Siarka - cichy fundament glutationu i sprawnej pracy wątroby

dr hab. Ewa Kłodzińska, prof. AWFiS

Siarka rzadko pojawia się w rozmowach o zdrowiu tak często jak magnez, cynk czy witamina D. Tymczasem jest niezbędna do budowy wielu białek i enzymów, a zawierająca siarkę cysteina stanowi kluczowy substrat do syntezy glutationu - jednego z najważniejszych wewnątrzkomórkowych systemów ochronnych człowieka.

Gdy dostępność aminokwasów siarkowych, zwłaszcza cysteiny, jest niewystarczająca, synteza glutationu może zostać ograniczona. Nie oznacza to, że glutation przestaje powstawać całkowicie ani że każda taka sytuacja prowadzi do choroby wątroby. Może jednak osłabiać ochronę antyoksydacyjną hepatocytów oraz część procesów sprzęgania, w których glutation uczestniczy.

Siarka w organizmie - nie tylko skóra, włosy i paznokcie

Organizm człowieka nie wykorzystuje siarki głównie jako wolnego pierwiastka. Otrzymuje ją przede wszystkim z pożywienia w postaci aminokwasów siarkowych oraz innych związków zawierających siarkę.
    • Metionina jest aminokwasem niezbędnym - organizm nie potrafi jej wytworzyć, dlatego musi być dostarczana z dietą.
    • Cysteina może powstawać w organizmie z metioniny w szlaku transsulfuracji, lecz jej dostępność może być niewystarczająca w określonych stanach fizjologicznych, chorobowych lub żywieniowych.

Cysteina uczestniczy w tworzeniu mostków dwusiarczkowych stabilizujących strukturę białek. Jest również składnikiem keratyny, dlatego prawidłowa dostępność aminokwasów siarkowych ma znaczenie dla budowy włosów, paznokci i warstwy rogowej skóry.
Związki siarki uczestniczą także w syntezie glutationu, przemianach aminokwasów, procesach metylacji i transsulfuracji, budowie enzymów i białek, funkcjonowaniu tkanki łącznej oraz niektórych reakcjach sprzęgania zachodzących w wątrobie. Ich rola jest więc znacznie szersza niż wpływ na wygląd skóry, włosów i paznokci.

Rysunek 1. Od aminokwasów siarkowych do glutationu – znaczenie dla ochrony wątroby. Schematyczne przedstawienie zależności pomiędzy podażą aminokwasów siarkowych, dostępnością cysteiny, syntezą glutationu oraz funkcjonowaniem naturalnych mechanizmów ochronnych hepatocytów. Synteza glutationu wymaga również glutaminianu, glicyny i energii w postaci ATP. Źródło: opracowanie własne.

Glutation - jeden z najważniejszych strażników komórek

Glutation, oznaczany skrótem GSH, jest tripeptydem zbudowanym z trzech aminokwasów:
    • kwasu glutaminowego.
    • cysteiny.
    • glicyny.
Szczególne znaczenie ma cysteina. Dostarcza ona glutationowi reaktywnej grupy tiolowej zawierającej siarkę. Grupa ta uczestniczy w reakcjach oksydacyjno-redukcyjnych i umożliwia glutationowi pełnienie funkcji ochronnych.
Synteza glutationu przebiega w dwóch reakcjach enzymatycznych. Najpierw z glutaminianu i cysteiny powstaje gamma-glutamylocysteina, następnie dołączana jest glicyna. Oba etapy wymagają energii w postaci ATP.

glutaminian + cysteina + glicyna + ATP  ->  glutation

Cysteina jest często uznawana za substrat ograniczający szybkość syntezy glutationu. Jednak poziom GSH zależy nie tylko od podaży siarki. Znaczenie mają także dostępność pozostałych aminokwasów, aktywność enzymów, zasoby energetyczne komórki, tempo zużywania i regeneracji glutationu oraz nasilenie stresu oksydacyjnego.

Glutation uczestniczy między innymi w:
    • neutralizowaniu części reaktywnych form tlenu i nadtlenków.
    • pracy peroksydaz glutationowych.
    • utrzymywaniu prawidłowego środowiska oksydacyjno-redukcyjnego komórki.
    • ochronie białek, lipidów błonowych i mitochondriów przed uszkodzeniami oksydacyjnymi.
    • regeneracji innych elementów sieci antyoksydacyjnej.
    • metabolizmie wybranych leków i związków obcych.
    • regulacji odpowiedzi immunologicznej i procesów komórkowych.

Dlaczego glutation jest tak ważny dla wątroby?

Wątroba jest jednym z głównych narządów odpowiedzialnych za syntezę, magazynowanie i wykorzystywanie glutationu. Nieustannie przetwarza substancje pochodzące z pożywienia, leków, alkoholu, środowiska oraz naturalnych przemian metabolicznych.

W pierwszej fazie biotransformacji część związków jest przekształcana przez enzymy, między innymi układu cytochromu P450. Powstające produkty pośrednie mogą być bardziej reaktywne od związków wyjściowych. W kolejnych reakcjach są one sprzęgane z cząsteczkami ułatwiającymi ich dalsze przetwarzanie i wydalanie.

Jednym z takich mechanizmów jest sprzęganie z glutationem, katalizowane przez S-transferazy glutationowe. Glutation nie jest uniwersalnym środkiem usuwającym wszystkie toksyny, ale stanowi istotny element metabolizmu części elektrofilowych związków i reaktywnych metabolitów.

Jednocześnie GSH pomaga ograniczać stres oksydacyjny powstający podczas intensywnej pracy hepatocytów. Jeżeli jego synteza lub regeneracja nie nadąża za zużyciem, komórki wątroby mogą być bardziej podatne na działanie reaktywnych form tlenu i produktów peroksydacji lipidów. Dlatego niewystarczająca dostępność substratów potrzebnych do syntezy glutationu może pogarszać warunki, w których wątroba wykonuje swoje zadania, ale nie jest samodzielnym rozpoznaniem choroby ani dowodem uszkodzenia narządu.

Rysunek 2. Rola glutationu w ochronie hepatocytu przed stresem oksydacyjnym. Glutation uczestniczy w neutralizowaniu części reaktywnych form tlenu, ograniczaniu uszkodzeń oksydacyjnych struktur komórkowych oraz sprzęganiu wybranych reaktywnych metabolitów. Grafika ma charakter schematyczny i nie przedstawia wszystkich szlaków metabolizmu glutationu. Źródło: opracowanie własne.

Co może ograniczać zasoby glutationu?

Na syntezę, zużycie i regenerację glutationu wpływa wiele elementów. Należą do nich:
    • niedostateczna podaż energii i pełnowartościowego białka.
    • mała dostępność metioniny, cysteiny lub glicyny.
    • niedożywienie i bardzo restrykcyjne diety.
    • zaburzenia trawienia lub wchłaniania składników odżywczych.
    • przewlekły stres oksydacyjny i stan zapalny.
    • częste lub nadmierne spożywanie alkoholu.
    • palenie tytoniu i ekspozycja na zanieczyszczenia.
    • niektóre choroby wątroby i zaburzenia metaboliczne.
    • intensywny wysiłek bez odpowiedniego żywienia i regeneracji.
    • starzenie się organizmu oraz przewlekły niedobór snu.
Nie każdy z tych czynników powoduje niedobór glutationu, a ich znaczenie zależy od dawki, czasu działania i stanu organizmu. Pokazują jednak, że gospodarki glutationowej nie można sprowadzić wyłącznie do przyjmowania jednego suplementu.

Czy istnieje niedobór siarki?

W praktyce klinicznej nie rozpoznaje się zazwyczaj izolowanego niedoboru siarki na podstawie jednego rutynowego badania krwi. Siarka jest dostarczana głównie jako składnik aminokwasów i innych związków obecnych w żywności. Dlatego bardziej precyzyjne jest mówienie o:
    • niewystarczającej podaży białka lub aminokwasów siarkowych.
    • zaburzeniach trawienia i wchłaniania.
    • zwiększonym zapotrzebowaniu metabolicznym.
    • zaburzeniach przemian metioniny i cysteiny.
    • nasilonym zużyciu glutationu w warunkach stresu oksydacyjnego.
Pogorszenie kondycji włosów i paznokci, wolniejsza regeneracja czy przewlekłe zmęczenie są objawami nieswoistymi. Mogą mieć wiele przyczyn, w tym niedobór żelaza, cynku, białka, zaburzenia tarczycy, choroby przewodu pokarmowego, przewlekły stan zapalny lub niedobór snu. Nie powinny więc samodzielnie służyć do rozpoznawania niedoboru siarki.

Gdzie znajdziemy aminokwasy i związki siarkowe?

Podstawowym źródłem metioniny i cysteiny są produkty białkowe:
    • jaja.
    • ryby i owoce morza.
    • mięso.
    • mleko i przetwory mleczne.
    • rośliny strączkowe, soja i tofu.
    • orzechy oraz nasiona.
    • pełnoziarniste produkty zbożowe.
Wartościowych związków siarkoorganicznych dostarczają również warzywa kapustne, takie jak brokuły, kalafior, kapusta, brukselka i jarmuż, a także czosnek, cebula i por. Warzywa te nie zastępują odpowiedniej podaży białka, lecz mogą stanowić cenny element urozmaiconej diety wspierającej fizjologiczne mechanizmy ochronne organizmu.

Rysunek 3. Naturalne źródła aminokwasów i związków siarkowych w diecie. Metionina i cysteina występują przede wszystkim w produktach bogatych w białko, takich jak jaja, ryby, nabiał, soja, rośliny strączkowe, orzechy i nasiona. Warzywa kapustne, czosnek, cebula i por dostarczają również biologicznie aktywnych związków siarkoorganicznych. Źródło: opracowanie własne.

Czy warto suplementować siarkę lub MSM?

MSM, czyli metylosulfonylometan, jest związkiem zawierającym siarkę i popularnym składnikiem suplementów przeznaczonych między innymi dla stawów, skóry, włosów i paznokci. Nie należy jednak zakładać, że każda osoba z osłabionymi włosami, zmęczeniem albo nieprawidłowymi parametrami wątrobowymi potrzebuje MSM.
Przed suplementacją warto ocenić sposób żywienia, ilość i jakość spożywanego białka, stan przewodu pokarmowego, możliwość prawidłowego trawienia i wchłaniania, stosowane leki i suplementy oraz wyniki badań laboratoryjnych. Suplement nie zastąpi odpowiedniej diety ani diagnostyki, a u osób z chorobami przewlekłymi lub przyjmujących leki powinien być dobierany indywidualnie.

Jak wspierać naturalną syntezę glutationu?
    1. Odpowiednia podaż białka. Organizm potrzebuje aminokwasów do syntezy cysteiny i glutationu.
    2. Różnorodna dieta. Warto łączyć dobre źródła białka z warzywami kapustnymi, cebulowymi oraz produktami bogatymi w naturalne antyoksydanty.
    3. Dbałość o trawienie i wchłanianie. Nawet prawidłowo skomponowana dieta nie spełni swojej funkcji, jeżeli składniki odżywcze nie są skutecznie trawione i przyswajane.
    4. Ograniczenie alkoholu i palenia tytoniu. Czynniki te zwiększają stres oksydacyjny i mogą nasilać zużywanie zasobów glutationu.
    5. Sen i regeneracja. Przewlekły brak snu może zaburzać równowagę oksydacyjno-redukcyjną oraz procesy naprawcze.
    6. Odpowiednio dobrana aktywność fizyczna. Regularny umiarkowany wysiłek wspiera adaptacyjne mechanizmy antyoksydacyjne, podczas gdy nadmierne obciążenie bez regeneracji może zwiększać stres oksydacyjny.
    7. Diagnostyka zamiast zgadywania. Nieprawidłowe próby wątrobowe, ból brzucha, nudności, świąd skóry, ciemny mocz albo żółtaczka wymagają konsultacji lekarskiej.

Najważniejszy wniosek

Siarka jest niezbędnym składnikiem aminokwasów uczestniczących w budowie białek i syntezie glutationu. Niewystarczająca dostępność cysteiny, glicyny, energii lub innych elementów potrzebnych do wytwarzania i regeneracji GSH może ograniczać możliwości ochrony antyoksydacyjnej komórek.
Dla wątroby ma to szczególne znaczenie, ponieważ glutation uczestniczy zarówno w ograniczaniu stresu oksydacyjnego, jak i w sprzęganiu części reaktywnych związków. Nie należy jednak upraszczać tego mechanizmu do stwierdzenia, że brak siarki automatycznie blokuje produkcję glutationu i uszkadza wątrobę.
Najlepsze wsparcie gospodarki glutationowej jest kompleksowe: odpowiednia ilość białka i energii, różnorodna dieta, sprawne trawienie i wchłanianie, ograniczenie alkoholu i dymu tytoniowego oraz właściwa regeneracja. Nie chodzi wyłącznie o dostarczenie siarki w kapsułce, lecz o stworzenie organizmowi warunków do skutecznego budowania własnych systemów ochronnych.

Literatura

1. Lu S.C. Glutathione synthesis. Biochimica et Biophysica Acta. 2013;1830(5):3143-3153. DOI: 10.1016/j.bbagen.2012.09.008. PubMed

2. Griffith O.W., Mulcahy R.T. The enzymes of glutathione synthesis: gamma-glutamylcysteine synthetase. Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology. 1999;73:209-267. DOI: 10.1002/9780470123195.ch7. PubMed

3. Bin P. i wsp. Oxidation Resistance of the Sulfur Amino Acids: Methionine and Cysteine. BioMed Research International. 2017;2017:9584932. DOI: 10.1155/2017/9584932. Pełny tekst

4. Wu G. i wsp. Glutathione metabolism and its implications for health. Journal of Nutrition. 2004;134(3):489-492. DOI: 10.1093/jn/134.3.489. PubMed

5. Forman H.J., Zhang H., Rinna A. Glutathione: overview of its protective roles, measurement, and biosynthesis. Molecular Aspects of Medicine. 2009;30(1-2):1-12. DOI: 10.1016/j.mam.2008.08.006. PubMed

Artykuł ma charakter edukacyjny i nie zastępuje diagnostyki, konsultacji lekarskiej ani indywidualnie dobranego postępowania.