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
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
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
). 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
(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
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
|
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.