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生命中的化学元素
1.8.7.2 6-7-2 硫
6-7-2 硫

硫在人体中的百分组成为0.15%,占到第八位。在人体中的非金属元素中,硫是一个重要的元素。

硫是蛋白质的重要组成元素之一。在20种氨基酸中,含硫的有:胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸。因而,人体中重要的化合物谷胱甘肽中也就含有硫。从所有的蛋白质来讲,平均含硫量为0.23%~0.24%。人的头发中含有较多的硫,这是因为构成头发的角蛋白是含硫蛋白质,组成它的就有胱氨酸。在蛋白质的合成中硫能形成二硫键,帮助蛋白质形成一定的三维结构。二硫键有着重要的意义,例如,二硫键在细菌中就负责重要的保护作用,可作为可逆的开关,当细菌暴露于氧化反应时,二硫键可以断开以保护蛋白质,在还原条件下又可重建。若没有二硫键的保护,细菌在氧化的环境中很难保护自己,甚至遭遇低浓度的氧化物时都会被杀死。毛发蛋白质是由二硫键将半胱氨酸连在一起的,这个联结非常牢固,所以在考古中常能见到完整的毛发。毛发的不同部位因为有着不同的半胱氨酸的组成,可用烫发来建立或破坏它的二硫键来达到控制发型的目的。

许多维生素中都含有硫,例如维生素B1,又叫硫胺;维生素B2,又叫核黄素;维生素H,又叫促生素;另外还有硫辛酸。

硫还参与酶和多糖等重要生命化合物的组成。例如胰蛋白酶中就含有硫,在动物的软骨和骨骼中,有着含硫的黏多糖。人体内的许多酶含有巯基,重金属中毒就是由于这些金属进入人体后,与细胞酶中的巯基结合,抑制了酶的活性所引起的。所以,注射含有巯基的化合物就可以解毒,常用的重金属盐类中毒的解毒剂是二巯基丙醇OH—CH2—CH(SH)—CH2—SH。二巯基丙醇解毒作用的原理可表示如下:

在人体中,谷胱甘肽也能使汞中毒的酶再现活性。

在生命体中还有着由硫参与构成的金属硫蛋白,它是一种低相对分子质量、富含半胱氨酸可结合重金属的蛋白质,广泛存在于人体、动物、植物以及微生物体内。已发现它能清除自由基、抗氧化、解除重金属毒素、抗辐射、抗癌变等。它还能根据体内微量元素的状况对锌、铜、锰、铁、钼、硒、钴、碘的吸收、储存、运输和释放等进行精细调节。

在生命体中还有着许多含硫的无机物,例如:在细胞液中,有着许多硫酸根离子;在人体的氨基酸代谢中会产生二氧化硫;一些含硫有机物在人体代谢过程中还会产生硫化氢。

脱氮硫杆菌能消耗空气中的二氧化硫,无氧条件下还能在还原硝酸根离子的同时氧化单质硫。这种微生物能将硫转化成硫酸、将硝酸根转化成氮气,并将两个反应之间的相互作用与二氧化碳的还原相耦联;另一种脱硫线菌则能利用氢还原硫并在完全无氧条件下将此反应与二氧化碳的固定相耦联(同时将二氧化碳还原成有机物质)。“阿尔文”号科学考察潜艇上的科学家们所发现的海底烟囱,从中喷出热水的温度有时甚至高于沸点,水中富含硫化氢。在温度较低的区域,这些硫化氢被硫杆菌用于维持生长和固定二氧化碳。有的硫杆菌寄生于当地蛤的鳃内或蠕虫的肠道中,它们所固定的二氧化碳就作为共生的食物来源。这个充满各种生命的海底世界都依赖于硫细菌。

在生物的进化史上,硫曾起过重要的作用。科学家认为,在20亿年前,地球上当时的主要生化过程为硫循环,大量地发生着微生物的硫代谢作用。那时,地球的大气还是缺氧的,仅有的生物是微生物,而其中占优势的,就是当今硫细菌的远始祖先。现今的有色硫细菌中含有叶绿素,它们借助于太阳能由二氧化碳制造碳水化合物的同时进行硫化氢分解,生成硫和水:

这说明远古的硫细菌最初也可能是这样,最终进化的结果就产生了现今的光合作用,无须H2S,而代之以H2O,水则被分解而释放出氧来。这就足以完成现今光合作用的全部工作了。

人体中的含硫氨基酸在代谢中会产生二氧化硫,人体内因此有一内在的保护系统,可以将它清除并转化为硫酸盐。但二氧化硫本身也能杀死细菌,也是很好的抗氧化剂,专家们因此认为它在体内的少量存在应该是有益的。

二氧化硫也被应用在食品上,广泛地使用于水果和蔬菜的保鲜,使之保持住天然颜色,防止变成褐色,还能防止微生物引起腐败,延长维生素C的有效期。但它不能用在肉类的保鲜上,因为它会破坏维生素B1。二氧化硫作为防腐剂的使用是得到世界各国政府农业、渔业和食品部门的批准的,例如在葡萄酒中就要加入少量亚硫酸盐(每瓶约350毫克)以防止进一步发酵,二氧化硫会在酒的存放期中消失,但存放期短的白葡萄酒仍含有少量二氧化硫;在汉堡包中的蔬菜中也加入了亚硫酸盐来保鲜。英国专家认为,二氧化硫作为食品添加剂是十分安全的,当然,这必须符合食品部门对其用量的规定,如果过量使用也会造成污染和毒害。

正常人每天摄入硫(以硫酸盐计)为420~3200毫克。人体需要的硫主要是通过摄入含硫的氨基酸来获得的。除了蛋类外,在黄豆、花生、芝麻中含硫氨基酸较多。另外在植物中除了含有B族维生素外,很多植物还含有硫酸盐,这也是人体中硫的一个重要来源。蔬菜中也有含有含硫有机物的,已知有着辣味和香味的洋葱、韭菜、香葱、冬葱和大蒜等一大类蔬菜都含有较多的硫化物,例如大蒜素(CH2CH—CH2—CO—S—CH2—CHCH2)、洋葱中的二烯丙基二硫化物(H2CCH—CH2S—SCH2CHCH2)等。它们有辛辣味,能增进食欲,具杀菌功效,这些物质除能降血脂外还可预防动脉粥样硬化。花菜、荠菜中也含有二硫酚硫酮,可以降低形成黑色素的酶及阻止皮肤色素斑的形成。已有研究证明,二烯丙基二硫化物对乳腺癌、皮肤癌、肝癌、肺癌、胃癌、食管癌、结肠癌和白血病等的癌细胞均有抑制作用,但其作用机制尚未明了。美国阿拉巴马大学研究者通过实验发现,大蒜中富含的有机硫化物大蒜素(二烯丙基硫代亚磺酸酯)和其他活性物质在人体代谢过程中会产生硫化氢,少量硫化氢能软化血管,促进血液流通。这种大蒜素即使稀释10万倍仍能在瞬间杀死伤寒杆菌、痢疾杆菌、流感病毒等。近年来国内外研究还证明,大蒜可阻断亚硝胺类致癌物在体内的合成。

美国伊利诺伊大学科学家的研究表明,在西兰花、芥蓝等十字花科植物中萝卜硫素含量较丰富,是常见抗氧化剂,是蔬菜中所发现的抗癌效果最好的植物活性物质。

医学上尚未发现人体硫缺乏症,可是,当摄入过量含硫氨基酸时,却可能会发生抑制动物生长的情况。

硫元素在一般植物体的干物质中,要占到0.25%~0.5%。硫在植物体内的重要性,可与氮、磷、钾相媲美。在植物体内,几乎所有的蛋白质都含有硫,遍布于植物体内的一切细胞、组织和器官。在蛋白质合成中,硫和氮有密切关系。缺硫时,蛋白质形成受阻,而非蛋白态氮会累积,从而影响农作物的产量和产品中蛋白质含量。硫有助于酶和维生素的形成。硫能促进豆科植物上的根瘤形成,并有助于豆粒生长。缺硫植株呈淡绿色,一般先呈现在较幼嫩的叶片上。随着缺硫严重,叶片渐趋皱缩。在有机质含量低的砂质土壤上,极度缺硫的情况下植物就会死亡。