زنگ تفریح شماره 86
گوگرد به عنوان یکی از مهم‌ترین عناصر در ساختمان موجودات زنده شناخته می‌شود. این عنصر با حضور در ساختار بسیاری از ترکیبات و بخصوص در بخش کوآنزیمی آنزیم‌ها، در فرآیندهای مختلف حیاتی مثل انتقال الکترون عمل می‌نمایند. این عنصر در ساختمان بسیاری از ترکیبات مانند کوآنزیم A و اوره آز وجود دارد. بخش اعظم گوگرد، به شکل سولفات و از طریق خانواده‌ای از همبرها (Symporters) موسوم به همبرهای پروتون- سولفات از طریق ریشه گیاه جذب می‌شود. مهم‌ترین منبع تامین سولفات، هوازدگی سنگ بستر مادر موجود در پوسته زمین است. البته عوامل دیگری مثل آلودگی‌های صنعتی و مصرف سوخت‌های فسیلی به عنوان منابع دیگری در تامین سولفات جذب شده از طریق گیاه محسوب می‌شوند. علاوه بر ریشه که به عنوان مسیر اصلی جذب سولفات مطرح است، سولفات تولید شده در هوا که بر اثر باران اسیدی تولید می‌شود، می‌تواند از طریق برگ گیاه نیز جذب شود. البته جذب طولانی مدت از چنین مسیری ، برای گیاه خطرناک و سمی است. همبرهای ناقل سولفات که با استفاده از انرژیATP منجر به جذب سولفات توسط ریشه می‌شوند، دارای اشکال مختلفی در بخش‌های مختلف گیاه هستند.غلظت و میزان فعالیت این ناقل‌ها در پاسخ به میزان گوگرد موجود در گیاه تنظیم می‌شوند، به طوری که در هنگام کمبود گوگرد موجود در دسترس گیاه، میزان بیان این ناقلین تا 100 برابر افزایش می‌یابد. پس از جذب سولفات توسط ناقلین با تمایل بالا، انتقال آنها به درون شیره گزیلمی و حرکت به کمک جریان تعرقی، منجر به انتقال سولفات به ساقه و از آنجا به برگ می‌شود. در برگ ، بخش عمده سولفات به منظور همانندسازی، وارد کلروپلاست شده و بخشی از آن وارد واکوئل می‌شود تا در آنجا ذخیره گردد. اولین گام در ورود گوگرد به درون ساختار ترکیبات آلی، ورود آن بر روی ساختار اسید آمینه سیستئین است.
از آنجایی که سولفات، ترکیبی پایدار است، در ابتدا به کمک آنزیم ATPسولفوریلاز و بر اثر واکنش باATP تبدیل به ترکیبی فعال موسوم آدنوزین-'5- فسفوسولفات (APS) و پیرو فسفات (PP) می‌شود.
از آنجایی که این واکنش نیاز به انرژی بالایی دارد، محصولات تولید شده، با انجام واکنش‌هایی سریع و انرژی زا، انرژی مورد نیاز این واکنش را تامین می‌نمایند. در این راستا، پیروفسفات سریعا تبدیل به فسفات معدنی P می‌شود.
آدنوزین-'5- فسفوسولفات (APS) نیز سریعا وارد واکنش‌های احیایی یا سولفاتاسیونی می‌شود، که مسیر غالب در گیاهان، مسیر احیایی است. در مسیر سولفاتاسیونی که در سیتوزول انجام می‌شود، آنزیم APS کیناز باعث کاتالیز برهمکنش بین APS و ATP شده و منجر به تولید ترکیبی موسوم به '3-فسفو آدنوزین- '5- فسفوسولفات (PAPS) شده که گروه سولفات موجود در این ساختار، توسط آنزیم‌های سولفو ترانسفراز وارد ساختار ترکیبات مختلفی همچون کولین‌ها و فلاونول‌ها می‌شود.
واکنش‌های احیایی متشکل از چندین واکنش متوالی است که فقط در درون پلاستیدها رخ می‌دهند. در اولین مرحله، آنزیم APS ردوکتاز با انتقال دو الکترون از گلوتاتیون به منجر به تولید سولفیت می‌شود.
در مرحله بعدی، آنزیم سولفیت ردوکتاز با انتقال شش الکترون از فردوکسین احیا شده منجر به تولید سولفید می‌شود.
سولفید تولید شده بر اثر واکنش باO -استیل سربن (OAS)، تبدیل به سیتئئین می‌شود.
O -استیل سربن بر اثر واکنش اسید آمینه سرین با استیل کوآنزیم A ایجاد می‌شود.
تبدیل سولفات به سولفید مستلزم انتقال 10 الکترون طی این فرآیندها است. بر همین اساس و به دلیل تولید اشکال احیا شده ترکیبات ناقل الکترون و پروتون فراون در برگ (به عنوان منبع فتوسنتز) ، بخش اعظم گوگرد تولید شده در گیاه، در برگ تولید می‌شود. در نهایت، گوگرد تولید شده که اغلب به صورت ساختاری متشکل از 3 اسید آمینه موسوم به گلوتاتیون است.
وارد فلوئم شده و به محل سنتز پروتئین منتقل می‌شود.