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Lexikon der Biologie: Schwefelkreislauf

Schwefelkreislauf, Stoffkreislauf des Schwefels im biogeochemischen Kreislauf. Wichtigste Schwefelquellen hierbei sind das Schwefeldioxid (SO2) aus der Luft sowie Sulfate aus Mineralien (vor allem aus Gips). – In Organismen ist Schwefel hauptsächlich an schwefelhaltige Aminosäuren (z.B. Cystein, Methionin, Homocystein) gebunden (Schwefelassimilation). Durch die biologische Mineralisation ( vgl. Abb. ) der organischen Substanzen unter anaeroben Bedingungen wird der Schwefel als Schwefelwasserstoff (H2S) abgespalten (Desulfuration). H2S wird auch durch vulkanische Tätigkeit abiotisch freigesetzt (z.B. in heißen Schwefelquellen [Hydrothermalquellen, Schwarze Raucher]). Unter aeroben Bedingungen kann H2S wieder durch den Luft-Sauerstoff zu elementarem Schwefel (S°) und Sulfat (SO42–) oder im Energiestoffwechsel von schwefeloxidierenden Bakterien (Schwefelbakterien) zu Sulfat mit Schwefel als Zwischenprodukt oxidiert werden. Auch freier elementarer Schwefel kann zum Energiegewinn bei Bakterien und Archaebakterien dienen. – Unter sauerstofffreien Bedingungen (anaerob) werden reduzierte Schwefelverbindungen (H2S, S°, S2O32–) von vielen phototrophen Bakterien als Wasserstoffdonor (Wasserstoff) zur Bildung von Reduktionsäquivalenten genutzt (grüne Schwefelbakterien, Schwefelpurpurbakterien). Dabei entsteht meist S° als Zwischenprodukt, als Endprodukt Sulfat. Sulfat dient wiederum den Sulfatreduzierern als Elektronenakzeptor in der anaeroben Veratmung organischer Substrate (Sulfatatmung). Dabei wird es zu H2S reduziert. Auch S° kann von den Schwefelreduzierern in der Schwefelatmung zu H2S umgewandelt werden. Dieser anaerobe Schwefelkreislauf der phototrophen Bakterien und chemotrophen Sulfat- bzw. Schwefelreduzierer verläuft oft in engem (symbiontischem) Kontakt (Consortium). – Grüne Pflanzen, andere photoautotrophe Formen und die meisten Mikroorganismen nehmen Schwefel in Form von Sulfat (SO42–) auf und reduzieren es (aerob und anaerob) assimilatorisch zu Sulfid (assimilatorische Sulfatreduktion). Dieses wird dann in O-Acetylserin eingebaut, woraus Cystein entsteht, das dann in Proteine eingebaut wird. Tiere sind auf reduzierte organische Schwefelverbindungen in ihrer Nahrung angewiesen. – Die Gesamtmenge von SO2 und dessen Folgeprodukten wird durch die Nutzung fossiler Brennstoffe extrem erhöht und trägt auch zur Eutrophierung stehender Gewässer bei. Der überwiegende Teil der Sulfate gelangt schließlich in die Meere, wird in unlösliche Form überführt, sammelt sich am Meeresgrund und ist damit für die Biosphäre zunächst einmal verloren. Mikroorganismenmatten.

Lit.: DeKok, L.J., Stulen, I., Rennenberg, H., Brunold, C., Rauser, W.E.: Sulfur nutrition and assimilation in higher plants. The Hague 1993.



Schwefelkreislauf

Biologische Umsetzung verschiedener Schwefelverbindungen unter aeroben und anaeroben Umweltbedingungen

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