Articles

4.3 D: Sideroforer

læringsmål

  • beskriv funktionen og variationen af sideroforer

jern er afgørende for næsten alle levende organismer, da det er involveret i en lang række vigtige metaboliske processer. Imidlertid er jern ikke altid let tilgængeligt; derfor bruger mikroorganismer forskellige jernoptagelsessystemer for at sikre tilstrækkelige forsyninger fra deres omgivelser. Der er betydelig variation i udvalget af jerntransportører og jernkilder, der anvendes af forskellige mikrobielle arter. Patogener kræver især effektive jernopsamlingsmekanismer for at sætte dem i stand til at konkurrere med succes om jern i det meget jernbegrænsede miljø i værtens væv og kropsvæsker.

Sideroforer er små jernchelaterende forbindelser med høj affinitet, der udskilles af mikroorganismer, såsom bakterier, svampe og græs. Sideroforer er blandt de stærkeste opløselige Fe3+ – bindemidler, der er kendt. Jern er afgørende for næsten alt liv på grund af dets vitale rolle i processer som respiration og DNA-syntese. På trods af at det er et af de mest rigelige elementer i jordskorpen, er biotilgængeligheden af jern i mange miljøer såsom jord eller hav begrænset af den meget lave opløselighed af Fe3+ ion. Denne iontilstand er den dominerende af jern i vandige, ikke-sure, iltede miljøer og akkumuleres i almindelige mineralfaser såsom jernilte og hydroksider (de mineraler, der er ansvarlige for røde og gule jordfarver). Derfor kan det ikke let udnyttes af organismer. Mikrober frigiver sideroforer for at fjerne jern fra disse mineralfaser ved dannelse af opløselige Fe3+ – komplekser, der kan optages af aktive transportmekanismer. Mange sideroforer er nonribosomale peptider, selvom flere biosyntetiseres uafhængigt.

Sideroforer er blandt de stærkeste bindemidler til Fe3+ kendt, hvor enterobactin er en af de stærkeste af disse. På grund af denne egenskab, har de tiltrukket interesse fra lægevidenskaben i metal chelation terapi, med siderofor desferrioksamin B vinder udbredt anvendelse i behandlinger for jernforgiftning og thalassæmi.

billede
figur: syntese af enterobactin: Enterobactin (også kendt som Enterochelin) er en siderofor med høj affinitet, der erhverver jern til mikrobielle systemer. Det findes primært i Gram-negative bakterier, såsom Escherichia coli og Salmonella typhimurium.

jern er tæt bundet til proteiner såsom hæmoglobin, transferrin, lactoferrin og ferritin. Der er store evolutionære pres på patogene bakterier for at opnå dette metal. For eksempel miltbrandpatogenet Bacillus anthracisfrigiver to siderophorer, bacillibactin og petrobactin, for at fjerne jernjern fra jernproteiner. Mens bacillibactin har vist sig at binde til immunsystemets protein siderocalin, antages petrobactin at unddrage sig immunsystemet og har vist sig at være vigtigt for virulens hos mus.

udover sideroforer producerer nogle patogene bakterier hæmoforer ( hemebindende rensningsproteiner) eller har receptorer, der binder direkte til jern/hemeproteiner. I eukaryoter er andre strategier til forbedring af jernopløselighed og optagelse forsuring af omgivelserne (f.eks. brugt af planterødder) eller den ekstracellulære reduktion af Fe3+ i de mere opløselige Fe2+ ioner.Sideroforer danner normalt et stabilt, seksadentat, oktaedrisk kompleks med Fe3 + fortrinsvis sammenlignet med andre naturligt forekommende rigelige metalioner, selvom hvis der er mindre end seks donoratomer, kan vand også koordinere. De mest effektive sideroforer er dem, der har tre bidentatligander pr.molekyle, der danner et geksadentatkompleks og forårsager en mindre entropisk ændring end den, der er forårsaget af chelatering af en enkelt jernion med separate ligander.

Sideroforer klassificeres normalt af de ligander, der bruges til at chelatere jernjernet. De vigtigste grupper af siderophorer omfatter catecholater (phenolater), hydroksamater og carboksylater (f.eks. derivater af citronsyre). Citronsyre kan også fungere som en siderofor. Den brede vifte af sideroforer kan skyldes evolutionært pres på mikrober for at producere strukturelt forskellige sideroforer, som ikke kan transporteres af andre mikrobers specifikke aktive transportsystemer eller i tilfælde af patogener, der er deaktiveret af værtsorganismen.

nøglepunkter

  • Sideroforer er vigtige for nogle patogene bakterier for deres erhvervelse af jern. Mange sideroforer er nonribosomale peptider, selvom flere biosyntetiseres uafhængigt.
  • den brede vifte af sideroforer kan skyldes evolutionært pres på mikrober for at producere strukturelt forskellige sideroforer, som ikke kan transporteres af andre mikrobers specifikke aktive transportsystemer, eller i tilfælde af patogener, der er deaktiveret af værtsorganismen.
  • mikrober frigiver sideroforer for at fjerne jern fra disse mineralfaser ved dannelse af opløselige Fe3+ – komplekser, der kan optages af aktive transportmekanismer.

nøglebegreber

  • siderophores: Sidereophorer er små jernchelaterende forbindelser med høj affinitet, der udskilles af mikroorganismer, såsom bakterier og svampe, og også græs. Sideroforer er blandt de stærkeste opløselige Fe3+ – bindemidler, der er kendt.