Apa yang kita ketahui dan di bagian tubuh mana ia ditemukan?

Apa yang kita ketahui tentang belerang dan apa saja sifat-sifatnya?

Belerang adalah elemen anorganik yang penting, umumnya ditemukan di lingkungan kita, baik di atmosfer, air, maupun tanah, dan juga merupakan komponen penting dalam sistem biologis - tanaman, hewan, dan manusia.

Dikenal dengan simbol kimia S, yang berasal dari nama latin sulfur.

Belerang adalah unsur dalam Grup 16 dari tabel periodik unsur kimia dan ditemukan di Periode 3.

Nama belerang berasal dari kata Yunani chalkos (bijih) dan gennaó (membentuk).

Oleh karena itu, namanya menunjukkan bahwa mereka adalah pembentuk bijih dan terjadi terutama dalam bentuk bijih.

Sulfur unsur adalah padatan kristal yang rapuh pada suhu kamar, berwarna kuning pucat, tidak berbau dan tidak berasa.

Unsur ini merupakan unsur non-logam, tidak mampu menghantarkan arus listrik, tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik.

Ia cukup reaktif dan bergabung dengan banyak elemen. Ia terbakar dengan nyala api biru yang khas untuk membentuk sulfur dioksida, yang sudah memiliki bau yang menjengkelkan dan menyesakkan.

Belerang mampu membentuk banyak molekul poliatomik dalam bentuk padat, cair, dan gas, dengan kata lain, belerang memiliki banyak bentuk.

Ringkasan tabel informasi kimia dan fisika dasar tentang belerang

Ini adalah elemen paling melimpah kesepuluh di alam semesta.

Ini terjadi pada tingkat yang lebih rendah dalam bentuk unsur alaminya. Ini jauh lebih umum dalam senyawa yang terjadi terutama sebagai sulfida (S2-) atau sulfat (SO42-).

Ini adalah komponen endapan bawah tanah - sebagai bijih sulfida (bentuk murni), sebagai berbagai mineral, sebagai bagian dari mata air panas dan geyser, dan dalam bahan bakar fosil (minyak, gas alam, batu bara).

Mineral ini juga sangat sering ditemukan di daerah vulkanik dalam bentuk unsurnya.

Mineral sulfida yang paling dikenal adalah pirit (FeS2), sinabarit (HgS), galena (PbS), sfalerit (ZnS) atau antimonit (Sb2S3), sedangkan mineral sulfat yang paling dikenal adalah gipsum (CaSO4), celestin (SrSO4), atau barit (BaSO4).

Belerang telah dikenal sejak zaman prasejarah karena keberadaannya dalam bentuk murni. Orang-orang prasejarah menggunakan belerang sebagai pigmen untuk lukisan gua, dan digunakan dalam upacara-upacara dalam agama-agama di Mesir. Belerang juga disebutkan dalam Alkitab - sehubungan dengan api neraka yang disulut oleh belerang.

Penggunaan praktis belerang dimulai di Mesir, di mana belerang digunakan untuk memutihkan kapas, atau di Cina, di mana belerang merupakan bagian dari bahan peledak.

Belerang ditemukan sebagai elemen pada tahun 1777 oleh ahli kimia Prancis Antoine Lavoisier, dan baru pada tahun 1809 belerang terbukti sebagai elemen kimia.

Saat ini, belerang terutama digunakan (hingga 85% dari jumlah total) untuk memproduksi asam sulfat, yang kemudian digunakan, misalnya, dalam produksi pupuk, pigmen, bahan peledak, produk minyak bumi, baterai, dan akumulator.

Belerang juga digunakan dalam pembuatan kertas, pewarna, korek api, pembunuh serangga dan jamur, sebagai bahan pemutih, pengawet, antioksidan, atau sebagai komponen obat-obatan (misalnya antibiotik, anestesi, obat penghilang rasa sakit, antiemetik, emetik, atau untuk pengobatan penyakit jantung).

Apa peran belerang dalam tubuh?

Belerang hampir selalu ada dalam tubuh manusia sebagai bagian dari molekul yang lebih kompleks, dan tidak muncul dalam bentuk bebas.

Molekul-molekul ini, di mana belerang merupakan bagian yang tak tergantikan, memainkan peran penting dalam banyak proses fisiologis, dan sangat penting untuk kesehatan dan berfungsinya tubuh.

Sebagian besar belerang ditemukan dalam senyawa organik kompleks seperti asam amino, protein, enzim, atau vitamin. Belerang muncul dalam banyak konfigurasi dalam senyawa-senyawa ini.

Asam amino paling umum yang mengandung sulfur dalam strukturnya adalah metionin, sistein, homosistein, dan taurin, sedangkan yang lainnya termasuk sistin, sistathion, atau asam sisteat.

Proporsi sulfur tertinggi dari jumlah total sulfur dalam tubuh ditemukan dalam protein, yang bahan penyusunnya adalah asam amino yang mengandung sulfur.

Dari vitamin-vitamin tersebut, yang paling penting adalah tiamin (vitamin B1) dan biotin (vitamin B7). Belerang juga ditemukan dalam senyawa organik lain seperti asam lipoat, koenzim A, glutation, kondroitin sulfat, heparin, estrogen, atau fibrinogen.

Fungsi biologis dasar belerang, baik dalam bentuknya sendiri maupun sebagai bagian dari molekul yang lebih kompleks, antara lain:

• Merupakan bahan penyusun asam amino, vitamin, dan senyawa organik penting lainnya.
• Terlibat dalam struktur dan fungsi protein (melalui asam amino sebagai bahan penyusun dasar protein).
• Mempengaruhi fungsi enzim dan proses metabolisme.
• Meningkatkan kekuatan dan ketahanan rambut, kuku, kulit dan tulang rawan.
• Memiliki efek antioksidan.
• Memiliki efek antimikroba dan antijamur.
• Memiliki efek menguntungkan pada perkembangan dan fungsi otak dan saraf.
• Memiliki efek pada fungsi hormon.
• Ketika digunakan secara eksternal, ia memperlambat pembentukan dan perbanyakan sel-sel kulit (efek ini digunakan dalam pengobatan berbagai penyakit kulit).

Sumber belerang yang paling penting bagi tubuh

Sumber belerang yang paling penting bagi manusia adalah makanan. Melalui makanan, belerang diambil dalam bentuk senyawa yang lebih kompleks (terutama asam amino dan vitamin) atau dalam bentuk yang lebih sederhana - sebagai sulfit atau sulfat.

Banyak senyawa belerang yang beracun bagi manusia (misalnya hidrogen sulfida), tidak hanya jika dikonsumsi secara oral tetapi juga jika dihirup.

Oleh karena itu, hanya ada sejumlah kecil senyawa belerang yang aman dan diperlukan oleh tubuh manusia.

Proporsi terbesar belerang dalam makanan berasal dari dua asam amino, yaitu metionin dan sistein, yang ditemukan dalam protein yang berasal dari tumbuhan dan hewan.

Metionin adalah asam amino esensial yang tidak dapat dibuat sendiri oleh tubuh, oleh karena itu, kita bergantung pada asupannya dalam makanan.

Dalam kasus sistein, situasinya agak berbeda. Ini bukan asam amino esensial, karena sistein dibentuk di dalam tubuh dalam proses metabolisme metionin.

Kebutuhan fisiologis untuk sistein dipenuhi tidak hanya dengan asupan makanan sistein tetapi juga dengan meningkatkan asupan metionin, yang kemudian dimetabolisme menjadi sistein.

Kebutuhan harian sulfur pada manusia dapat terpenuhi dengan baik jika sekitar 13 mg/kg asam amino ini dikonsumsi dalam makanan.

Dari sudut pandang nutrisi, metionin saja juga dapat memasok semua sulfur yang dibutuhkan tubuh.

Belerang juga masuk ke dalam tubuh melalui senyawa anorganik yang ada dalam makanan - yaitu sulfat atau sulfit. Akan tetapi, ini hanya merupakan sumber belerang yang dapat diabaikan bagi tubuh.

Penyerapannya di saluran pencernaan rendah dan oleh karena itu mereka jarang dimasukkan dalam asupan belerang harian yang dibutuhkan.

Makanan hewani yang kaya akan belerang adalah protein hewani, telur, produk susu, daging, ikan, dan makanan laut.

Dari makanan nabati, yang paling penting adalah sayuran (bawang merah, bawang putih, daun bawang, daun bawang, daun bawang, kubis, kangkung, kembang kol, brokoli, selada air, sawi, lobak, lobak), buah-buahan (raspberry), kacang-kacangan, dan bibit gandum.

Belerang juga ditemukan dalam air mineral atau dalam jumlah kecil dalam air keran.

Belerang dapat menimbulkan bau khas pada beberapa makanan berprotein yang menyerupai telur busuk.

Tidak ada rekomendasi yang pasti untuk belerang dan asupan harian yang optimal. Asupan asam amino yang mengandung belerang dalam jumlah yang cukup memastikan jumlah belerang yang cukup dan diperlukan untuk fungsi tubuh yang tepat.

Dalam industri makanan, kita juga dapat melihat penambahan belerang yang disengaja pada makanan selama pemrosesan.

Ini adalah penambahan sulfit, yang bertindak sebagai pengawet, antioksidan, atau zat pemutih dalam makanan.

Biasanya, sulfit ditambahkan ke makanan seperti:

• Buah-buahan dan sayuran dalam bentuk mentah, olahan, beku, kering atau kalengan, dalam bentuk jus, selai, selai jeruk, atau olesan
• Kembang gula, sirup, dan pemanis
• Sereal dan produk sereal, kacang-kacangan
• Produk daging
• Ikan dan makanan laut
• Bumbu dan rempah-rempah
• Bir, anggur, alkohol, dan minuman beraroma

Daftar tabel bahan tambahan makanan yang diizinkan

Sulfit juga termasuk dalam banyak obat atau suplemen makanan.

Belerang - dari asupan hingga ekskresi

Penyerapan

Seperti yang telah disebutkan, hampir semua belerang masuk ke dalam tubuh melalui dua asam amino - metionin atau sistein.

Dalam kasus metionin, tempat utama penyerapan adalah usus kecil. Di sini, metionin diserap oleh pengangkut tertentu.

Metionin adalah salah satu asam amino dengan tingkat penyerapan tertinggi di saluran pencernaan.

Proporsi metionin yang diserap relatif tinggi. Namun, sekitar 20-30% dari jumlah tersebut dimetabolisme secara langsung selama penyerapan untuk membentuk sulfat.

Sistein diserap di lingkungan usus halus dan juga melalui transporter yang bergantung pada energi.

Penyerapan senyawa sulfur anorganik dalam saluran pencernaan, yaitu sulfat atau sulfit yang diambil dalam makanan atau dibentuk oleh metabolisme asam amino, rendah.

Sebagian besar sulfat hingga 1 gram diserap di usus kecil dan besar. Penyerapan melalui transporter natrium-sulfat.

Distribusi

Sulfat berada di urutan keempat dalam daftar anion yang paling melimpah dalam darah manusia.

Konsentrasinya dalam urin sekitar 300 µmol/l. Asupan makanan sulfat atau asam amino yang mengandung sulfur meningkatkan kadarnya kadang-kadang dengan faktor dua.

Konsentrasi sulfit yang biasa dalam darah adalah 5 µmol/l, tetapi mungkin dalam kisaran referensi 0-10 µmol/l.

Dalam tes darah standar, tingkat sulfur atau senyawanya tidak ditentukan.

Belerang diangkut dari darah kembali ke dalam jaringan dan sel-sel tubuh melalui beberapa jenis pembawa.

Sulfat atau asam amino yang mengandung belerang juga dapat melewati plasenta dalam dua arah. Kemampuan untuk melewati dua arah ini sangat penting untuk menjaga pasokan belerang yang cukup untuk janin dan untuk mencegah kelebihan yang berbahaya.

Belerang juga melewati sawar darah otak dalam bentuk sistin, yang kemudian terdegradasi menjadi sulfat di lingkungan otak.

Metabolisme dan penyimpanan belerang

Karena belerang biasanya dicerna dalam makanan dalam bentuk molekul yang lebih kompleks, belerang dimetabolisme atau dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana di dalam tubuh.

Secara umum, belerang dimetabolisme dengan mengoksidasi belerang dalam bentuk sulfida S2- (dalam bentuk ini terdapat dalam senyawa organik yang lebih kompleks) menjadi sulfit SO32- dan selanjutnya menjadi sulfat SO42-.

Sulfat dapat disimpan dalam jaringan yang terikat pada askorbat, sehingga membentuk simpanan sulfur. Namun, simpanan sulfur ini sangat kecil. Selanjutnya, sulfur dilepaskan dari ikatannya dengan askorbat oleh enzim sesuai dengan kebutuhan organisme.

Metabolisme metionin terjadi melalui serangkaian proses yang dikendalikan oleh enzim. Hasil akhir metabolisme adalah pembentukan sulfat.

Namun, selain sulfat, homosistein, sistathione, sistin, taurin, dan juga sistein juga terbentuk selama metabolisme. Ini adalah produk metabolisme metionin.

Sistein bukanlah asam amino esensial, oleh karena itu, sumber sistein tidak hanya berasal dari makanan, tetapi juga dapat terbentuk di dalam tubuh karena metionin.

Molekul sistein dan metionin itu sendiri tidak disimpan di dalam tubuh, melainkan dioksidasi menjadi sulfat anorganik atau diikat menjadi glutathione (tripeptida yang terdiri dari tiga asam amino yang memiliki sifat antioksidan yang kuat).

Ekskresi

Sulfur dan senyawanya sebagian besar dikeluarkan dari tubuh melalui urin.

Setiap hari, manusia mengeluarkan total sekitar 1,3 g belerang dalam urin. Jika asupan makanan yang mengandung belerang lebih tinggi, proporsi belerang yang dikeluarkan akan meningkat.

Belerang diekskresikan dalam urin dalam bentuk ester organik (sekitar 15%). Sisa volume yang hilang dalam bentuk sulfat.

Laju ekskresi sulfur oleh paru-paru juga dipengaruhi oleh tingkat vitamin D dalam tubuh.

Rute ekskresi sulfur lainnya, misalnya feses, dapat diabaikan (<0,5 mmol/hari).

Apa konsekuensi dari penyimpangan dari tingkat sulfur fisiologis?

Seperti halnya mineral atau elemen lain, penting untuk menjaga sulfur pada tingkat yang bermanfaat dan aman bagi tubuh.

Konsekuensi patologis dari kekurangan sulfur dalam tubuh manusia sendiri belum didefinisikan dan oleh karena itu tidak diketahui.

Beberapa sumber telah melaporkan bahwa gangguan otak dan kerusakan jaringan ikat telah terjadi pada pasien dengan cacat pada pembawa sulfur tertentu.

Kadar belerang yang terlalu tinggi dalam tubuh dapat menyebabkan hilangnya mineral dari tulang dan kemudian meningkatkan risiko osteoporosis.

Paparan belerang dosis tinggi dapat memicu serangan asma dan reaksi alergi kulit seperti gatal-gatal.

Belerang juga memiliki banyak senyawa yang bersifat racun bagi manusia, salah satu contohnya adalah sulfur dioksida.

Paparan tubuh terhadap senyawa ini, misalnya dalam bentuk polusi udara, menyebabkan radang saluran pernapasan bagian atas, penyempitan saluran napas, dan penyakit paru-paru.

Sumber utama dan terbesar sulfur adalah asupan makanan dalam bentuk asam amino yang mengandung sulfur, yaitu metionin dan sistein.

Oleh karena itu, gejala kekurangan atau kelebihan keduanya dapat dikaitkan dengan sulfur.

Penyebab utama kekurangan metionin dan sistein dalam tubuh adalah asupan protein makanan yang sangat rendah. Kecuali jika ada masalah yang terkait dengan penyerapan atau metabolisme kedua asam amino ini, kekurangan dapat diatasi dengan meningkatkan asupannya.

Namun, cacat bawaan dalam penyerapan atau metabolisme asam amino ini juga diketahui. Dengan demikian, kadarnya yang berlebihan atau tidak mencukupi dalam tubuh tidak secara langsung bergantung pada asupan makanan.

Cacat bawaan dalam penyerapan termasuk, misalnya, berbagai malabsorpsi.

Gangguan metabolisme termasuk gangguan fungsi berbagai enzim yang terlibat dalam metabolisme metionin dan sistein, yang pada akhirnya menyebabkan penumpukan atau ketiadaan metabolitnya di dalam tubuh.

Secara umum, gangguan ini dimanifestasikan terutama oleh:

• gangguan fungsi mental
• perkembangan individu yang tertunda
• gangguan kejang
• gangguan gerakan
• kelainan darah seperti kekurangan sel darah merah dan trombosit
• akumulasi metabolit tertentu yang berlebihan dalam urin
• pembentukan batu ginjal dan saluran kemih

Gangguan penting yang berkaitan dengan gangguan metabolisme asam amino yang mengandung sulfur adalah gangguan yang disebut homosistinuria.

Hal ini muncul sebagai akibat dari kurangnya fungsi enzim sistionin sintase, yang memfasilitasi konversi homosistein menjadi sulfur.

Dengan demikian, homosistein terakumulasi dalam darah dalam jumlah besar dan menyebabkan masalah kesehatan, dan juga diekskresikan dalam jumlah besar dalam urin.

Karena homosistein adalah prekursor untuk pembentukan sistein, produksinya berkurang pada penyakit ini.

Homosistinuria menyebabkan kerusakan mata (miopia, pengaburan dan pergeseran lensa), kerusakan tulang (osteoporosis, skoliosis, patah tulang) atau gangguan sistem saraf (perkembangan yang tertunda, kecacatan intelektual, gangguan psikologis).

Homosistein juga merupakan kontributor penting untuk penyakit kardiovaskular, khususnya trombosis vena dalam, emboli paru, atau stroke.

Beberapa penelitian juga mengaitkan metionin dengan perkembangan kanker tertentu, karena pertumbuhan beberapa sel kanker menunjukkan ketergantungan pada asam amino ini.