有机硫基本上按含硫氨基酸吸收机制转运吸收,主要吸收部位在小肠。
(二)代谢
含硫化合物存在于所有体细胞中,主要以有机硫形式存在于蛋氨酸、胱氨酸及半胱氨酸等含硫氨基酸中。此外,维生素中的硫胺素、生物素、黏多糖中的硫酸软骨素、硫酸黏液素以及肝素、辅酶A、纤维蛋白原和谷胱甘肽中也含有硫。
机体大部分的硫酸盐是通过摄取蛋白来源的蛋氨酸和半胱氨酸获得,并且大部分经尿排出体外。随尿排出的硫代谢产物主要为游离的或酯化硫酸盐、牛磺酸、硫代硫酸盐等。上消化道未吸收的硫酸盐将通过大肠和结肠,或经粪便排泄,或重吸收,或经厌氧菌作用产生代谢物如硫化氢。
三、生理功能
(一)参与构成各种蛋白质、酶类、肽(谷胱甘肽)和激素组成成分
硫是合成硫酸软骨素和透明质酸等的主要成分;硫是重要的还原剂谷胱甘肽的成分以及硫胺素、生物素和辅酶A的成分。作为硫氰酸酶的成分参与解毒作用;构成含硫氨基酸,参与抗氧化作用;调节包括免疫反应在内的各种生理活动;促进蛋氨酸(Met)的氧化还原循环。
(二)通过含硫化合物发挥生理功能
同型半胱氨酸、牛磺酸、S-腺苷甲硫氨酸、α-硫辛酸、辅酶、肝素、金属硫蛋白等都是重要含硫化合物,它们几乎参与体内所有类别代谢活动,发挥各种生理功能。
四、缺乏与过量
(一)缺乏
当机体摄入充足的蛋白质时,含硫氨基酸将能提供给人体足量的硫。还未发现人类存在硫缺乏症。提供给成年男性低硫酸盐、含硫氨基酸缺乏的膳食时,当在膳食中添加硫酸钠后,氮贮存量有所增加,提示硫缺乏与氮贮存有关。毛发低硫营养不良(trichothiodystrophy)是一种罕见的常染色体隐性遗传病,表现为特征性的头发短、脆,以及发硫含量异常低下。该病患者存在高硫基质蛋白(high-sulfur matrix proteins)合成障碍,导致头发胱氨酸或蛋氨酸缺乏以及多种皮肤、神经症状。
(二)过量
1.腹泻
饮水中含有过量的硫酸盐将导致成年人渗透性腹泻和稀便。这种不良反应通常持续时间较短,但对于婴幼儿更为严重。
2.酸中毒
摄入硫华(flowers of sulfur)可能与引起代谢性酸中毒有关,硫华是一种颗粒细微的黄色粉末,含有99.5%以上的纯硫。
3.溃疡性结肠炎
溃疡性结肠炎的病因中牵涉到硫酸盐和未消化的含硫化合物的作用,主要是硫化氢在其中发挥作用。肠腔中过量的硫酸盐将会加重黏膜解毒系统的负担,引起结肠上皮炎症。
五、营养状况评价
可用于判别机体硫营养状况的生物标志物目前尚不清楚。有人提出用尿硫酸盐排出量作为衡量人体含硫氨基酸代谢的指标。
六、膳食硫参考摄入量
当膳食摄入的含硫氨基酸达到推荐量时,即可满足机体对硫酸盐的需求,因此,目前许多国家包括中国都没有制定硫酸盐的平均需要量(EAR)、膳食推荐摄入量(RDA)和适宜摄入量(AI)。
在蛋白质(富含足量含硫氨基酸)摄入充足的人群中,未发现硫酸盐缺乏的情况。美国RDA协会推荐各种含硫氨基酸的摄入量为每人每天不少于13mg/kg,相当于一个70kg的成年人约每天摄入910mg。其他一些机构认为这一摄入量过低,推荐成年人每天摄入含硫氨基酸25mg/kg。常规认为1g蛋白质应该含有不少于17mg的含硫氨基酸。
七、主要食物来源
含硫氨基酸是硫的主要膳食来源。含硫氨基酸包括蛋氨酸、半胱氨酸和牛磺酸。蛋氨酸是一种必需氨基酸,只能通过食物获取。甲磺酰甲烷是硫循环中的一种重要的不稳定形式,现认为是人类膳食中硫的另一个来源。
含硫氨基酸主要存在于动物蛋白和谷类蛋白中,豆类蛋白中含量较少,在动物蛋白中蛋氨酸/半胱氨酸比值高于植物蛋白。通过转硫通路,蛋氨酸可合成半胱氨酸,但这个反应是不可逆的,从而使蛋氨酸的地位非常重要。谷胱甘肽是膳食硫的来源之一,水果和蔬菜提供的谷胱甘肽占50%以上,肉类提供的谷胱甘肽少于25%。
某些植物性食物的含硫氨基酸含量比较高,如玉米、葵花子、燕麦、巧克力、腰果、核桃、杏仁、芝麻籽等。燕麦和玉米还富含半胱氨酸。