Articles

4, 3 D: Sideroforit

oppimistavoitteet

  • kuvaavat sideroforien toimintaa ja monimuotoisuutta

rauta on välttämätöntä lähes kaikille eliöille, koska se osallistuu monenlaisiin tärkeisiin aineenvaihduntaprosesseihin. Rautaa ei kuitenkaan ole aina helposti saatavilla, minkä vuoksi mikro-organismit käyttävät erilaisia raudanottojärjestelmiä varmistaakseen riittävän saannin ympäristöstään. Eri mikrobilajien käyttämien raudankuljettajien ja raudanlähteiden valikoimassa on huomattavaa vaihtelua. Erityisesti taudinaiheuttajat tarvitsevat tehokkaita raudanhankintamekanismeja, jotta ne voivat kilpailla menestyksellisesti raudasta isäntäkudosten ja kehon nesteiden erittäin rautapitoisessa ympäristössä.

Sideroforit ovat pieneliöiden, kuten bakteerien, sienten ja heinäkasvien erittämiä pieniä, suuren affiniteetin omaavia rautaa kelatoivia yhdisteitä. Sideroforit ovat vahvimpia tunnettuja liukenevia Fe3+ – sidosaineita. Rauta on välttämätöntä lähes koko elämälle, koska sillä on tärkeä rooli prosesseissa, kuten hengityksessä ja DNA-synteesissä. Vaikka rauta on maankuoren runsaimpia alkuaineita, sen hyötyosuutta monissa ympäristöissä, kuten maaperässä tai meressä rajoittaa Fe3+ – ionin hyvin alhainen liukoisuus. Tämä ionitila on raudan vallitseva vesipitoisissa, ei-happamissa, hapettavissa ympäristöissä, ja kerääntyy tavallisiin mineraalifaasiin, kuten rautaoksideihin ja-hydroksideihin (mineraaleihin, jotka ovat vastuussa punaisesta ja keltaisesta maaväristä). Siksi eliöt eivät voi helposti hyödyntää sitä. Mikrobit vapauttavat sideroforeja kaivamaan rautaa näistä mineraalifaaseista muodostamalla liukoisia Fe3+ – komplekseja, joita aktiiviset kuljetusmekanismit voivat ottaa vastaan. Monet sideroforit ovat ei -ribosomaalisia peptidejä, joskin useat biosynteeseistä ovat itsenäisesti biosynteesisiä.

Sideroforit ovat vahvimpia tunnettuja Fe3+: n sideaineita, joista enterobaktiini on yksi vahvimmista. Tämän ominaisuuden vuoksi he ovat kiinnostuneet lääketieteestä metallikelaatiohoidossa, jossa siderophore desferrioksamine B saa laajaa käyttöä rautamyrkytyksen ja talassemian hoidossa.

Kuva: Enterobaktiinin synteesi: Enterobaktiini (tunnetaan myös nimellä Enterokeliini) on korkean affiniteetin siderofori, joka hankkii rautaa mikrobistoon. Sitä esiintyy pääasiassa Gramnegatiivisissa bakteereissa, kuten Escherichia colissa ja Salmonella typhimuriumissa.

rauta sitoutuu tiukasti proteiineihin, kuten hemoglobiiniin, transferriiniin, laktoferriiniin ja ferritiiniin. Patogeenisiin bakteereihin kohdistuu suuria evoluutiopaineita tämän metallin saamiseksi. Esimerkiksi pernaruttopatogeeni Bacillus anthracisrelesoi kaksi sideroforia, basillibakteerin ja petrobakteerin, raadellakseen rautarautaa rautaproteiineista. Basillibakteerin on osoitettu sitoutuvan immuunijärjestelmän proteiiniin siderokaliiniin, mutta petrobakteerin oletetaan kiertävän immuunijärjestelmää ja sen on osoitettu olevan tärkeä virulenssille hiirillä.

sideroforien lisäksi eräät patogeeniset bakteerit tuottavat hemoforeja ( hemiä sitovia haaskaproteiineja) tai niillä on reseptoreita, jotka sitoutuvat suoraan rauta / heme-proteiineihin. Eukaryooteissa muita raudan liukoisuutta ja sisäänottoa parantavia strategioita ovat ympäröivän alueen happamoituminen (esimerkiksi kasvien juurten käyttö) tai Fe3+: n solunulkoinen pelkistäminen liukoisemmiksi Fe2+ – ioneiksi.

Sideroforit muodostavat yleensä stabiilin, heksadentaatin oktaedrisen kompleksin, jossa Fe3+on suotuisampi kuin muissa luonnossa esiintyvissä runsaissa metalli-ioneissa, joskin jos luovuttajaatomeja on vähemmän kuin kuusi, myös vesi voi koordinoitua. Tehokkaimpia sideroforeja ovat ne, joissa on kolme bidentaattia ligandia molekyyliä kohti muodostaen heksadentaattikompleksin ja aiheuttaen pienemmän entropisen muutoksen kuin yhden Ferri-ionin kelatointi erillisillä ligandeilla.

Sideroforit luokitellaan yleensä rautaraudan kelatointiin käytettävien ligandien perusteella. Sideroforien pääryhmiä ovat katekolaatit (fenolaatit), hydroksamaatit ja karboksylaatit (esimerkiksi sitruunahapon johdannaiset). Sitruunahappo voi toimia myös sideroforina. Sideroforien laaja kirjo voi johtua siitä, että mikrobeihin kohdistuu evoluutiopaineita, jotka tuottavat rakenteellisesti erilaisia sideroforeja, joita muiden mikrobien erityiset aktiiviset kuljetusjärjestelmät eivät voi kuljettaa, tai jos taudinaiheuttajat ovat isäntäorganismin deaktivoimia.

avainkohdat

  • Sideroforit ovat tärkeitä joillekin patogeenisille bakteereille niiden raudan hankinnan kannalta. Monet sideroforit ovat ei -ribosomaalisia peptidejä, joskin useat biosynteeseistä ovat itsenäisesti biosynteesisiä.
  • sideroforien laaja kirjo voi johtua siitä, että mikrobeihin kohdistuu evoluutiopaineita, jotka tuottavat rakenteellisesti erilaisia sideroforeja, joita muiden mikrobien erityiset aktiiviset kuljetusjärjestelmät eivät voi kuljettaa, tai jos taudinaiheuttajat ovat isäntäorganismin deaktivoimia.
  • mikrobit vapauttavat sideroforeja hakemaan rautaa näistä mineraalifaaseista muodostamalla liukoisia Fe3+ – komplekseja, joita aktiiviset kuljetusmekanismit voivat ottaa vastaan.

keskeiset termit

  • sideroforit: Sidereoforit ovat pieniä, korkean affiniteetin rautaa kelatoivia yhdisteitä, joita erittävät mikro-organismit, kuten bakteerit ja sienet, sekä myös ruohot. Sideroforit ovat vahvimpia tunnettuja liukenevia Fe3+ – sidosaineita.