Belerang
Peran biologis > Metabolit organik dan protein

Dalam semua bentuk kehidupan, sebagian besar belerang terkandung dalam dua asam amino proteinogenik (sisteina dan metionina), sehingga unsur tersebut terdapat dalam semua protein yang mengandung asam amino ini, serta dalam peptida masing-masing. Beberapa belerang terdiri dari metabolit tertentu — banyak di antaranya adalah kofaktor, — dan polisakarida sulfat dari jaringan ikat (kondroitin sulfat, heparin).
Protein, untuk menjalankan fungsi biologisnya, perlu memiliki geometri ruang yang spesifik. Pembentukan geometri ini dilakukan dalam proses yang disebut pelipatan protein, dan disediakan oleh ikatan intra- dan antar- molekul. Proses tersebut memiliki beberapa tahapan. Pada tahap awal, rantai polipeptida terlipat karena ikatan hidrogen, sementara pada tahap selanjutnya terjadi pelipatan (terlepas dari ikatan hidrogen) melalui ikatan kovalen antara dua atom belerang dari dua residu sisteina (disebut jembatan disulfida) pada tempat rantai yang berbeda (struktur protein tersier) serta antara dua residu sisteina dalam dua subunit protein yang terpisah (struktur protein kuaterner). Kedua struktur dengan mudah dapat dilihat pada insulin. Karena energi ikatan jembatan kovalen disulfida lebih tinggi daripada energi ikatan koordinasi atau interaksi hidrofilik atau hidrofobik, kandungan jembatan disulfida yang lebih tinggi mengarah pada energi yang lebih tinggi yang dibutuhkan untuk denaturasi protein. Secara umum ikatan disulfida diperlukan dalam protein yang berfungsi di luar ruang seluler, dan mereka tidak mengubah konformasi (geometri) protein, tetapi berfungsi sebagai penstabilnya. Di dalam sitoplasma, residu sisteina dari protein disimpan dalam keadaan tereduksi (yaitu dalam bentuk -SH) oleh tioredoksin.
Properti ini terwujud dalam contoh berikut. Lisozim cukup stabil untuk digunakan sebagai obat. Bulu dan rambut memiliki kekuatan relatif, dan mengandung keratin di dalamnya dianggap tidak dapat dicerna oleh sebagian besar organisme. Namun, ada jamur dan bakteri yang mengandung keratinase, dan mampu merusak keratin.
Banyak enzim seluler penting menggunakan gugus prostetik yang diakhiri dengan gugus -SH untuk menangani reaksi yang melibatkan biokimia yang mengandung asil: dua contoh umum dari metabolisme dasar adalah koenzim A dan asam alfa-lipoat. Metabolit yang berhubungan dengan sisteina, homosisteina dan taurina, adalah asam amino lain yang mengandung belerang yang memiliki struktur serupa, tetapi tidak dikodekan oleh DNA, dan bukan bagian dari struktur utama protein, mengambil bagian dalam berbagai lokasi fisiologi mamalia. Dua dari 13 vitamin klasik, biotin dan tiamina, mengandung belerang, dan berfungsi sebagai kofaktor beberapa enzim.
Dalam kimia intraseluler, belerang beroperasi sebagai pembawa hidrogen pereduksi dan elektronnya untuk perbaikan oksidasi seluler. Glutationa tereduksi, tripeptida yang mengandung belerang, adalah agen pereduksi melalui gugus sulfhidril (-SH) yang berasal dari sisteina.
Metanogenesis, rute menuju sebagian besar metana dunia, adalah transformasi biokimia karbon dioksida bertahap. Konversi ini membutuhkan beberapa kofaktor organobelerang. Contohnya adalah koenzim M, CH3SCH2CH2SO3−, prekursor langsung dari metana.