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Lexikon der Biochemie: Schwefelstoffwechsel

Schwefelstoffwechsel, der Umsatz schwefelhaltiger Verbindungen im lebenden Organismus. Schwefel wird in verschiedener Form von allen Lebewesen zum Aufbau von Biomolekülen benötigt. Viele Mikroorganismen können anorganische Schwefelverbindungen, wie Sulfid, Sulfit, Sulfat und Thiosulfat, oder in einigen Fällen auch elementaren Schwefel assimilieren. Pflanzen assimilieren anorganische Sulfate (Sulfatassimilation), können aber auch Schwefeldioxid SO2 in einem gewissen Umfang aus der Atmosphäre aufnehmen und in Cystein und Methionin ihrer Proteine einbauen. Allerdings kann der Schwefelbedarf damit nicht gedeckt werden, da es bei höheren Konzentrationen an Schwefeldioxid in der Luft zu Rauchschäden kommt, wie sie häufig in der Nähe von chemischen Industriebetrieben an Wäldern auftreten. Schwefeldioxid wird im Blatt zu Sulfat oxydiert, der Form, unter der Schwefel durch Pflanzen assimiliert und im Pflanzenkörper transportiert wird. Sulfat wird aus dem Boden aufgenommen, reduziert (Sulfatreduktion) und assimiliert. Anorganische Sulfate, die in den meisten Böden als Gips (CaSO4·2H2O) und Anhydrit (CaSO4) vorkommen, sind die Hauptquelle für die Schwefelernährung der meisten Pflanzen. Sulfide des Bodens, wie die Eisensulfide FeS und FeS2 (Pyrit), können durch rein chemische Prozesse zu elementarem Schwefel oxidiert werden, der von Schwefelbakterien weiter zu Sulfat umgesetzt wird. Farblose Schwefelbakterien (wie Beggiatoa, Thiobacillus, Thiothrix) oxidieren reduzierten Schwefel im Endeffekt zu Sulfat und spielen deshalb im Schwefelkreislauf der Biosphäre (Abb.) eine wichtige Rolle. Die Reduktion von Sulfat ist ein Spezifikum von Mikroorganismen (Sulfatatmung) und Pflanzen, die mithin anorganischen S. aufweisen, im Unterschied zum Tier, das auf organische Schwefelverbindungen in der Nahrung angewiesen ist. L-Cystein und L-Methionin sind proteinogene Aminosäuren und Träger des Proteinschwefels. Cystein kann im Tier auch aus dem Methionin der Nahrung synthetisiert werden. Methionin wird durch Pflanze und Tier aus Cystein nach demselben Mechanismus aufgebaut (L-Methionin). Auch einige Coenzvme sind schwefelhaltig.

Sulfatatmung und Sulfatassimilation setzen die Aktivierung des Sulfats (3'-Phosphoadenosin-5'-phosphosulfat) voraus, zu der auch der tierische Organismus befähigt ist (Sulfotransferase). Oxidierte organische Schwefelverbindungen sind zumeist Zwischenprodukte oder Endprodukte des Abbaus von L-Cystein oder sekundäre Schwefelverbindungen.



Schwefelstoffwechsel. Oxidoreduktionsreaktionen des Schwefels in verschiedenen Organismen.

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