Siderophore

Siderophore
Stäbchenmodell von Carboxymycobactin T mit Eisenion, nach PDB 1X8U.
Strukturformel der Myxocheline.
Komplexausschnitt mit Catecholin und Eisen(III)
Strukturformel von Enterobactin.

Die Siderophore (gr. Eisenträger) sind eine Stoffgruppe von rund 200 eisenbindenden small molecules und Oligopeptiden, die von aeroben Bakterien, Pilzen und Pflanzenwurzeln gebildet und in das umgebende Medium ausgeschieden werden. Nach der Komplexierung der Eisen-Ionen werden die beladenen Siderophore von den Zellen der Produzenten über spezifische Transportsysteme wieder aufgenommen. Eine Besonderheit der Siderophore ist ihre geringe molare Masse von 300 bis 2.000 Dalton.[1] Manche Pflanzen bilden ebenfalls Eisen komplexierende Substanzen. Diese werden Phytosiderophore genannt.[2]

Inhaltsverzeichnis

Vorkommen in der Natur

Bekannte Siderophore sind die Enterobactine, die von Enterobakterien hergestellt werden, die Ferrioxamine der Actinobakterien, die Pyoverdine in Pseudomonas, die Mycobactine und Exocheline der Mycobakterien, die Ferrichrome der Pilze und die citrathaltigen Siderophore bei Pilzen und Bakterien. Siderophore werden nur von aeroben Bakterien, Pilzen und Pflanzenwurzeln gebildet und konnten in teils hohen Konzentrationen im Boden und Meerwasser nachgewiesen werden.[1]

Eigenschaften und biologische Bedeutung

Siderophore sind kleine Moleküle, die zu den Catecholaten, Hydroxamaten oder zu den α-Hydroxy/α-Ketocarbonsäuren gehören. Daneben gibt es gemischt-funktionelle Siderophore, die auch Stickstoff-Liganden besitzen, sowie kurze Peptide mit ungewöhnlichen Modifikationen (wie die Pyoverdine). Allen diesen ist gemeinsam, dass sie einen mehrzähnigen Liganden bilden, der ein Metallion mit sechs, selten vier Zentren bindet. Die geringe Größe der Moleküle erlaubt es ihnen, die Zellwand von Bakterien, Pilzen oder Pflanzen zweimal durch relativ enge Kanäle zu durchqueren. Die Eisentransportproteine höherer Lebewesen (beispielsweise Transferrin) besitzen eine molare Masse von etwa 80.000 Dalton (Siderophore 300 bis 2.000).

Eisentransport und -speicherung

Siderophore binden sehr selektiv Eisen(III)-Ionen, die dann in die Zellen transportiert werden können. Trotz der großen Menge an in der Natur vorkommendem Eisen besitzt dies eine sehr geringe Bioverfügbarkeit, da es meist als unlöslicher Hydroxokomplex vorliegt. Die hohe Affinität der Siderophore zu Fe(III)-Ionen erlaubt es ihnen, die geringe Bioverfügbarkeit dieses Ions auszugleichen. Da die Komplexbindungskonstante der Siderophore für Fe(II)-Ionen sehr viel geringer ist als für dreiwertiges Eisen, wird das Metallion in der Zelle nach Reduktion zu Eisen(II) aus dem Komplex gelöst. Weitere Bedeutung kommt diesen Molekülen als Lagersystem für Eisen zu; d.h. die mit Eisen beladenen Siderophore können innerhalb der Zellen gelagert werden.[1]

Pathologie

Komplex Stabilitätskonstante
bei pH 7
Fe(III)-Enterobactin 1056
Fe(III)-Ferrioxamin E 1032
Fe(III)-Ferrichrom A 1029
Fe(III)-Transferrin A 1024
Fe(III)-EDTA 1025

Enterobactin und andere bakterielle Siderophore bilden wesentlich stabilere Komplexe mit Eisen(III) als die Siderophore des Menschen. Sie sind daher in der Lage, im menschlichen Körper Eisen von Hämoglobin (nach Hämolyse) und Transferrin "zu stehlen".[3]

Biosynthese

Die Produktion der Siderophore wird über einen speziellen Regelkreis an die Eisenkonzentration innerhalb der Zelle gekoppelt. Das Protein FUR (ferric uptake regulator) bindet Zink(II)- und Eisen(II)-Ionen. Ist in der Zelle nicht mehr genügend zweiwertiges Eisen vorhanden, so wird die Siderophor-Produktion angeregt und die Zell-Transportkanäle für Eisen werden geöffnet.[1]

Für die Synthese an sich werden meist Aminosäuren als Basis verwendet, welche mittels Carrier-Enzymen ähnlich der Fettsäuresynthese fließbandartig zusammengebaut werden (Nichtribosomale_Peptidsynthese (NRPS)).

Anwendung als Chelatoren

Es ist bekannt, dass Pyoverdine, die sehr variabel aufgebaut sein können, auch als Chelatoren für Schwermetalle wie Uran und Thorium fungieren können.[4]

Literatur

Einzelnachweise

  1. a b c d K. Müller-Graff, Krämer: Siderophore, Praktikumsreferat an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 06.05.2005
  2. S.M. Kraemer, D.E. Crowley, R. Kretzschmar: Geochemical Aspects of Phytosiderophore-Promoted Iron Acquisition by Plants, 2006, Advances in Agronomy
  3. Joseph W. Lengeler, G. Drews, Hans Günter Schlegel: Biology of the prokaryotes. Thieme, Stuttgart 1999, ISBN 3-13-108411-1, S. 183ff.
  4. Brainard JR, Strietelmeier BA, Smith PH, and Langston-Unkefer PJ: Actinide binding and solubilization by microbial siderophores. In: Radiochim. Acta. 58-59, 1992, S. 357-363.

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Нужно сделать НИР?

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Siderophore — Sidérophore Un sidérophore est un élement chimique secrété par les micro organismes et capable de chélater l ion Fe3+. Au pH neutre, l ion Fe3+ a une solubilité faible, ce qui rend son utilisation par l organisme impossible. Les sidérophores… …   Wikipédia en Français

  • Siderophore —   [zu griechisch phoreĩn »tragen«], die Siderochrome …   Universal-Lexikon

  • Siderophore — A Siderophore (Greek for iron carrier) is an iron chelating compound secreted by microorganisms such as bacteria, fungi and grasses. cite journal | author = J. B. Neilands | title = A Crystalline Organo iron Pigment from a Rust Fungus (Ustilago… …   Wikipedia

  • Sidérophore — Les sidérophores (du grec pherein et sideros signifiant «porter le fer») sont des chélateurs de fer synthétisés et sécrétés notamment par les micro organismes pour leur permettre de puiser le fer essentiel à leur développement. Ce sont des… …   Wikipédia en Français

  • siderophore — (sid er o for ) A small molecule that complexes with ferric iron and supplies it to a cell by aiding in its transport across the plasma membrane …   Dictionary of microbiology

  • siderophore — noun a) Any medium sized molecule that has a high specificity for binding or chelating iron; they are employed by microorganisms to obtain iron from the environment b) a siderophage …   Wiktionary

  • siderophore — A large extravasated mononuclear phagocyte containing granules of hemosiderin, found in the sputum or in the lungs of individuals with longstanding pulmonary congestion from left ventricular failure. SEE ALSO: heart failure cell. SYN: siderophage …   Medical dictionary

  • Siderophore — Si|de|ro|pho|re die (Plur.) <zu ↑...phor> svw. ↑Siderochrome …   Das große Fremdwörterbuch

  • siderophore — [ sɪdərə(ʊ)ˌfɔ:, sʌɪ ] noun Biochemistry a molecule which binds and transports iron in microorganisms …   English new terms dictionary

  • siderophore — A low molecular weight entity that binds very tightly to iron. Siderophores are synthesized by a variety of soil micro organisms to ensure that the organism is able to obtain sufficient amounts of iron from the environment …   Glossary of Biotechnology

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”