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Kompaktlexikon der Biologie: Schwefelassimilation

Schwefelassimilation, bei Pflanzen und Mikroorganismen die Synthese organischer schwefelhaltiger Biomoleküle aus anorganischen, in der Bodenlösung vorhandenen Schwefelverbindungen. Als Makronährelement übernimmt Schwefel bei Pflanzen wie im Stoffwechsel aller Lebewesen wichtige Funktionen; so sind z.B. Eisen-Schwefel-Komplexe 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. Deshalb verwundert es nicht, dass bei Schwefelmangel der pflanzliche Proteinhaushalt gestört ist (Mangelsymptome).

Bei der S. spielt vor allem die Sulfatreduktion eine wichtige Rolle, da Schwefel in der Bodenlösung überwiegend als Calciumsulfat vorliegt, das – von Düngung abgesehen – aus der Verwitterung von Muttergestein hervorgeht. Sulfat wird zunächst durch das Enzym ATP-Sulfurylase 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 acht Elektronen notwendig, wobei sich die Oxidationsstufe des Schwefels von +6 auf –2 verändert. Elektronendonoren sind NAD(P)H, Glutathion, Ferredoxin, Thioredoxin oder O-Acetylserin. Die zweite S-haltige Aminosäure Methionin wird unter Beteiligung von drei weiteren Enzymen aus Cystein synthetisiert.

Ort der S. sind bei Pflanzen die Blätter, in denen durch die Lichtreaktionen der Fotosynthese u.a. reduziertes Thioredoxin und Ferredoxin sowie während der Fotorespiration auch Serin entstehen. Der assimilierte Schwefel wird vermutlich überwiegend von Glutathion über das Phloem zu Orten der Proteinsynthese transportiert.

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  • Die Autoren

Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
Dr. Barbara Dinkelaker
Dr. Daniel Dreesmann

Wissenschaftliche Fachberater:
Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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