8.3 Azufre

 

8.3.1 General

8.3.2 Asimilación y reducción del sulfato

8.3.3 Funciones metabólicas del azufre

8.3.4 Suministro de azufre, crecimiento vegetal y composición vegetal

 

8.3.1 General

 

Aunque el SO2 atmosférico es tomado y utilizado por las partes aéreas de plantas superiores (Capitulo 4), la fuente más importante de azufre es el sulfato tomado por las raíces. En el rango de pH fisiológico, el anión divalente SO 08054 es tomado por las raíces a tasas relativamente bajas, y el transporte a larga distancia del sulfato ocurre principalmente por el xilema (Capitulo 3). En varios aspectos, la asimilación del azufre tiene varias características comunes con la asimilación del nitrato. Por ejemplo, es necesaria la reducción para la incorporación del azufre a aminoácidos, proteínas y coenzimas, y en las hojas verdes la ferredoxina es la reductora del sulfato. Contrario al nitrógeno nitrato, sin embargo, el sulfato puede también ser utilizado sin reducción e incorporado a estructuras orgánicas esenciales como los sulfolípidos en las membranas ó los polisacáridos como el agar. Además en contraste al nitrógeno, el azufre reducido puede ser reoxidado en las plantas. En esta reacción de oxidación el azufre reducido de la cisteína es convertido en sulfato, que es la forma de almacenamiento “más segura” de azufre en las plantas. La oxidación de compuestos reducidos de azufre también parece jugar un rol importante como señal de retroalimentación negativa para la reducción del sulfato.

 

8.3.2 Asimilación y reducción del sulfato

 

Para una reciente revisión comprensiva el lector es remitido a Schmidt (1992).  En plantas superiores y en algas verdes, el primer paso de la asimilación del azufre es la activación del ión sulfato por el ATP (Fig. 8.18). En esta reacción la enzima ATP sulfurilasa cataliza el reemplazo de dos grupos fosfato del ATP por el grupo sulfurilo, lo cual conduce a la formación de adenosina fosfosulfato (APS) y pirofosfato (Fig. 8.18). Esta enzima es regulada por varios factores externos (e.g., luz) e internos (e.g., compuestos reducidos de azufre). El sulfato activado, la adenosina fosfosulfato (APS), puede servir como sustrato para la síntesis de ésteres de sulfato (vía (1)) ó para la reducción del sulfato (vía (2)). Para la síntesis de ésteres de sulfato como los sulfolípidos la enzima APS quinasa cataliza la formación de fosfoadenosina fosfosulfato (PAPS) en una reacción dependiente de ATP (Fig. 8.18). A partir del PAPS el sulfato activado puede ser transferido a un grupo hidroxilo formando un éster de sulfato.

 

Fig. 8.18. Vías de asimilación del azufre en plantas superiores y algas verdes. (1) Síntesis de ésteres de sulfato; (2) reducción del sulfato de acuerdo a la vía APS. (En base a Schiff, 1983 y Schmidt & Jäger, 1992.)

 

Para la reducción del sulfato (vía (2)) el sulfato activado del APS (Fig. 8.18) así como aquel del PAPS, es transferido por APS ó PAPS sulfotransferasas a un grupo tiólico (R-SH) de un carrier correspondiente. No es claro si el glutatión (Fig. 8.19) actúa in vivo como un carrier. Esta transferencia del sulfato a grupos tiólicos, mediada por sulfotransferasas, está asociada con una reducción de sulfato a sulfito (SO 08058 ). La subsiguiente reducción del sulfito enlazado al carrier a sulfuro (S2-) puede involucrar la sulfito reductasa ó la tiosulfato orgánico reductasa. Para ambos tipos de reductasas en los cloroplastos la ferredoxina reducida es la donadora de electrones (Fig. 8.18).

 

Fig. 8.19 Biosíntesis del glutatión y fitoquelatinas.

 

El recién formado grupo -SH es transferido a la acetilserina, la cual es fraccionada  en acetato y el aminoácido cisteína. La cisteína, el primer producto estable de la reducción asimilatoria de sulfato, actúa como un precursor para la síntesis de todos los otros compuestos orgánicos que contienen azufre reducido, así como para otras vías biosintéticas, como la formación del etileno.

La reducción asimilatoria de sulfato es regulada a varios niveles por:

 

1. la modulación de la actividad de la ATP-sulfurilasa;

2. la disponibilidad de sulfatos in situ  en el centro de la ATP sulfurilasa;

3. el cambio en el nivel de la APS sulfotransferasa;

4. la disponibilidad de acetilserina para la cisteína sintasa.

 

Las altas concentraciones de cisteína inhiben la APS sulfotransferasa, la enzima que cataliza la transferencia de APS → R-S-SO 08004 (Fig. 8.18). La nutrición con amonio comparando con la nutrición con nitrato incrementa la actividad de esta enzima. A altos niveles celulares de cualquiera cisteína ó SO2, la evolución del sulfuro de hidrogeno (H2S) de células verdes es fuertemente realzada por la luz. La reducción del SO2 dependiente de la luz acoplada con la liberación de H2S desde hojas verdes (Capítulo 4) se considera un mecanismo importante para la detoxificación del SO2 en hojas y acículas. Este tipo de reducción del sulfato puede ser considerada una modificación de la vía de reducción disimilatoria del sulfato en procariotes anaerobios como el Desulfovibrio el cual usa el sulfato como un oxidante en la formación de ATP y sulfuro durante la respiración. 

En plantas superiores las enzimas de la reducción asimilatoria del sulfato están localizadas en los cloroplastos pero también pueden ser encontradas, a un nivel mucho menor, en los plastidios de las raíces. En plantas C4 los cloroplastos de la vaina del haz son los principales centros de asimilación del sulfato, mientras que los cloroplastos del mesófilo son los centros de asimilación del nitrato. Sin embargo, los cloroplastos del mesófilo contienen por lo menos una sulfito reductasa y una cisteína sintasa.

En general, la reducción del sulfato es varias veces mayor en hojas verdes que en raíces, y en las hojas la reacción es fuertemente estimulada por la luz. Es esperado este realce por la luz debido al requerimiento de ferredoxina como un reductor para el sulfito enlazado al carrier. El realce de la reducción de sulfato por la luz puede estar además relacionado con los mayores niveles de serina (acetilserina; Fig. 8.18) sintetizada durante la fotorrespiración (Fig. 5.7). La reducción del sulfato en las hojas conduce a la exportación al floema de compuestos reducidos de azufre, principalmente como glutatión, a sitios de demanda para la síntesis de proteínas (e.g., en el ápice caulinar, frutos, pero también raíces) y probablemente también a la regulación de la toma de sulfato por la raíces (Sección 3.4). Durante el desarrollo foliar, el patrón de reducción del sulfato es similar a aquel de reducción del nitrato; esto es, es máximo durante la expansión foliar pero declina rápidamente después de la maduración foliar. Comparando con la reducción del nitrato, la reducción del sulfato parece estar bajo un más estricto control por retroalimentación negativa, ya que la acumulación de compuestos reducidos de nitrógeno como los aminoácidos es una característica común, pero no lo es los altos contenidos de compuestos reducidos de azufre. Los productos vegetales secundarios son una excepción (Sección 8.3.4).

 

8.3.3 Funciones metabólicas del azufre

 

El azufre es un constituyente de los aminoácidos cisteína y metionina y por lo tanto de las proteínas. Ambos de estos aminoácidos son precursores de otros compuestos que contienen azufre como coenzimas y productos vegetales secundarios. El azufre es un constituyente estructural de estos compuestos (e.g., R1–C–S–C–R2) ó actúa como un grupo funcional (e.g., R-SH) involucrado directamente en las reacciones metabólicas. Cerca del 2% del azufre orgánico reducido en la planta está presente en la fracción tiólica hidrosoluble (-SH), y bajo condiciones normales el tripéptido glutatión explica mas del 90% de esta fracción. El glutatión sirve de muchas funciones en plantas y su metabolismo ha sido revisado recientemente por Bergmann & Rennenberg (1993). La síntesis de glutatión ocurre en dos pasos (Fig. 8.19). En el primer paso la glutamilcisteína es producida a partir del glutamato y la cisteína, y en el segundo paso la glicina es acoplada a la glutamilcisteína, mediada por la glutatión sintetasa, una enzima con requerimiento absoluto de magnesio para su actividad. En algunas especies leguminosas, en el segundo paso la glutatión sintetasa usa alanina en vez de glicina, formando homoglutatión que funciona análogamente al glutatión.

En plantas el contenido de glutatión es usualmente mayor en las hojas que en las raíces, y en las hojas más del 50% está localizado en los cloroplastos donde puede alcanzar concentraciones milimolares. Además en zonas radicales apicales, por ejemplo del maíz, el glutatión es el principal compuesto tiólico de bajo peso molecular, su contenido está en el rango de 0.7 mmol kg-1 peso fresco, cerca de cuatro veces mayor que el de cisteína. El glutatión es fácilmente hidrosoluble y es un antioxidante poderoso en plantas, y es muy probablemente de mucha mayor importancia que el sistema redox cisteína–cistina. Particularmente en los cloroplastos ambos antioxidantes glutatión y ascorbato juegan un rol clave en la detoxificación de los radicales de oxigeno y peróxido de hidrogeno, por ejemplo en el ciclo ascorbato peroxidasa – glutatión reductasa (Sección 5.2). En las células, el glutatión es en su mayor parte mantenido en su forma reducida por la enzima glutatión reductasa (Fig. 8.19). El rol antioxidante del glutatión se refleja, por ejemplo, en el incremento de la actividad glutatión reductasa a altas intensidades lumínicas en plantas deficientes de magnesio, ó en respuesta a otro estreses oxidativos como el ozono ó el dióxido de azufre. La conjugación del glutatión reducido con un número de xenobióticos como la atrazina (usada para el control de malezas) es también el mecanismo de detoxificación y de este modo, de resistencia de algunas especies vegetales a ciertos xenobióticos.

El glutatión puede además funcionar como un pool de reserva transitoria del azufre reducido y por lo tanto mantener una cierta concentración celular de cisteína. El glutatión es además el precursor de las fitoquelatinas (Fig. 8.19) que funcionan en la detoxificación de ciertos metales pesados en plantas superiores. Las células responden a la exposición a altas concentraciones de metales pesados como cadmio y zinc, con la síntesis de polipéptidos con alto contenido de cisteína, denominadas “metalotioneínas”. En plantas, contrario a los mamíferos, estos polipéptidos tienen mucho menos peso molecular y pueden ser denominados como “metalotioneínas clase III” o fitoquelatinas.

Las fitoquelatinas consisten de unidades repetitivas de glutamilcisteína (entre 2 y más de 10) con una glicina terminal, y son sintetizadas con la degradación del glutatión mediada por una carboxipeptidasa (Fig. 8.19). Las fitoquelatinas son capaces de ligar cationes metálicos pesados vía coordinación tiólica y por lo tanto detoxificarlos. La síntesis de fitoquelatinas en las raíces es estimulada más efectivamente por el cadmio, en menos medida por el zinc y el cobre, e insignificantemente por el níquel. Un ejemplo para el cadmio es mostrado en la Tabla 8.9. La síntesis de fitoquelatinas se incrementa en gran parte mediante la exposición de las raíces a 3 µм cadmio, y este incremento, esta acompañado por una rápida declinación en el contenido de glutatión. Esta relación inversa es evidente después de solo 1-2h de exposición al cadmio. La síntesis de fitoquelatinas es inducida por la exposición a 0.05 µм cadmio, y la síntesis excede por mucho la cantidad requerida para la detoxificación del metal pesado.

 

Tabla 8.9

Contenido de cisteína libre, glutatión total, y fitoquelatinas y cadmio en los 10 cm. apicales de raíces de maíz expuestos a 0 ó 3 µм Cd2+ por 24 h a

Cd2+

(µм)

Tioles (nmol g-1 peso fresco)

Cd en raíces

(nmol g-1 peso fresco)

Cisteína

Glutatión

Fitoquelatinas

0

3

43

44

421

156

3

230

n.d.

13.1

a En base a Tukendorf & Rauser (1990). ND. No determinado.

 

Las diferencias entre ecotipos de Silene vulgaris en la tolerancia al cadmio están presumiblemente relacionadas con diferencias en la síntesis de fitoquelatinas. Sin embargo, es cuestionable un rol clave general de las fitoquelatinas en la tolerancia a metales pesados en las plantas, por ejemplo en la tolerancia al zinc.

Las tiorredoxinas son otra familia importante de tioles en plantas superiores, además del glutatión y sus compuestos relacionados. Las tiorredoxinas son proteínas de bajo peso molecular de cerca de 12 kDa con dos residuos cisteína bien conservados, que forman un puente bisulfuro intermolecular redox-activo. Las células vegetales contienen dos sistemas diferentes capaces de reducir las tiorredoxinas: en los cloroplastos el sistema ferredoxina/tiorredoxina, y en el citoplasma el sistema NADP/tiorredoxina. En los cloroplastos, las tiorredoxinas funcionan principalmente como proteínas reguladoras en el metabolismo del carbono. En su forma reducida las tiorredoxinas activan, por ejemplo, la fructosa-1,6-bifosfatasa y varias enzimas del ciclo de Calvin, y de esta manera actúan como enlace regulador entre el abastecimiento de equivalentes reductores (PS II) y la asimilación de CO2. 

El azufre reducido es un constituyente estructural de varias coenzimas y grupos prostéticos como la ferredoxina (Sección 9.1), biotina (Vitamina H) y pirofosfato de tiamina (Vitamina B1). En muchas enzimas y coenzimas como la ureasa, las sulfotransferasas (Fig. 8.18) y la coenzima A, los grupos –SH actúan como grupos funcionales en la reacción enzimática. En la vía glucolítica, por ejemplo, la descarboxilación del piruvato y la formación del acetil coenzima A son catalizadas por un complejo multienzimático que involucra tres coenzimas que contienen azufre: la tiamina pirofosfato (TPP), el sistema redox sulfhidrilo-disulfuro del ácido lipoico y el grupo sulfhidrilo de la coenzima A: 

El grupo acetilo (-CO-CH3) de la coenzima A es luego transferido al ciclo de los ácidos tricarboxílicos ó a la vía de síntesis de ácidos grasos (Sección 8.7, Fig. 8.17). El acoplamiento de las unidades de C2 en la síntesis de ácidos grasos de cadena larga requiere de una carboxilación transitoria, la cual es mediada por la coenzima que contiene azufre biotina y es activada por el manganeso.

También como componente estructural de proteínas, la cisteína tiene efectos particulares sobre la estructura y función de las proteínas. La formación reversible de enlaces disulfuros entre dos residuos adyacentes de cisteína (la mitad cisteinil) en la cadena del polipéptido es de fundamental importancia para la estructura terciaria y de este modo para la función de las proteínas enzimáticas. Este enlace puede formar un entrecruzamiento permanente (covalente) entre cadenas del polipéptido ó un puente dipeptídico reversible, comparable con las funciones redox del glutatión (Fig. 8.18). Durante la deshidratación, el número de enlaces disulfuro en las proteínas se incrementa a expensas de los grupos –SH, y este cambio está asociado con la agregación y desnaturalización de las proteínas. La protección de los grupos –SH en las proteínas a partir de la formación de puentes disulfuro se considera que es de gran importancia al proporcionar resistencia celular a la deshidratación (causada por la sequía y el calor) y daño por heladas.

Los compuestos que contienen azufre más importantes del metabolismo secundario son los alliins y los glucosinolatos. Estos son de particular relevancia para la horticultura y agricultura. Allin es el nombre común para los sulfóxidos de S-alqu(en)ilcisteína que son los compuestos característicos del género Allium:

Mas del 80% del azufre total en especies Allium puede estar enlazado a tales compuestos, en cebolla (Allium cepa) por ejemplo como sulfóxido de S-propilcisteína (R = -CH2-CH2CH3). El clivaje enzimático de los alliins es mediado por la alliinasa. La perdida de la compartimentación celular por daños mecánicos de los tejidos realza en gran parte su actividad enzimática al incrementar la disponibilidad de sustrato y conduce a la formación de allicins como precursores de un gran número de sustancias volátiles como los mono- y disulfuros con un olor característico.

Los glucosinolatos son compuestos característicos del metabolismo secundario de por lo menos 15 taxa dicotiledóneos, incluyendo el Brassicaceae. Los glucosinolatos contienen azufre ambos como grupo sulfhidrilo y sulfo, la cadena lateral R varia entre especies vegetales:

 

 

Los glucosinolatos son almacenados en las vacuolas y su hidrólisis es catalizada por la enzima citosólica mirosinasa la cual está presente en solo un muy pequeño números de células en un órgano dado como una hoja ó semilla. La hidrólisis conduce a la liberación de glucosa, sulfato y compuestos volátiles como isotiocianatos en Brassica napus. Similar a la alliinasa también la actividad mirosinasa en las células es en gran parte realzada por los daños mecánicos de las células.

No se entiende completamente el rol de los compuestos secundarios con azufre. Ellos actúan definitivamente como sustancias de defensa (fitocidas, disuasores alimenticios) aunque la importancia de este mecanismo de defensa ha sido presumiblemente sobreestimado en el pasado. Esto desde luego es cierto para los glucosinolatos que sirven para funciones importantes como el almacenamiento de azufre en las plantas. Durante los periodos de bajo suministro de azufre a las raíces pero de alta demanda vegetal (e.g., rápido crecimiento vegetativo, formación de la semilla) los glucosinolatos son degradados por la mirosinasa y ambas moléculas de azufre son reutilizadas a través de la vía normal de asimilación de azufre.

El azufre en su forma no reducida, i.e., como éster de sulfato, es un componente de los sulfolípidos y es así un constituyente estructural de todas las membranas biológicas. En los sulfolípidos el grupo sulfo es acoplado por un enlace éster a un azúcar C6, por ejemplo, la glucosa:

Los sulfolípidos son particularmente abundantes en las membranas tilacoidales de los cloroplastos, alrededor del 5% de los lípidos de los cloroplastos son sulfolípidos. Los sulfolípidos pueden además estar involucrados en la regulación del transporte iónico a través de las biomembranas. Se ha mostrado que los niveles de sulfolípidos en las raíces están correlacionados positivamente con la tolerancia vegetal a lo salino, a mayor nivel mayor la tolerancia.

 

8.3.4 Suministro de azufre, crecimiento vegetal y composición vegetal

 

Los requerimientos de azufre para el crecimiento óptimo varían entre 0.1 y 0.5% del peso seco vegetal. Para las familias de plantas de cultivo, los requerimientos se incrementan en el orden Gramineae < Leguminosae < Cruciferae y esto también se refleja en las correspondientes diferencias en  el contenido de azufre (porcentaje de peso seco) de sus semillas: 0.18–0.19, 0.25–0.3, y 1.1–1.7, respectivamente. El contenido de azufre en proteína también varía considerablemente ambos entre las fracciones proteicas de las células individuales (Tabla 8.10) y entre especies vegetales. En promedio, las proteínas de las leguminosas contienen menos azufre que las proteínas de los cereales, siendo las proporciones N/S de 40:1 y 30:1, respectivamente.

 

Tabla 8.10

Efecto de la deficiencia de azufre en la composición foliar en tomate a

Tratamiento

Contenido foliar

(mg (100g)-1 peso seco)

Contenido de azufre en proteína

(μg mg-1 proteína)

Clorofila

Proteína

Almidón

Citoplasma

Cloroplasto

Control (+SO 08054 )

Deficiente de S

5.8

0.9

48.0

3.5

2.8

27.0

13.5

3.8

6.5

5.2

a En base a Willenbrink (1967)

 

Como con la deficiencia de nitrógeno, también bajo deficiencia de azufre se deprime más el crecimiento caulinar que radical, conduciendo, por ejemplo en tomate, a una disminución en la relación peso seco vástago – raíz de 4.4 en plantas suficientes en azufre a 2.0 en plantas deficientes en azufre. La interrupción del suministro de azufre en pocos días disminuye la conductividad hidráulica radical, la apertura estomatal y la fotosíntesis neta. La reducida área foliar en plantas deficientes en azufre es el resultado de ambos menor tamaño y particularmente menor numero de células foliares. El numero de cloroplastos por célula del mesófilo puede ó no ser afectado, por ejemplo, en trigo ó claramente disminuido, por ejemplo en espinaca.

Una característica típica de la deficiencia de azufre es la drástica disminución en el contenido foliar de clorofila. Esto es esperado, ya que en las hojas una alta proporción de las proteínas esta localizada en los cloroplastos donde las moléculas de clorofila comprenden grupos prostéticos del complejo cromoproteido. Por consiguiente, bajo deficiencia de azufre el agotamiento de aminoácidos que contienen azufre cisteína y metionina no solo inhibe la síntesis de proteínas sino de un modo similar también disminuye el contenido foliar de clorofila (Tabla 8.10). En contraste, el almidón puede acumularse, como consecuencia cualquiera del deteriorado metabolismo de los carbohidratos en los centros de producción (la fuente) ó de la baja demanda en los centros de demanda (inhibición del crecimiento). En respuesta a la deficiencia de azufre, se sintetiza proteínas de bajo contenido de azufre, lo cual es mas evidente en el citoplasma de las células foliares (Tabla 8.10).

En plantas deficientes de azufre, la inhibición de la síntesis de proteínas esta correlacionada con una acumulación de nitrógeno orgánico soluble y nitrato (Tabla 8.11). Las amidas están usualmente presentes en concentraciones y proporciones mucho mayores en la fracción de nitrógeno soluble. El contenido de sulfato es extremadamente bajo en plantas deficientes de azufre y se incrementa marcadamente cuando el suministro de sulfato es suficiente para el óptimo crecimiento. El contenido de sulfato vegetal es por lo tanto un indicador más sensible del estado nutricional del azufre que el contenido de azufre total, siendo el mejor indicador la proporción sulfato azufre en el contenido de azufre total.

La inhibición de la síntesis proteica durante la deficiencia de azufre conduce a la clorosis, justo como sucede durante la deficiencia de nitrógeno. Contrario al nitrógeno, sin embargo, el azufre es distribuido mas uniformemente entre las hojas nuevas y viejas y su contenido es afectado similarmente en hojas viejas y nuevas por el nivel de suministro de sulfato. Además, la distribución del azufre en plantas deficientes en azufre también es afectada por el suministro de nitrógeno; los síntomas de deficiencia de azufre pueden presentarse cualquiera en hojas jóvenes (abundante nitrógeno) ó en hojas viejas (bajo nitrógeno), lo que indica que la grado de removilización y retranslocación desde las hojas mas viejas depende de la tasa de senescencia foliar inducida por la deficiencia de nitrógeno, una relación que es también evidente para los micronutrientes cobre y zinc (Sección 3.5). En leguminosas, durante las etapas iniciales de deficiencia de azufre, la actividad nitrogenasa de los nódulos radicales se deprime mucho mas que la fotosíntesis; los síntomas de deficiencia de azufre en leguminosas cultivadas simbióticamente son por lo tanto indistinguibles de los síntomas de deficiencia de nitrógeno. En los nódulos radicales de leguminosas deficientes en azufre los bacteroides están aún bien suplidos con azufre. La alta sensibilidad de la actividad nitrogenasa a la deficiencia de azufre refleja por lo tanto cualquiera el deteriorado metabolismo de la planta hospedera ó una de las varias “señales”  que modulan la actividad nitrogenasa (Sección 7.4).

 

Tabla 8.11

Efecto de la concentración de sulfato en la solución nutritiva sobre el peso fresco foliar y contenido foliar de azufre y nitrógeno en algodón a

Suministro

(mg SO 08054 l-1)

Peso seco foliar

(g por planta)

Azufre ó nitrógeno (% de peso seco)

S

Sulfato

S

Orgánico

N

Nitrato

N orgánico soluble

N proteíco

0.1

1.0

10.0

50.0

200.0

1.1

2.4

3.4

4.7

4.7

0.003

0.003

0.009

0.10

0.36

0.11

0.12

0.17

0.26

0.25

1.39

1.37

0.06

0.00

0.10

2.23

2.21

1.19

0.51

0.45

0.96

1.28

2.56

3.25

3.20

a En base a Ergic & Eaton (1951).

 

En plantas deficientes de azufre no solo disminuye el contenido proteico sino también el contenido de azufre en las proteínas (Tabla 8.10), indicando que se sintetizan proteínas con menores proporciones de metionina y cisteína pero mayores proporciones de otros aminoácidos como arginina y aspartato (Tabla 8.12). Los cambios en la composición proteica causados por los cambios en el suministro de nutrientes minerales se han mostrado ya en relación al suministro de nitrógeno (Sección 8.2.5). La disminución de proteínas ricas en azufre bajo deficiencia de azufre no esta confinada a los granos de trigo (Tabla 8.12) sino también  puede encontrarse en otros cereales y leguminosas y en maíz. Bajo deficiencia de azufre, en trigo disminuye la fracción de polipéptidos de bajo peso molecular ricos en azufre, y en maíz la proporción de la principal proteína de almacenamiento zeína, la cual tiene un bajo contenido de azufre, se incrementa en un 30% mientras que la glutelina rica en azufre disminuye de 36 a 71%. En semillas de soya una de las dos principales proteínas de almacenamiento, las globulinas 7S, está desprovista de metionina.  La infusión al tallo de metionina incrementó el contenido de metionina en las semillas de soya a 23%.

El menor contenido de azufre en las proteínas influencia considerablemente la calidad nutricional. La metionina es un aminoácido esencial en la nutrición humana y es frecuentemente un factor limitante en las dietas en que las semillas son la principal fuente de proteína. Además, una disminución en el contenido de cisteína en los cereales de grano reduce la calidad de cocción de la harina, ya que los puentes disulfuro durante la preparación de la pasta son los responsables de la polimerización de la fracción glutelina.

En Brassicaceae el contenido de glucosinolatos y de sus metabolitos volátiles está estrechamente relacionado con el suministro de sulfato. Sus contenidos en las plantas pueden incrementarse mas allá del nivel al cual el suministro de sulfato afecta el crecimiento (Tabla 8.13). Desde el punto de vista cualitativo este incremento puede considerarse favorable (e.g., debido a que realza el sabor de la hortalizas, volviéndolas sabrosas) ó desfavorable (e.g., debido a que disminuye su aceptabilidad como alimento animal). Durante la última década se ha hecho mucho progreso en la selección y mejoramiento de nuevos cultivares, por ejemplo, en colza con mucho menores contenidos de glucosinolato. Cuando se cultivaron en sitios con bajo suministro de azufre estos nuevos cultivares son, sin embargo, mas sensibles a la deficiencia de azufre que los cultivares tradicionales con alto contenido de glucosinolato. Esta mayor sensibilidad a la deficiencia de azufre puede por lo menos en parte ser explicada por el rol de los glucosinolatos como compuestos de almacenamiento transitorio del azufre (Sección 8.3.3).

 

Tabla 8.12

Efecto de la fertilización de azufre en la composición de aminoácidos en la proteína del endospermo en trigo a

Aminoácido

Contenido de aminoácido

(nmol (16g)-1 N proteico)

Control n

Deficiencia de azufre x

Metionina

Cisteína

Arginina

Aspartato

11

21

27

33

5

7

34

93

a En base a Wrigley et al. (1980)

n 0.25% S total en peso seco.

x 0.10% S total en peso seco.

 

Tabla 8.13

Efecto del suministro de sulfato sobre el rendimiento y contenido de aceite de mostaza en vástagos de Brassica juncea a

Suministro de sulfato

(mg S por maceta)

Vástagos

(g peso fresco)

Contenido de aceite de mostaza

(mg (100g)-1 peso fresco

1.5

15.0

45.0

405.0

1215.0

80

208

285

261

275

2.8

8.1

30.7

53.1

52.1

a En base a Marquard et al. (1968).

 

En áreas altamente industrializadas el requerimiento de azufre vegetal es a menudo satisfecho completamente ó a un grado considerable por la polución atmosférica de SO2. En Europa del Norte, sin embargo las emisiones industriales de SO2 han disminuido drásticamente en la última década. De este modo, la deficiencia de azufre se está volviendo mas extendida en las áreas agrícolas de Europa del Norte con altos niveles de producción de semilla de colza en particular. Mundialmente, la deficiencia de azufre en la producción agrícola es  bastante común en áreas rurales, particularmente en áreas altamente lluviosas, por ejemplo en los trópicos húmedos, y también en los climas templados y en suelos altamente lixiviados. Bajo estas condiciones, la aplicación de fertilizantes nitrogenados en forma de urea es inefectiva a menos que el azufre sea aplicado simultáneamente.  

 

direccion