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Lexikon der Biologie: Schwefelassimilation

Schwefelassimilation w, bei Pflanzen und Mikroorganismen die Synthese organischer schwefelhaltiger Biomoleküle aus anorganischen, in der Bodenlösung vorhandenen Schwefelverbindungen. Als Makronährstoff übernimmt Schwefel bei Pflanzen wie im Stoffwechsel aller Lebewesen wichtige Funktionen. So sind z.B. Eisen-Schwefel-Komplexe (Eisen-Schwefel-Proteine) am Elektronentransport beteiligt, und die aktiven Zentren zahlreicher Enzyme und Biomoleküle enthalten Schwefel (Glutathion, Coenzym A, Thiamin, Biotin, Urease). Hinzu kommt, daß Struktur und Funktion vieler Proteine durch Disulfidbrücken (Disulfidbindung) aufrechterhalten werden. So ist verständlich, daß bei Schwefelmangel der pflanzliche Proteinhaushalt gestört ist. – Bei der Schwefelassimilation spielt vor allem die Sulfatreduktion (Sulfatreduzierer, Sulfatatmung) eine wichtige Rolle, da Schwefel in der Bodenlösung überwiegend als Calciumsulfat (Calcium) vorliegt, das – von Düngung abgesehen – aus der Verwitterung von Muttergestein (Bodenentwicklung) hervorgeht. Sulfat wird zunächst durch das Enzym ATP-Sulfurylase (assimilatorische Sulfatreduktion) unter Bildung von Adenosin-5'-phosphosulfat (APS) und Pyrophosphat (PPi) umgesetzt („aktiviert“), wobei die Hydrolyse des PPi eine zusätzliche Antriebskraft der Sulfataktivierung darstellt. APS dient als Substrat einer Reihe verschiedener Stoffwechselwege, in denen über die verschiedenen Zwischenstufen Sulfid oder Thiosulfid, die mit O-Acetylserin reagieren, die Aminosäure Cystein gebildet wird. Die damit verbundenen Reduktionsprozesse machen die Übertragung von 8 Elektronen notwendig, wobei sich die Oxidationsstufe (Oxidation) des Schwefels von +6 auf –2 verändert. Elektronendonoren sind NAD(P)H (Nicotinamidadenindinucleotid, Nicotinamidadenindinucleotidphosphat), Glutathion, Ferredoxin, Thioredoxin oder O-Acetylserin. Die zweite S-haltige Aminosäure Methionin wird unter Beteiligung von 3 weiteren Enzymen aus Cystein synthetisiert. – Ort der Schwefelassimilation sind bei Pflanzen die Blätter (Blatt), in denen durch die Lichtreaktionen der Photosynthese u.a. reduziertes Thioredoxin und Ferredoxin sowie während der Photorespiration auch Serin entstehen. Der assimilierte Schwefel wird vermutlich überwiegend von Glutathion über das Phloem zu Orten der Proteinsynthese (Translation) transportiert.

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