Georgina Hernández Montes

RAI-UNAM

La Dra. Georgina Hernández Montes es Química Farmacobióloga egresada de la Facultad de Química de la UNAM. Actualmente es parte de la Red de Apoyo a la Investigación (RAI) de la UNAM y se ha especializado en el área de bioinformática. Esta publicación fue revisada por el comité editorial de la Academia de Ciencias de Morelos.

Como ya se ha mencionado anteriormente en otros artículos de esta misma columna, los diferentes elementos químicos que hemos podido organizar en la tabla periódica tienen un papel importante en el desarrollo de la vida en el planeta y más específicamente, han desempeñado funciones importantes en la salud humana. En este artículo revisaremos uno de los elementos que, aunque no son de los más abundantes en los seres vivos, si son de los más interesantes, el azufre.

Se ha documentado que el azufre es conocido desde la antigüedad, ya que se sabe que en Egipto era utilizado para purificar los templos. En Grecia, en el siglo XIX a.C. Homero ya recomendaba evitar la pestilencia mediante la quema de azufre. Los hebreos hacen referencia al azufre en la biblia y a partir de entonces se le asocia con satanás, esto debido a su conexión con los volcanes y las aguas termales, ya que todo lo que venga de las entrañas de la Tierra, era asociado con el infierno. A partir de estas fuentes, emergen gases como de ácido sulfúrico y dióxido de azufre que reaccionan entre sí para formar agua y azufre. Sin embargo, fue hasta 1777 que Antoine Lavoisier a través de sus experimentos con fósforo y azufre lo identificó como un elemento.

Naturaleza química y aplicaciones

El azufre es un elemento químico no metálico que tiene un color amarillo, una textura quebradiza, no tiene olor, es insípido e insoluble en agua. Desde el punto de vista químico tiene un peso atómico de 32.064, un número atómico de 16, y está representado por el símbolo «S» (Figura 1). Este compuesto como muchos otros, se sintetizó durante la formación de las estrellas, como se mencionó anteriormente en un artículo de esta misma columna (http://www.acmor.org.mx/?q=content/el-origen-de-los-%C3%A1tomos). El azufre se encuentra en forma nativa en regiones volcánicas, pero en sus formas reducidas se encuentra formando sulfuros y en sus formas oxidadas forma sulfatos. La estructura atómica del azufre le permite ganar o perder electrones lo que genera que tenga una variedad de estados de oxidación: -2, +2, +4, +6. A los compuestos que contiene azufre, se les denomina como tioles.

El azufre y sus derivados tienen una gran cantidad de aplicaciones, se utiliza para la producción de ácido sulfúrico para las baterías, en la fabricación de pólvora, en la vulcanización del caucho, en los procesos para blanquear papel, en la elaboración de fósforos y en la producción de pólvora. El sulfato de magnesio se utiliza como laxante, exfoliante o suplemento para plantas. Hay compuesto que también se utilizan como fungicidas o para la elaboración de fertilizantes.

El azufre y los sistemas biológicos

El azufre es el décimo elemento más abundante de la tierra, por lo que es difícil encontrar ecosistemas donde este sea un nutriente limitante. Se transforma y se incorpora a los sistemas biológicos a través de una serie de reacciones bioquímicas que se denomina el ciclo del azufre y en el que participan plantas, bacterias y animales (Figura 2).

Durante el ciclo de azufre suceden diferentes eventos:

1. El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H2S) o dióxido de azufre (SO2), ambos gases provenientes de volcanes activos y por la descomposición de la materia orgánica.
2. El sulfuro de hidrógeno(H2S), el sulfuro(S2-) y el azufre elemental (S) se oxidan a sulfato (SO42−) por medio de bacterias.
3. El sulfato se incorpora a las plantas a través de las raíces para realizar sus funciones biológicas principalmente de crecimiento y de biosíntesis a partir de diferentes compuestos. El proceso de reducción del sulfato también se da en hongos y bacterias.
4. Los animales incorporan el sulfato reducido a través del consumo de plantas.
5. Cuando en la atmósfera se combina el azufre con el agua, se forma ácido sulfúrico (H2SO4) que al momento de precipitar se convierte en lluvia ácida.

El azufre en la salud humana

En los humanos el azufre es el sexto macro-mineral más abundante en la leche materna y el tercer mineral más abundante en función del porcentaje del peso corporal total. La principal fuente de este elemento son los aminoácidos que contienen azufre: metionina, cisteína, cistina, homocisteína, homocistina y taurina. También existen otros compuestos como el metilsulfonilmetano, un componente volátil en el ciclo del azufre. A continuación, revisaremos algunos de estos compuestos para conocer su función y sus usos en la salud humana.

Metionina

La metionina es un aminoácido esencial, es decir que no puede ser sintetizado por los humanos por lo que debemos adquirirlo en el consumo de carne de animales, pescado, mariscos, huevos y lácteos. Este aminoácido es necesario para la síntesis de otros aminoácidos y de proteínas. Tiene una función muy importante como donante de metilo, que es un grupo funcional que está presente en su estructura (Figura 4a). Esta capacidad de donar su grupo funcional le permite reaccionar para formar otras moléculas como la colina, que ayuda a prevenir el hígado graso y la cirrosis. Otros estudios en humanos indican que la metionina puede disminuir los niveles de acetaldehído que se producen después de la ingesta de alcohol por lo que podría tener un efecto protector contra el daño causados por el alcohol.

Cisteína

La cisteína es un derivado de la metionina (figura 4b) y desempeña funciones importantes para la síntesis de proteínas. Es un agente antioxidante y es precursor para la síntesis de glutatión y taurina (figura 4c y 4d). Desde el punto de vista clínico, la cisteína se puede administrar por vía oral para atrapar elementos traza tales como cobre, cobalto y selenio en el intestino para disminuir su absorción.

En particular, la cisteína tiene un papel importante para la estructura de las proteínas ya que gracias al grupo tiol que tiene este aminoácido, puede formar uniones llamadas puentes disulfuro. Los puentes disulfuro, es un enlace covalente fuerte entre dos cisteínas y a estos dímeros de cisteínas que encontramos en las proteínas, se les llama cistinas. La queratina, es una proteína que tiene un alto contenido de cisteínas (y cistinas) y que tiene una estructura fibrosa. Esta proteína es el componente principal del pelo, uñas, plumas, cuernos, picos y pezuñas en los animales.

En el cabello, es muy fácil observar el papel que tienen los puentes disulfuro de las cisteínas ya que determinan que el cabello se vea lacio u ondulado. De hecho, los tratamientos químicos utilizados en la industria de los productos de belleza, son empleados para modificar el patrón de estos enlaces y así lograr que el cabello se ondule o se alacíe. Si los enlaces disulfuro se dan entre cadenas paralelas de queratina, éstas se mantienen alineadas y tendremos un cabello lacio; si los enlaces disulfuro se dan de forma diagonal, las fibras de queratina forman una especie de espiral y el cabello será rizado (figura 3). De manera natural, la forma en que se enlazan los átomos de azufre en la queratina está determinada por la información contenida en nuestros genes. Sin embargo, podemos alaciar o alisar el cabello utilizando calor y un cepillo para cambiar la estructura de las fibras. De manera opuesta, los tratamientos “permanentes” para rizar o enchinar el pelo usan una la loción rizadora que contiene hidróxido de amonio (que rompe la cutícula para que la solución penetre fácilmente) y tioglicolato de amonio (rompe los enlaces disulfuro separando las cadenas de queratina). El olor característico de las permanentes es una combinación del olor del amoniaco y el olor a huevo podrido de los compuestos de azufre. Finalmente, una vez tratado el cabello con estos agentes químicos, es posible rizarlo de manera mecánica usando rizadores los cuales orientaran las fibras del cabello, de tal manera que formen nuevos puentes disulfuro de manera diagonal, dado como resultado un cabello rizado.

De manera más desafortunada, tenemos algunas enfermedades relacionadas con la formación de las cistinas. La tricotiodistrofia es una enfermedad genética muy rara, que la padecen unas 200 personas en el mundo. Los que padecen la enfermedad tienen entre otros síntomas, un cabello corto y frágil, piel seca y escamosa (ictiosis), uñas quebradizas y signos de envejecimiento prematuro en la piel. En los casos más extremos, se observa retraso en el crecimiento, déficit intelectual y fotosensibilidad en la piel.

Glutatión

El glutatión (GSH) es un tripéptido que consiste en γ-glutamina-cisteína-glicina, y se conoce como el tiol endógeno no proteico más abundante. Entre sus funciones se incluyen la desintoxicación de radicales libres y peróxidos, la regulación del crecimiento celular, la regulación de la función de las proteínas, y el mantenimiento de la función inmune. También es una parte fundamental de las reacciones para la desintoxicación de xenobióticos es decir compuestos que son poco frecuentes en humanos. Se ha observado que una disminución en el GSH acelera el proceso de envejecimiento, por lo que mantener concentraciones óptimas de GSH en procesos de envejecimiento o de aumento de estrés oxidativo es beneficioso.

Taurina

La taurina es un aminoácido derivado del metabolismo de la metionina y la cisteína (Figura 4d). Tiene un papel como neurotransmisor participa en la formación de la bilis y está presente en altas concentraciones en la mayoría de los tejidos, particularmente en células proinflamatorias como los fagocitos polimorfonucleares y en la retina.

Se han reportado patologías retinianas en animales y seres humanos con deficiencia de taurina. Con la excepción de la leche de vaca, la taurina se distribuye ampliamente en alimentos de muchas fuentes animales, pero no de plantas.

Clínicamente, la taurina administrada por vía oral, se ha utilizado con diversos grados de éxito en el tratamiento de las siguientes afecciones: enfermedades cardiovasculares, hipercolesterolemia, epilepsia y otros trastornos convulsivos, degeneración macular, enfermedad de Alzheimer, trastornos hepáticos, alcoholismo y fibrosis quística. Recientemente, se ha popularizado el uso de bebidas energéticas donde podemos encontrar a este aminoácido en combinación con altas concentraciones de cafeína y azúcar. Aunque existen estudios que sugieren que la taurina combinada con cafeína mejora el desempeño mental, se necesitan más investigaciones y este hallazgo sigue siendo controvertido. Por lo tanto, el consumo de bebidas energizantes debe ser muy moderado o bien, si se sufre de hipertensión, no deben consumirse estas bebidas.

S-adenosil metionina

La S-adenosil metionina (SAM) es un compuesto que se sintetiza en el hígado y tiene una función preponderante como donador de grupos de metilo. Es producto de la combinación de metionina, colina y folato. El cuerpo normalmente fabrica toda la SAM que requiere a partir de la metionina, pero una deficiencia en cualquiera de los cofactores requeridos para su producción reduce la capacidad del cuerpo para producir SAM.

La SAM es necesaria para el crecimiento y reparación de las células. También colabora en la biosíntesis de diversas hormonas y neurotransmisores que afectan al estado de ánimo, como la dopamina y la serotonina.

Clínicamente la suplementación de SAM puede actuar como un antidepresivo eficaz al elevar la actividad de la serotonina y la dopamina en el cerebro. La SAM también tiene un papel fundamental en el mantenimiento de la fluidez de la membrana. Algunos estudios han mostrado que la administración de SAM ejerce efectos analgésicos. En voluntarios humanos sanos se demostró que, después de la ingestión de etanol, la SAM redujo significativamente la concentración plasmática de etanol y acetaldehído razón por la cual tiene un efecto protector.

Polisacáridos

Hay dos polisacáridos que tienen en su estructura azufre y que tienen aplicaciones importantes en la salud humana. Uno de ellos es el sulfato de glucosamina (GS) una combinación de glutamina, glucosa y sulfato. Se usa principalmente para tratar la osteoartritis que es un padecimiento que daña el cartílago que recubre los extremos de los huesos en una articulación. Aunque el mecanismo de cómo funciona no se ha entendido por completo, se sabe que el sulfato de glucosamina puede aumentar la cantidad de cartílago y líquido que rodea la articulación y que el sulfato podría estar promoviendo la producción de cartílago. El otro polisacárido es el sulfato de condroitina, se compone de unidades de repetición lineales de D-galactosamina y ácido D-glucurónico y se encuentra en el cartílago humano, hueso, piel, córnea y la pared arterial. Se cree que el sulfato de condroitina también promueve la retención de agua y la elasticidad en el cartílago e inhibe las enzimas que descomponen el cartílago.

Finalmente, una de las aplicaciones más populares del azufre es su aplicación en una variedad de trastornos dermatológicos. Se usa como ingrediente en ungüentos para el acné, en champús anticaspa, así como antídoto para la exposición aguda al material radioactivo. El azufre ayuda en la curación de las heridas a través de la queratina y tiene una historia de uso popular como un remedio para las erupciones en la piel. Los baños que contienen azufre tienen una larga historia de uso para el tratamiento de la psoriasis, dolor reumático, e infecciones

Como hemos visto, el azufre tiene una presencia importante en nuestra vida diaria tanto desde el punto de vista de los ciclos biogeoquímicos que mantienen la regulación de los elementos en el planeta, como desde el punto de vista fisiológico que tienen que ver con nuestras funciones biológicas hasta la aplicación terapéutica que nos puede aportar beneficios en cuestiones de salud. Este artículo tiene la intención de dar a conocer la importancia de los elementos más que instruir en una cuestión de aplicación médica. Por lo que se recomienda ampliamente que en cuestiones de salud siempre se consulte a un médico.

El 2019 ha sido propuesto por la Organización de las Naciones Unidas como el Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos por lo que la Academia de Ciencias de Morelos ha decidido dedicarle una serie de artículos preparados por especialistas de diferentes disciplinas. Sirva este artículo para despertar su curiosidad y que nos permitan compartir con ustedes nuestro amor por los elementos y su máxima representación, la Tabla Periódica.

Esta columna se prepara y edita semana con semana, en conjunto con investigadores morelenses convencidos del valor del conocimiento científico para el desarrollo social y económico de Morelos. Desde la Academia de Ciencias de Morelos externamos nuestra preocupación por el vacío que genera la extinción de la Secretaría de Innovación, Ciencia y Tecnología dentro del ecosistema de innovación estatal que se debilita sin la participación del Gobierno del Estado.

Referencias

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19931493

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11896744

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2994368/

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/19390211.2016.1267059?journalCode=ijds20

Ligas de interés

https://medlineplus.gov/spanish/druginfo/natural/744.html#Action

https://medlineplus.gov/spanish/druginfo/natural/807.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Azufre

Fuente: Academia de Ciencias de Morelos