Tema21

21.- METABOLISMO DEL AZUFRE . 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 un macronutriente que se encuentra en la naturaleza y
la cantidad que los vegetales necesitan en relación a los
compuestos nitrogenados es del 7%.
Tanto el nitrógeno como el azufre toman el poder asimilatorio de la
fotosíntesis . El azufre , en las cosechas produce una
homogeneidad de las mismas, con campos de coloración amarilla.
Las condiciones del crecimiento de la planta afectan a la calidad del
producto derivado , este es uno de los aspectos prácticos de la
asimilación del azufre.
El azufre es un elemento menos móvil que el nitrógeno y la
deficiencia se da en hojas jóvenes.
Forma parte de aminoácidos azufrados ( cisteína , metionina ) , en
coenzimas, tiamina y biotina . También se encuentra en moléculas
muy importantes para el metabolismo y en adenosilmetionina ( vía
de la que depende 3 reguladores de crecimiento como son:
 Etileno ( participa en la maduración de frutos )
 Poliaminas ( favorece la división y diferenciación celular)
 Procesos de metilación ( favorece la metilación del ADN)
Muchos compuestos como la biotina tienen que ser ingeridos por
los animales , ya que solo las plantas , hongos y bacterias son
capaces de incorporar el azufre y reducirlo , pero solo las plantas
incorporan azufre en elementos orgánicos elaborados.
El SO42- ( sulfato ) es muy importante ya que interviene en la
homeostasis regulando su balance iónico y su regulación iónica. A
su vez también mantiene la glutation reductasa que favorece el
potencial redox celular.
El reservorio de azufre es de gran interés para los mecanismos de
síntesis del las Fitoalexinas ( moléculas de azufre que disparan
mecanismos de alerta ante el ataque de patógenos ) . Forma parte
de las Fitoquelatinas ( proteinas con capacidad de unirse a metales
pesados).
La finalidad del ciclo del azufre consiste en la asimilación de sulfato
para dar lugar a compuestos inorgánicos ( cisteina , metionina)
Red asimiladora
Plantas, bacterias,
red no asimiladora
Incorporación
de SO4= a
polisacáridos
, fenoles,
esteroides, etc
desulfovibrio
(+6)
(-2)
Cisteina
Proteinas
cofactores
S=
SO4=
Oxid.quimosintetica
metionina
Oxid.respiratoria
Reducción y asimilación del sulfato.
Una vez el sulfato se incorpora a la planta , tiene un papel regulador
de la homeostasis , se produce un proceso de red asimiladora para
dar aminoácidos.
La planta toma azufre del suelo a través de la raíz por absorción, la
cual está modulada por el producto final. En ocasiones se puede
obtener a través de las hojas mediante los estomas y las lenticelas
absorbiéndose sulfhídrico y sulfuroso.
En la absorción de azufre hay transportadores especificos es un
proceso activo desde la entrada en plasmalema. Los
transportadores están unidos a ATPasa y suelen ser permeasas.
Existe un gasto de azufre en las zonas de crecimiento activo , en las
hojas.
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 de sulfato se reduce a cisteína.
Una vez distribuido e incorporado , el sulfato es acumulado en
vacuolas y solamente se produce su reducción cuando se activa el
proceso mediante un gasto de ATP.
Incorporación
via apoplasto
Incorporación del azufre reducido a compuestos
orgánicos.
El azufre una vez reducido a sulfuro ya está preparado para que
sea asimilado . Como anteriormente hemos citado , este sulfato
para ser reducido tiene que ser activado con ATP y para ello se
utiliza la ATP-sulfurilasa dando lugar a adenosinfosfosulfato. Este
compuesto se vuelve a reactivar con otro gasto de ATP dando lugar
a fosfoadenosinfosfosulfato ( en animales puede integrarse en
moléculas mas complejas mediante enlaces éster). El resto de los
aminoácidos azufrados deben incorporarse con la dieta.
Sulfato activado
adenosinfosfosulfato
Dos vías de
incorporación
Se cree que la vía de adenosinfosfosulfato(APS) es la vía prioritaria
de reducción para incorporar azufre en forma de aminoácidos
azufrados en plantas superiores (en ellas se dan los dos procesos
de incorporación )
Asimilación del sulfato
El proceso tiene lugar con aporte de electrones y la transferencia de
grupos fosfato , según esta hipótesis se produce la incorporación a
través de un transportador intermediario (glutatión y
fitoquelatinas)mediante reducción .La formación de sulfato a sulfuro
se hace con electrones procedente de la ferredoxina y así
obtenemos cisteina y metionina.
Se han encontrado diferentes isoformas de sulfurasas y reductasa
en plastos y citoplasma, (la cisteina se encuentra en los plastos).
La segunda vía necesitaría fosfoadenosinfosfosulfato(PAPS) para
que se produzca la incorporación del azufre y se da en organismos
heterótrofos ( levaduras , algas , bacterias) mientras que la APS se
da en organismos autótrofos ( protozoos , algas verdeazuladas...)
Existe una interconexión entre APS y PAPS incluso en plantas.Las
fitoquelatinas funcionan como resistencia delas plantas a metales
pesados
Reducción Fotosintética del sulfato.
La vía PAPS el azufre se va a reducir a cisteina a través de sulfato
libre y en el proceso participa la tiorredoxina y como donador de
electrones la ferredoxina.
La cisteína se puede
transformar para dar lugar a
diferentes aminoácidos
derivados de metabolitos y
dar metabolitos secundarios
del tipo alcaloide , los cuales
son importantes para la
obtención de productos
farmacéuticos y cosméticos.
El proceso depende de los
procesos lumínicos , ya que la
asimilación del sulfato se
produce preferentemente en
las hojas
(donde hay cloroplastos
activos), por lo que cualquier
factor que incida sobre la
fotosíntesis incide sobre el
proceso. La absorción de
sulfato se realiza en las raíces
mediante permeasas , y como
en las raíces no existen
cloroplastos se produce la exportación del sulfato vía xilema hacia
las hojas donde se almacena en vacuolas . Los aminoácidos
fabricados se consideran como fotoasimilados y se distribuyen por
el floema.
Si algún agente hace que la planta carezca de hojas es en los
plastos de las células radicales donde tiene la síntesis de
aminoácidos.
Regulación de la reducción del sulfato.
Como anteriormente hemos citado existen isoformas de las enzimas
que no tienen localización estricta y estas isoformas son en general
mucho menos activos y solo funcionan con regulaciones del PH o
regulación negativa. Esta regulación incluye cambios en la actividad
enzimática y síntesis de nuevos mecanismos.
Beatriz Tavira Iglesias 3ºC