slajd 2/20

SIARKA
Formy pobierane przez rośliny	Związki występujące w roślinie	Funkcje metaboliczne
SO2 (atmosfera) SO4^2- (r-ry glebowe)	grupy sulfhydrylowe (-SH) lub mostki dwusiarczkowe (-S-S-) w: aminokwasach, peptydach (glutation) białkach pierścienie heterocykliczne zawierające siarkę (np. tiamina, biotyna) grupy rodankowe (-N=C=S) występujące w olejkach gorczycznych	utrzymywanie właściwej konformacji trzecio- i czwartorzędowej białek strukturalnych i enzymatycznych funkcje regeneracyjne wynikające z udziału w układach oksydoredukcyjnych (glutation, centra Fe-S białek Riskiego i ferredoksyny) funkcje regulacyjne wynikające z udziału w cząsteczkach koenzymów oraz w centrach aktywnych enzymów udział w generowaniu odporności roślin (fitoaleksyny i olejki gorczyczne); odstraszanie organizmów zgryzających

Siarka wymaga bardzo głębokiej redukcji.

Pobierana jest głównie z roztworów glebowych (SO₄^2-).

Na terenach uprzemysłowionych tlenki siarki dostają się do atmosfery:

• rozpuszczają się w wodzie w roztworach glebowych i są pobierane przez korzenie (SO₃^2-)

• pobierane są wprost z atmosfery przez liście - całą powierzchnią na zasadzie dyfuzji (prąd transpiracyjny uniemożliwia dostawanie się przez aparaty szparkowe) (SO₂)

Na terenach uprzemysłowionych nie notuje się objawów niedoboru siarki.

Olejki gorczyczne nadają charakterystyczny zapach i smak - czosnek, cebula, rośliny kapuściane.

slajd 3/20

Slajd przedstawia strukturę wybranych makromolekuł zawierających siarkę.

turgoryna - u mimozy, odpowiada za szybkie ruchy

fitoaleksyny - decydują o odporności

slajd 4/20

Związki siarkowe nadają charakterystyczny zapach wielu roślinom. Najczęściej substancje te mają działanie antybakteryjne i chronią rośliny przed patogenami.

1. alicyna - czosnek, cebula

uwalniana z prekursora w cytoplazmie dopiero po zmiażdżeniu (enzym zlokalizowany jest w wakuoli)

2. u kapuścianych uwalniane z prekursorów należących do glukozylatów

3. sinapina - u iglastych

benzyloglukozylat - u gorczycy

slajd 5,6/20

Pobieranie, transport i redukcja siarki w roślinach wyższych.

• pobieranie za pomocą wtórnych transporterów (symporterów), których aktywność sprzężona jest z pompami protonowymi (schemat na slajdzie 6/20)

• 2 typy transporterów:

• HATS o wysokim powinowactwie (działają przy niskich stężeniach) - w komórkach włośnikowych

• LATS o niskim powinowactwie (działają przy dużych stężeniach) - nie zaopatrują rośliny w siarczany, odpowiadają za ich właściwą dystrybucję i rozładunek ksylemu

• transport siarczanów do:

• wakuoli (pula zapasowa, stężenie niższe niż azotanów)

• plastydów/chloroplastów - tu zachodzi głęboka redukcja SO₄^2- → S^2- (S^+VI → S^-II)

redukcja konsumuje produkty fotosyntezy, głównie cząsteczki zredukowanej ferredoksyny

slajd 7/20

Schemat redukcji siarczanów do siarczków:

SO₄^2- + ATP + 8e + 8H⁺ → S^2- + 4H₂O + AMP + PP_i

ATP jest zużywane w pierwszym etapie asymilacji siarki (aktywacja siarczanu)

Redukcja siarczanów pochłania aż 8 elektronów!

slajd 8/20

Aktywacja siarczanu:

SO₄^2- + ATP ^{sulfurylaza ATP} APS (5'-adenozylosulfonian, 5'-adenozylosiarczan) + PP_i

↑substrat, w którym siarka podlega redukcji

slajd 9/20

Hipotezy redukcji siarczanu w komórkach roślin wyższych:

1. hipoteza 1 (stara) - oba enzymy znaleziono w komórkach roślinnych

• APS oddaje grupę siarczanową na jakiś nośnik grup sulfhydrylowych (R-SH), prawdopodobnie glutation (GSH), przekształcając ten nośnik w tiosulfonian (tiosiarczan?); sam APS zmienia się w 5'-AMP (w tej reakcji powinien być przyłączany elektron, ale nie znaleziono jego dawcy)

• zachodzi jednostopniowa redukcja dzięki reduktazie tiosulfonianowej (tiosiarczanowej?) i przy udziale zredukowanej ferredoksyny do tiosiarczków

• przyłączane są 3 protony, powstaje H₂S oraz regenerowany nośnik grup sulfhydrylowych (R-SH)

2. hipoteza 2 - asymilacja w kom. prokariotycznych, nie znaleziono enzymów w roślinach

• APS jest fosforylowane przez kinazę APS (przy użyciu ATP), powstaje fosforan APS (PAPS)

• zachodzi dwustopniowa redukcja PAPS dzięki reduktazie PAPS i udziale zredukowanej tioredoksyny, powstaje SO₃^2- (oraz utleniona tioredoksyna i PAP)

• dzięki reduktazie siarczynowej i przy udziale zredukowanej ferredoksyny przechodzącej w formę utlenioną powstaje S^2-

slajd 10/20

Aktywność reduktazy APS jest negatywnie kontrolowana endogennym poziomem siarczanów na poziomie genetycznym (przy „głodzeniu” siarczanowym zwiększa się transkrypcja genów)

slajd 11/20

Najprawdopodobniej za redukcję APS w komórkach roślin odpowiada reduktaza APS zależna od glutationu. Reakcja z jej udziałem zastępuje dwie pierwsze reakcje hipotezy 2. Następny etap jest taki jak u prokariotów (jak w hipotezie 2)

slajd 12/20

Asymilacja zredukowanej siarki do związków organicznych:

acetylotransferaza serynowa

seryna + acetylo-CoA O-acetyloseryna + CoA

↑reakcja ta ma na celu odtwarzanie substratu dla kolejnej reakcji:

liaza O-acetyloserynowa

O-acetyloseryna + H₂S cysteina + octan + H₂O

↑przyłączanie siarki do szkieletów węglowych

oba enzymy kolokalizują (mają wspólną lokalizację) slajd 13/20 nie był omawiany

slajd 14/20

Biosynteza glutationu:

syntetaza γ-glutamylocysteiny

cysteina + glutamina + ATP γ-glutamylocysteina + ADP + P_i

syntetaza glutationu

γ-glutamylocysteina + glicyna + ATP glutation + ADP + P_i

Pierwszym związkiem powstającym po asymilacji siarki jest cysteina, ale nie jest ona transportowana do innych części roślin. Komórkę opuszcza glutation.

slajd 15/20

Glutation:

• transportowany do innych części roślin

• właściwości oksydo-redukcyjne

• zaangażowany w usuwanie z cytoplazmy endogennych substancji toksycznych i ksenobiotycznych (herbicydy) - łatwo w chodzi z nimi w połączenia, potem transportowane są do wakuoli i tam deponowane

slajd 16/20

• substrat do syntezy fitochelatyn

• powstają w reakcji transpeptydacji katalizowanej przez specyficzną syntetazę

• do glutationu przyłączany jest dipeptyd γ-glutamylocysteina odrywany od kolejnego glutationu

slajd 17/20

Fitochelatyny odpowiadają za detoksykacje cytoplazmy poprzez wiązanie metali ciężkich oraz ich transport do wakuoli. Transport do wakuoli przeprowadzają transportery ABC.

slajd 18-20/20

Objawy niedoboru siarki są podobne do objawów niedoboru azotu, ale widoczne na młodych liściach. np. bledsza blaszka liściowa

WYKŁAD: ASYMILACJA SIARKI - 1 -

- 1 -