Eisen ist für fast alle lebenden Organismen essentiell, da es an einer Vielzahl wichtiger Stoffwechselprozesse beteiligt ist. Eisen ist jedoch nicht immer ohne weiteres verfügbar; Daher verwenden Mikroorganismen verschiedene Eisenaufnahmesysteme, um eine ausreichende Versorgung aus ihrer Umgebung sicherzustellen. Es gibt erhebliche Unterschiede im Bereich der Eisentransporter und Eisenquellen, die von verschiedenen mikrobiellen Arten genutzt werden. Insbesondere Krankheitserreger benötigen effiziente Eisenakquisitionsmechanismen, damit sie in der stark eisenreduzierten Umgebung der Gewebe und Körperflüssigkeiten des Wirts erfolgreich um Eisen konkurrieren können.

Siderophore sind kleine, hochaffine Eisenchelatverbindungen, die von Mikroorganismen wie Bakterien, Pilzen und Gräsern ausgeschieden werden. Siderophore gehören zu den stärksten bekannten löslichen Fe3 + -Bindemitteln. Eisen ist für fast alles Leben essentiell, da es eine wichtige Rolle bei Prozessen wie Atmung und DNA-Synthese spielt. Obwohl es eines der am häufigsten vorkommenden Elemente in der Erdkruste ist, ist die Bioverfügbarkeit von Eisen in vielen Umgebungen wie dem Boden oder dem Meer durch die sehr geringe Löslichkeit des Fe3 + -Ions begrenzt. Dieser Ionenzustand ist der vorherrschende von Eisen in wässrigen, nicht sauren, sauerstoffhaltigen Umgebungen und reichert sich in üblichen Mineralphasen wie Eisenoxiden und -hydroxiden an (die Mineralien, die für rote und gelbe Bodenfarben verantwortlich sind). Daher kann es von Organismen nicht ohne weiteres genutzt werden. Mikroben setzen Siderophore frei, um Eisen aus diesen Mineralphasen durch Bildung löslicher Fe3 + -Komplexe abzufangen, die von aktiven Transportmechanismen aufgenommen werden können. Viele Siderophore sind nicht-ribosomale Peptide, obwohl einige unabhängig voneinander biosynthetisiert werden.

Siderophore gehören zu den stärksten bekannten Bindemitteln für Fe3+, wobei Enterobactin eines der stärksten davon ist. Aufgrund dieser Eigenschaft haben sie das Interesse der medizinischen Wissenschaft an der Metallchelattherapie geweckt, wobei das Siderophor Desferrioxamin B bei der Behandlung von Eisenvergiftung und Thalassämie weit verbreitet ist.

Eisen ist eng an Proteine wie Hämoglobin, Transferrin, Lactoferrin und Ferritin gebunden. Es gibt einen großen evolutionären Druck auf pathogene Bakterien, um dieses Metall zu erhalten. Zum Beispiel der Anthrax-Erreger Bacillus anthracis setzt zwei Siderophore frei, Bacillibactin und Petrobactin, um Eisen (III) -Eisen aus Eisenproteinen abzufangen. Während gezeigt wurde, dass Bacillibactin an das Protein Siderocalin des Immunsystems bindet, wird angenommen, dass Petrobactin dem Immunsystem ausweicht und sich als wichtig für die Virulenz bei Mäusen erwiesen hat.

Einige pathogene Bakterien produzieren neben Siderophoren Hämophore ( Häm-bindende Scavenging-Proteine) oder haben Rezeptoren, die direkt an Eisen/Häm-Proteine binden. In Eukaryoten sind andere Strategien zur Verbesserung der Eisenlöslichkeit und -aufnahme die Ansäuerung der Umgebung (z. B. von Pflanzenwurzeln) oder die extrazelluläre Reduktion von Fe3 + in die löslicheren Fe2 + -Ionen.

Siderophore bilden normalerweise einen stabilen, hexadentaten, oktaedrischen Komplex mit Fe3 +bevorzugt im Vergleich zu anderen natürlich vorkommenden reichlich vorhandenen Metallionen, obwohl Wasser auch koordinieren kann, wenn weniger als sechs Donoratome vorhanden sind. Die wirksamsten Siderophore sind solche, die drei zweizähnige Liganden pro Molekül aufweisen, einen hexadentaten Komplex bilden und eine geringere entropische Veränderung verursachen als die, die durch Chelatisieren eines einzelnen Eisenions mit separaten Liganden verursacht wird.

Siderophore werden normalerweise durch die Liganden klassifiziert, die zur Chelatisierung des Eisen (III) -Eisens verwendet werden. Die Hauptgruppen der Siderophore umfassen die Katecholate (Phenolate), Hydroxamate und Carboxylate (z. B. Derivate der Zitronensäure). Zitronensäure kann auch als Siderophor wirken. Die große Vielfalt an Siderophoren kann auf evolutionären Druck zurückzuführen sein, der auf Mikroben ausgeübt wird, um strukturell unterschiedliche Siderophoren zu produzieren, die nicht durch die spezifischen aktiven Transportsysteme anderer Mikroben transportiert werden können, oder im Fall von Pathogenen, die vom Wirtsorganismus deaktiviert werden.