TEMA 24- Metabolismo del azufre

24. METABOLISMO DEL AZUFRE
CONTENIDOS
Ciclo del azufre en la biosfera. Reducción y
asimilación
del sulfato.
Incorporación
del
azufre
reducido
a compuestos orgánicos.
Reducción fotosintética del sulfato. Regulación
de la reducción del sulfato.
OBJETIVOS. Comprender los procesos implicados en la
incorporación del azufre en compuestos orgánicos, así
como los mecanismos de regulación.
CICLO DEL AZUFRE EN LA BIOSFERA
El azufre es necesario, y su deficiencia da lugar a
campos amarillentos. Con concentraciones de S
adecuadas se obtiene un desarrollo normal. Los
síntomas de deficiencia son muy similares a los del N:
clorosis general, acumulo de antocianos. Pero el N es
un elemento muy móvil y la deficiencia se presenta en
hojas adultas. En cambio el S es un elemento menos
móvil y la deficiencia se da en hojas jóvenes.
El azufre va a inferir en distintos procesos. El azufre en
forma tilo se va a unir a proteínas. En el caso del trigo
puede actuar como disparador de la acumulación de
proteínas de alto peso molecular durante la
maduración de la semilla.
El azufre va a formar en cantidades pequeñas
componentes orgánicos. En la envuelta de los
cloroplastos hay sulfolípidos. La variación de
sulfolípidos da lugar a un aumento de la fluidez de la
membrana. Esto ofrece una permeabilidad selectiva y
diferencial. Así hay un mayor trasiego electrónico y un
REDOX mucho más efectivo.
El azufre también forma parte de las proteínas, sobre
todo en los aminoácidos azufrados que los componen
(Glutation, cistina, cisteina, metionina). Está incluido
también en la tiamina, biotina, CoA... El azufre afecta a
la presencia de cofactores y coenzimas.
En el caso de enzimas, la incorporación de azufre
determina su actividad en momentos determinados
(SH reducido, tilo oxidado).
El SO42- juega un papel importante en el proceso de
homeostasis. Regula balance iónico y regulación
osmótica.
El azufre es importantísimo para mantener la vía
glutation reductasa. Es fundamental para mantener el
tamponamiento y favorecer el potencial Redox celular.
El azufre en muchas especies es básico para la
síntesis de compuestos fenólicos. Esos compuestos
son moléculas que se consideran fundamentales
dentro del metabolismo secundario. Hay estructuras
tigmotácticas que son responsables de la señalización.
REDUCCIÓN Y ASIMILACIÓN DEL SULFATO
El Ión sulfato va a ser la fuente de absorción de azufre
por la planta. Para que el azufre sea incorporado a
materia orgánica va a tener que reducirse y va a haber
unos pasos de asimilación. La fijación de azufre a
forma orgánica va a tener lugar a través de acetil
serina, siendo el primer aminoácido que se obtiene
cisteína.
De la disponibilidad de cisteina depende la
disponibilidad de metionina, y de la metionina depende
la de S-Adenosilmetionina. Así se afecta a procesos
tan fundamentales como regulación de la expresión
génica de forma directa y de forma indirecta porque
también dependen del etileno y de la poliamida.
El azufre también es básico para la formación de todos
los derivados de cisteína y también para las vías de
degradación.
La planta absorbe por las raíces sulfato, que no es
susceptible de ser incorporado en materia orgánica, ya
que el sulfato es bastante estable. Para fijarse tiene
que experimentar un proceso de reducción para llegar
a la forma de sulfuro, que va a ser compatible con la
formación de materia orgánica. La reducción
asimiladora se produce cuando a partir del sulfato se
reduce a cisteína.
La transformación del sulfuro a sulfato se realiza por
oxidación quimiosintética o bien por oxidación
respiratoria. Existe la forma de incorporación de
sustrato en forma de ésteres para mantener
estructuras de ciertos polisacáridos, de fenoles y de
otros compuestos.
La planta dispone de trazas de óxido de azufre y ácido
sulfhídrico que son absorbidos por los estomas a partir
de la actividad volcánica e industrial.
El sulfato se incorpora progresivamente a medida que
aumenta la concentración de sulfato en el medio. Esto
indica que no hay transportadores específicos de
sulfato porque no se saturan. Por ello tienen que
existir varios mecanismos de transporte y tiene que
existir algún mecanismo fisiológico de secuestración
por acumulación en vacuolas.
Es
dependiente
de
ATP
y
cuando
existe
compartimentalizaciones,
la
propia
compartimentalización
es
un
mecanismo
de
regulación.
INCORPORACIÓN DEL AZUFRE
COMPUESTOS ORGÁNICOS
REDUCIDO
A
El sulfito tiene que transformarse en una forma
compatible para su asimilación. Esa forma reducida es
el sulfuro.
Para que el sulfato entre a la reducción, necesitamos
energetizarlo con ATP. Para ello se utiliza la ATPsulfurilasa. Con ello pasamos de adenosínfosfosulfato
a pirofosfato.
El
paso
siguiente
es
la
reactivación
de
adenosínfosfosulfato con ATP para dar lugar a
fosfoadenosinfosfosulfato. Obtenemos 2 formas de
sulfato activo, y esto trae como consecuencia muchos
problemas para explicar los mecanismos de reducción
de S2. Es probable que la reducción de SO42- a SO32- sea
mediante
dos
vías.
La
primera
parte
de
adenosinfosfosulfato
y
la
otra
necesita
fosfoadenosinfosfosulfato
para
incorporarse.
La
necesidad de tener PAPS (fosfoadenosinfosfosulfato)
se da en heterótrofos (levaduras, algas, bacterias)
mientras que la APS se da en autótrofos (algas
verdeazuladas, protozoos,...)
Una hipótesis es que el APS se va a incorporar a través
de un transportador intermediario para incorporar el
azufre por reducción. La otra hipótesis del PAPS se da
preferentemente en heterótrofos. La vía intermediaria
se da en plantas superiores. Existe una interconexión
entre APS y PAPS incluso en plantas.
En plantas el sulfato va a ser incorporad junto con un
transportador. El transportador es una molécula con
grupos tilo. Dentro de los precursores está el glutation
y las fitoquelatinas.
Las fitoquelatinas funcionan esencialmente en la
resistencia de las plantas a metales pesados. Son
capaces de secuestrar ciertos metales y entre ellos
metales pesados.
REDUCCIÓN FOTOSINTÉTICA DEL SULFATO
El transporte de electrones producido es mediado por
ferredoxina. Hay una influencia directa del proceso
fotosintético, ya que la ferredoxina es un intermediario
en la cadena fotosintética.
La vía PAPS se va a reducir a cisteína a través de
sulfato libre, pasando a sulfito y a sulfuro y
participando en el proceso la tiorredoxina y como
donador de electrones la ferredoxina.
La aclaración del sistema es muy complejo porque
existen interconexiones entre las 2 vías.
El proceso depende fundamentalmente de todos los
procesos lumínicos. La asimilación de sulfato, que se
va a realizar preferentemente en hojas, va a estar
sometido a control fotoperiódico porque depende de la
luz. Cualquier factor que incide sobre la fotosíntesis
incide sobre el proceso.
El proceso se realiza en zonas donde hay cloroplastos
activos. La absorción de SO42- se produce en las raíces,
pero ahí no hay cloroplastos, así que se transporta a
las hojas preferentemente.
Los aminoácidos fabricados se consideran como
fotoasimilados y se distribuyen por el floema.
REGULACIÓN DE LA REDUCCIÓN DEL SULFATO
Parece ser que las isoformas de las enzimas no tienen
localización estricta plastídica. Hay también isoformas
citoplasmáticas.
Esas isoformas son en general mucho menos activos, y
solamente funcionan con regulaciones de pH o
regulación negativa.
La regulación va a incluir tanto cambios en actividad
enzimática como síntesis de novo de nuevos
mecanismos (corto y largo plazo respectivamente).
Cuando disminuye la concentración de sustrato,
aumenta la actividad del enzima para poder asimilar lo
mejor posible. Se crean más enzimas si hace falta para
asimilar todo lo posible.
Manuel Vaquero Campo