Mida me teame ja kus kehas see leidub?

Mida me teame väävli kohta ja millised on selle omadused?

Väävel on oluline anorgaaniline element, mida leidub sageli meie keskkonnas, nii atmosfääris, vees kui ka pinnases. Samuti on see oluline komponent bioloogilistes süsteemides - taimedes, loomades ja inimestes.

Seda tuntakse keemilise sümboli S all, mis tuleneb ladinakeelsest nimest väävel.

Väävel on keemiliste elementide perioodilisustabelis 16. rühmas ja kuulub 3. perioodi.

Nimi tuleneb kreekakeelsetest sõnadest chalkos (malm) ja gennaó (moodustada).

Seega viitab nende nimi sellele, et nad on malmi moodustavad ja esinevad peamiselt malmidena.

Elementaarne väävel on toatemperatuuril rabe kristalne tahke aine, mis on kahvatukollase värvusega, lõhnatu ja maitsetu.

Ta on mittemetalliline element, ei suuda juhtida elektrivoolu, on vees lahustumatu, kuid lahustub orgaanilistes lahustites.

Ta on üsna reaktiivne ja ühineb paljude elementidega. Ta põleb iseloomuliku sinise leegiga, moodustades vääveldioksiidi, millel on juba ärritav ja lämmatav lõhn.

Väävel on võimeline moodustama palju polüatomaarsete molekulide tahkeid, vedelaid ja gaasilisi molekule, st tal on palju vorme.

Tabeli kujuline kokkuvõte väävli põhilistest keemilistest ja füüsikalistest andmetest

See on kümnes kõige sagedamini esinev element universumis.

Esineb vähemal määral looduslikul elementaarsel kujul. Palju sagedamini esineb ta ühendites, milles ta esineb peamiselt sulfiididena (S2-) või sulfaatidena (SO42-).

See on maa-aluste maardlate koostisosa - sulfiidmaakide (puhtal kujul), mitmesuguste mineraalide, kuumade allikate ja geisrite osana ning fossiilsetes kütustes (nafta, maagaas, kivisüsi).

Väga sageli leidub seda elementaarsel kujul ka vulkaanilistes piirkondades.

Tuntuimad sulfiidmineraalid on püriit (FeS2), tsinnabariit (HgS), galeniit (PbS), sfaleriit (ZnS) või antimonit (Sb2S3). Tuntuimad sulfaatmineraalid on kips (CaSO4), tseleestiit (SrSO4) või bariit (BaSO4).

Väävlit on tuntud juba eelajaloolisest ajast alates, sest ta on olemas puhtal kujul. Eelajaloolised inimesed kasutasid väävlit pigmendina koopamaalingute jaoks ja seda kasutati Egiptuse religioonides tseremooniatel. Seda mainitakse ka Piiblis - seoses põrgutulega, mida väävel toidab.

Väävli praktiline kasutamine algas Egiptuses, kus seda kasutati puuvilla pleegitamiseks, või Hiinas, kus seda kasutati lõhkeainete koostisosana.

Väävli avastas prantsuse keemik Antoine Lavoisier elemendina 1777. aastal ja alles 1809. aastal tõestati, et väävel on keemiline element.

Tänapäeval kasutatakse väävlit peamiselt (kuni 85 % koguhulgast) väävelhappe tootmiseks, mida seejärel kasutatakse näiteks väetiste, pigmentide, lõhkeainete, naftatoodete, patareide ja akude tootmisel.

Väävlit kasutatakse ka paberi, värvainete, tikkude, putukate ja hallitusseente hävitajate valmistamisel, pleegitusainena, säilitusainena, antioksüdandina või ravimite koostisosana (nt antibiootikumid, anesteetikumid, valuvaigistid, antiemeetikumid, emetikumid või südamehaiguste raviks).

Milline on väävli roll organismis?

Väävel esineb inimkehas peaaegu alati keerulisemate molekulide osana. Vabal kujul seda ei esine.

Need molekulid, mille asendamatu osa on väävel, mängivad paljudes füsioloogilistes protsessides olulist rolli. Nad on olulised keha tervise ja nõuetekohase toimimise jaoks.

Enamik väävlit leidub keerulistes orgaanilistes ühendites, nagu aminohapped, valgud, ensüümid või vitamiinid. Väävel esineb nendes ühendites paljudes konfiguratsioonides.

Kõige levinumad aminohapped, mille struktuuris on väävlit, on metioniin, tsüsteiin, homotsüsteiin ja tauriin. Teised on tsüsteiin, tsüstatioon või tsüsteiinhape.

Suurim väävli osakaal kogu väävli koguhulgast organismis on valkudes, mille ehituskivideks on väävlit sisaldavad aminohapped.

Vitamiinidest on kõige olulisemad tiamiin (vitamiin B1) ja biotiin (vitamiin B7). Väävlit leidub ka muudes orgaanilistes ühendites, nagu lipoehape, koensüüm A, glutatioon, kondroitiinsulfaat, hepariin, östrogeenid või fibrinogeen.

Väävli põhilised bioloogilised funktsioonid, kas iseseisvalt või osana keerukamatest molekulidest, on järgmised:

• See on aminohapete, vitamiinide ja muude oluliste orgaaniliste ühendite ehituskivi.
• Ta osaleb valkude struktuuris ja funktsioonis (aminohapete kui valkude põhiliste ehitusplokkide kaudu).
• See mõjutab ensüümide funktsiooni ja ainevahetusprotsesse.
• Soodustab juuste, küünte, naha ja kõhre tugevust ja vastupidavust.
• Omab antioksüdantset mõju.
• Omab antimikroobset ja seenevastast toimet.
• Mõjutab soodsalt aju ja närvide arengut ja toimimist.
• Mõjutab hormonaalset funktsiooni.
• Väliselt kasutatuna aeglustab naharakkude moodustumist ja paljunemist (seda toimet kasutatakse erinevate nahahaiguste raviks).

Kõige olulisemad väävli allikad keha jaoks

Kõige olulisem väävliallikas inimese jaoks on toit. Toidu kaudu võetakse väävlit üles keerulisemate ühendite (peamiselt aminohapete ja vitamiinide) või lihtsamate vormide - sulfitite või sulfaatidena.

Paljud väävliühendid on inimesele mürgised (nt vesiniksulfiid), mitte ainult suukaudselt, vaid ka sissehingamisel.

Seetõttu on ainult piiratud arv väävliühendeid, mis on inimorganismile ohutud ja vajalikud.

Suurima osa toiduga saadavast väävlist moodustavad kaks aminohapet - metioniin ja tsüsteiin. Neid aminohappeid leidub nii taimse kui ka loomse päritoluga valkudes.

Metioniin on asendamatu aminohape, mida organism ei suuda ise toota, mistõttu sõltume selle saamisest toiduga.

Tsüsteiini puhul on olukord mõnevõrra teistsugune. See ei ole asendamatu aminohape, sest tsüsteiin moodustub organismis metioniini ainevahetuse käigus.

Tsüsteiini füsioloogiline vajadus ei ole rahuldatud mitte ainult tsüsteiini tarbimisega toiduga, vaid ka metioniini suurenenud tarbimisega, mis seejärel metaboliseerub tsüsteiiniks.

Inimese päevane väävli vajadus on piisavalt kaetud, kui neid aminohappeid tarbitakse toiduga ligikaudu 13 mg/kg kohta.

Toitumise seisukohalt võib ka metioniin üksi anda organismile kogu vajaliku väävli.

Väävel satub organismi ka toiduga saadavate anorgaaniliste ühendite, s.o sulfaatide või sulfitite kaudu. Need on aga vaid tühine väävliallikas organismile.

Nende imendumine seedetraktis on väike ja seetõttu kuuluvad nad harva vajaliku päevase väävli tarbimise hulka.

Väävlirikkad loomse päritoluga toiduained on loomsed valgud, munad, piimatooted, liha, kala ja mereannid.

Taimsetest toiduainetest on kõige olulisemad köögiviljad (sibul, küüslauk, porrulauk, murulauk, kapsas, lehtkapsas, lillkapsas, brokoli, vesikress, sinep, mädarõigas, redis), puuviljad (vaarikad), pähklid ja nisu idud.

Väävlit leidub ka mineraalvees või väikestes kogustes kraanivees.

Väävel võib mõnes valgurikkas toidus olla iseloomulik lõhn, mis meenutab mädanenud mune.

Väävli ja selle optimaalse päevase tarbimise kohta ei ole määratletud soovitusi. Piisava koguse väävlit sisaldavate aminohapete tarbimine tagab piisava ja vajaliku väävlikoguse organismi nõuetekohaseks toimimiseks.

Toiduainetetööstuses näeme ka väävli tahtlikku lisamist toiduainetele töötlemise käigus.

See on sulfitite lisamine, mis toimivad toiduainetes säilitus-, antioksüdantide või pleegitusainetena.

Tavaliselt lisatakse sulfiite toiduainetele, nagu näiteks:

• Puuviljad ja köögiviljad toorelt, töödeldud, külmutatud, kuivatatud või konserveeritud kujul, mahlades, moosides, marmelaadides või võietes.
• kondiitritooted, siirupid ja magusained.
• teraviljad ja teraviljatooted, pähklid
• Lihatooted
• Kala ja mereannid
• Maitsetaimed ja vürtsid
• Õlu, vein, alkohol ja maitsestatud joogid

Lubatud toidu lisaainete tabeli kujuline loetelu

Sulfitid sisalduvad ka paljudes ravimites või toidulisandites.

Väävel - alates tarbimisest kuni eritumiseni

Imendumine

Nagu juba mainitud, satub peaaegu kogu väävel organismi kahe aminohappe - metioniini või tsüsteiini - kaudu.

Metioniini puhul on esmane imendumiskoht peensool. Siin imendub metioniin spetsiifiliste transporterite abil.

Metioniin on üks aminohapetest, mille imendumine seedetraktis on kõige kiirem.

Metioniini imendumise osakaal on suhteliselt suur. 20-30 % kogusest metaboliseerub siiski otse imendumise käigus, moodustades sulfaate.

Tsüsteiin imendub peensoole keskkonnas ja ka spetsiifiliste energiasõltuvate transporterite kaudu.

Anorgaaniliste väävliühendite, st toiduga omandatud või aminohapete ainevahetuse käigus moodustunud sulfaatide või sulfitite imendumine seedetraktis on väike.

Enamik kuni 1 grammi kaaluvaid sulfaate imendub peensooles ja jämesooles. Imendumine toimub naatriumsulfaadi transporteri kaudu.

Jaotumine

Sulfaadid on inimveres kõige sagedamini esinevate anioonide loetelus neljandal kohal.

Nende kontsentratsioon uriinis on umbes 300 µmol/l. Sulfaatide või väävlit sisaldavate aminohapete tarbimine toiduga suurendab nende sisaldust mõnikord kaks korda.

Tavaline sulfitite kontsentratsioon veres on 5 µmol/l, kuid see võib olla võrdlusvahemikus 0-10 µmol/l.

Tavalistes vereanalüüsides ei määrata väävli või selle ühendite taset.

Väävel transporditakse verest tagasi keha kudedesse ja rakkudesse mitut tüüpi kandjate kaudu.

Väävlit sisaldavad sulfaadid või aminohapped on samuti võimelised läbima platsentat mõlemas suunas. See võime läbida mõlemat teed on oluline nii loote piisava väävlivarustuse säilitamiseks kui ka kahjuliku ülekülluse vältimiseks.

Väävel läbib ka vere-aju barjääri tsüstiini kujul, mis seejärel laguneb ajukeskkonnas sulfaadiks.

Väävli metabolism ja ladustamine

Kuna väävlit võetakse tavaliselt toiduga vastu keerulisemate molekulide kujul, metaboliseerub või laguneb see organismis lihtsamateks molekulideks.

Üldiselt metaboliseerub väävel sulfiidide S2- kujul (sellisel kujul esineb ta keerulisemates orgaanilistes ühendites) sulfititeks SO32- ja seejärel sulfaatideks SO42-.

Sulfaadid võivad ladestuda kudedes askorbaadiga seondunult, moodustades seega väävlivaramu. Need väävlivaramu on siiski väga väikesed. Seejärel vabaneb väävel askorbaadiga seondumisest ensüümide abil vastavalt organismi vajadustele.

Metioniini ainevahetus toimub mitmete protsesside kaudu, mida kontrollivad ensüümid. Metabolismi lõpptulemuseks on sulfaadi moodustumine.

Kuid lisaks sulfaadile moodustub selle ainevahetuse käigus ka homotsüsteiini, tsüstatiooni, tsüstiine, tauriini ja ka tsüsteiini. Need on metioniini ainevahetuse saadused.

Tsüsteiin ei ole asendamatu aminohape. Seetõttu ei ole tsüsteiini allikas ainult toit ise, vaid see võib tekkida ka organismis metioniini tõttu.

Tsüsteiini ja metioniini molekulid ise ei salvestu organismis. Nende saatus seisneb selles, et nad oksüdeeritakse anorgaanilisteks sulfaatideks või seotakse glutatiooniga (kolmest aminohappest koosnev tripeptiid, millel on tugevad antioksüdantsed omadused).

Eritumine

Väävel ja selle ühendid erituvad organismist peamiselt uriiniga.

Iga päev eraldab inimene uriiniga kokku umbes 1,3 g väävlit. Kui väävli tarbimine toiduga on suurem, suureneb väljutatava väävli osakaal.

Väävel eritub uriiniga orgaaniliste estrite kujul (umbes 15 %). Ülejäänud mahukadu toimub sulfaatidena.

Väävli eritumise määra kopsude kaudu mõjutab ka D-vitamiini tase organismis.

Muud väävli eritumise viisid, nt väljaheited, on tähtsusetud (< 0,5 mmol/päevas).

Mis on füsioloogilisest väävlitasemest kõrvalekaldumise tagajärg?

Nagu ka teiste mineraalide või mikroelementide puhul, on oluline hoida väävlit tasemel, mis on organismile kasulik ja ohutu.

Väävlipuuduse patoloogilised tagajärjed inimkehas ei ole määratletud ja seetõttu ei ole need teada.

Mõned allikad on teatanud, et patsientidel, kellel on defekt teatud väävlikandjate osas, on esinenud ajuhäireid ja sidekoekahjustusi.

Liiga kõrge väävli sisaldus organismis võib põhjustada mineraalide kadumist luudest ja seejärel suurendada osteoporoosi riski.

Kokkupuude suurte väävliannustega võib vallandada astmahooge ja nahaallergilisi reaktsioone, nagu näiteks nõgestõbi.

Väävel sisaldab ka mitmeid ühendeid, mis on inimestele mürgised. Näiteks on vääveldioksiid.

Organismi kokkupuude nende ühenditega, näiteks õhusaaste kujul, põhjustab ülemiste hingamisteede põletikku, hingamisteede ahenemist ja kopsuhaigusi.

Peamine ja suurim väävliallikas on toiduga saadav väävlit sisaldavate aminohapete metioniini ja tsüsteiini kujul.

Seetõttu võib nende puuduse või ülejäägi sümptomeid osaliselt seostada väävliga.

Metioniini ja tsüsteiini puuduse esmane põhjus organismis on märkimisväärselt vähene toiduvalgu tarbimine. Kui nende kahe aminohappe imendumise või ainevahetusega ei ole seotud probleeme, saab puudust ravida nende tarbimise suurendamisega.

Siiski on teada ka kaasasündinud defektid nende aminohapete imendumisel või ainevahetuses. Seega ei sõltu nende liigne või ebapiisav tase organismis otseselt toiduga saadavast kogusest.

Sündinud imendumishäired hõlmavad näiteks mitmesuguseid malabsorptsioone.

Metaboolsed häired hõlmavad metioniini ja tsüsteiini ainevahetuses osalevate erinevate ensüümide talitlushäireid. See toob lõpuks kaasa nende metaboliitide kuhjumise või puudumise organismis.

Üldiselt avalduvad need häired peamiselt järgmiselt:

• häiritud vaimne funktsioon
• indiviidi arengu hilinemine
• krambihäired
• liikumishäired
• verehäired, näiteks punaliblede ja trombotsüütide puudulikkus.
• teatavate metaboliitide liigne kogunemine uriinis
• neeru- ja uriinikivide teke

Oluline väävlit sisaldavate aminohapete ainevahetuse häiretega seotud häire on homotsüstinuuria.

See tekib homotsüsteiini väävliks muundamist hõlbustava ensüümi tsütatioonisüntaasi puuduliku toimimise tagajärjel.

Homotsüsteiin koguneb seega veres suurtes kogustes ja põhjustab terviseprobleeme. Samuti eritub see suurtes kogustes uriiniga.

Kuna homotsüsteiin on tsüsteiini moodustumise eelkäija, on selle tootmine selle haiguse korral vähenenud.

Homotsüstinuuria põhjustab silmakahjustusi (lühinägelikkus, läätse hägustumine ja nihkumine), luukahjustusi (osteoporoos, skolioos, luumurrud) või närvisüsteemi häireid (arenguhäired, vaimne puue, psüühikahäired).

Homotsüsteiin on oluline tegur ka südame- ja veresoonkonnahaiguste, eriti süvaveenitromboosi, kopsuemboolia või insuldi tekkeks.

Mõned uuringud on seostanud metioniini ka teatavate vähkkasvajate tekkega. See on tingitud sellest, et mõnede vähirakkude kasv näitab sõltuvust sellest aminohappest.