Metabolismus SíryMetabolismus Síry Metabolismus síry • Síra je esenciálním makro‐elementem pro všechny živé organismy • Síra je součástí aminokyselin cystein, methionin a sekundárních látek z nich  d ý hodvozených • Síra je nejčastěji přijímána ve formě síranu a následně asimilována do organických  molekul  • Nejvíce síry je přijímáno z půdy skrze kořenový systém, síran může být rovněž přijímán  listy z okolí, ale většinou pouze oblastech s vyšší koncentrací polutantů • Nejčastěji je síra redukována několika krokovým mechanismem na sulfid: SO4 2‐ + ATP + 8e‐ + 8H+ S2‐ + 4H2O + AMP + PPi • Nejvíce síry je redukováno chloroplastech a plastidech Metabolismus síry Schéma asimilace síry u rostlin APS – 5‐adenylysulfát PAPS – 3´fosfoadenosin‐5´‐fosfosulfát,   Metabolismus síry • Síra je součástí glutathionu, základní látky pomáhající udržovat redoxní stav a účastnící se  detoxifikace celé řady látek  • Rovněž je síra součástí Phytochelatinů, které váží těžké kovy pomocí SH skupin Metabolismus síry Sí j čá tí lé ř d k ů it í ů b t ý h t b li• Síra je součástí celé řady koenzymů a vitamínů nezbytných pro metabolismus Koenzym A Thiamin pyrofosfát Biotin S‐methylmethionin • Dále je síra součástí někerých fytoalexinů, nodulačních faktorů nebo faktorů účastnících se  reakcí na dotek turgorin Metabolismus síry Sirné sloučeniny dávají rovněž chuť a aromaSirné sloučeniny dávají rovněž chuť a aroma Cibule, česnek BrokoliceBrokolice Hořčice Křen Metabolismus síry • živočichové nejsou schopni redukovat síran na sulfid, takže veškeré sirné aminokyseliny  musí přijímat z potravy • síra bylo donedávna považována za ne limitní složku růstu po snížení emisí síry se však• síra bylo donedávna považována za ne‐limitní složku růstu, po snížení emisí síry se však  stává limitní Přirozený stav Přídavek síry Metabolismus síry Bio‐geochemický cyklus síryg ý y y • jedná se o konverzi mezi oxidovanou a redukovanou sírou • síra je redukována především při asimilaci rostlinami a mikroorganismy (cystein) • oxidace muže být trojí: aerobní katabolismus sirných láteký chemosyntetické nebo fotosyntetické reakce  u bakterií geochemické mechanismy (spalování paliv) DMSDMSO DMSP Metabolismus síry Transport síry do rostlinyp y y • transport síranu je přes plasmatickou membránou je zajišťován rodinou transportérů s různou  afinitou • při nedostatku síry dochází k expresi vysoko‐afinitního transportéru v kořenech • transport síranu uvnitř buňky je zajišťován  nízko‐afinitním transportérem, stejně jako transport  síranu do listůsíranu do listů • transport je poháněn hydrolýzou ATP Metabolismus síry Metabolismus síry První krok asimilace – ATP sulfurylasa • jsou známy isoformy, isoforma v chloroplastech zodpovídá za 90% aktivity, cytoplasmatická za  zbytek, rovněž je známa isoforma v plastidech v kořenech   • aktivace síranu na 5´‐adenosinfosfosulfát (APS), který je centrálním meziproduktem pro další  reakce, enzym je tetramer • APS  je využíváno APS kinasou a APS sulfo‐transferasou APS + ATP          PAPS + ADP APS + SH‐sloučeninared thiosíran + 5´‐AMP Metabolismus síry Redukce síranu ??? Hypotéza 1: sulfát je z APS přenesen na redukovanou SH‐ sloučeninu a je redukován na sulfidsulfát je z APS přenesen na redukovanou SH sloučeninu a je redukován na sulfid Hypotéza 2: vychází ze síran‐asimilujících mikroorganismů a cyanobakterií  Metabolismus síry Redukce síranu ??? • u rostlin byla ale rovněž objevena APS reduktasa, ukazující na třetí cestu, jejíž exprese závisí na  koncentraci síry v buňcekoncentraci síry v buňce SO3 2‐ + 6 ferredoxinred S2‐ + 6 ferredoxinox • u rostlin se vyskytuje sulfit reduktasa obsahující  siro‐hem a 4Fe‐4S klastr, která je podobná nitrit  reduktase, ale její exprese se nemění s koncentrací  síry v buňce Metabolismus síry Tvorba cysteinuy • cystein vzniká konverzí ze serinu katalyzovanou serin‐acetyltransferasou a O‐acetylserin(thiol)lyasou,  kdy oba dva enzymy existují v enzymovém komplexukdy oba dva enzymy existují v enzymovém komplexu Metabolismus síry Regulace asimilace síryg y • na asimilaci síry má vliv fotosyntéza, ale není to vliv zásadní • v chloroplastech závisí asimilace síry především na redukovaného ferredoxinu z fotosyntézy • v plastidech se redukční síla vytváří především v pentosovém cyklu • enzymy pro asimilaci síry jsou přítomny i v etiolovaných rostlinkách  na rozdíl od uhlíku a dusíku • nejvyšší enzymová aktivita je přítomna v mladých a rostoucích tkáních • při nedostatku síry dochází k silnému zvýšení asimilačních enzymů • volný síran a sulfid jsou pro rostlinu toxické, proto musí být ihned využívány • poměr redukované síry/dusíku je udržován v rostlině 1:20, což ukazuje na velmi silnou koordinaci  mezi asimilací síry a dusíku Metabolismus síry Metabolismus síry Syntéza glutathionu • glutathion je hlavním produktem asimilace síry a hlavním ne‐proteinovou –SH látkou v rostlinách • v rostlinách je přítomen v milimolární koncentraci (Cys = mikromolární) • glutathion a jeho deriváty se účastní skladování a transportu síry, zhášení  AOS, detoxikace  xenobiotik, syntézy hormonů, je substrátem pro fytochelatiny • Důležitou roli při detoxikaci hraje enzym glutathion‐S‐transferasaDůležitou roli při detoxikaci hraje enzym glutathion S transferasa Metabolismus síry Fytochelatiny • jsou syntetizovány jako odpověď na expozici těžkými kovy nebo vysokou koncentraci  mikroprvků (Cu) • základní molekulou pro jejich syntézu je glutathion