Siderofor Yunanca demir taşıyıcı mikroorganizmalar pek çok bitki ve bazı yüksek organizmalar tarafından salgıla

Siderofor (Yunanca demir taşıyıcı), mikroorganizmalar, pek çok bitki ve bazı yüksek organizmalar tarafından salgılanan, demir şelasyonu yapan bileşiklerdir. Demir Fe³⁺ iyonlarının nötral pH'de çözünürlükleri çok düşüktür ve dolayısıyla organizmalar tarafından kullanılamaz. Sideroforlar şelasyon yoluyla bu iyonların çözelmesini sağlar. Bu çözelmiş kompleksler aktif taşıma ile hücre içine alınırlar. Çoğu siderofor, .

Şelasyon

şartlarda demir genelde +2 ve suda çözünür. Ancak, oksik şartlarda, demir genelde +3 yükseltgenme halinde olur ve çeşitli suda çözünmez mineraller oluşturur. Bu tür minerallerden demir elde edebilmek için hücreler demire bağlanan ve onu hücre içine taşıyan sideroforlar üretirler. Sideroforların başlıca gruplarından biri, türevleridir, bunlar ferrik iyonları kuvvetle şelatlar.

Altı dişli (İng. hexadentate) yapılar sideroforlarda çok yaygın görülür. Bunun nedeni, Fe-III iyonları için üç dişli ligandlara gerek olması ve bunlardan ikisinin aynı moleküle dahil edilmesidir. En etkili sideroforlarda birden çok ligand bulunur. Bu sayede ferrik iyonunun tam oktahedral kordinasyonu mümkün olur ve tek bir ferrik iyonun ayrı ligandlar tarafından şelasyonundan kaynaklanan entropi etkileri minimize olur.

Çeşitli bakteri ve mantarlar tarafından üretilen sideroforlara örnek olarak ( sphaerogena), (veya enteroşelin) (Escherichia coli), (Mycobacterium), enterobactin ve (Bacillus subtilis), ( pilosus), ( roseum), (Yersinia pestis), vibriobaktin (Vibrio cholerae), azotobaktin (), (Pseudomonas B 10), eritrobaktin () ve ornibaktin () sayılabilir.

Sideroforlar tarafından şelatlanan diğer metaller şunlardır: Aluminyum,Galyum,Krom,Bakır,Çinko, |Kurşun,Manganez,Kadmiyum,Vanadyum,Indiyum,Plutonyum,Uranyum

Biyolojik işlev

Ortamda demir sınırlanmasına tepki olarak mikroplarda siderofor üretimi üzerindeki baskılama kalkar. Bunun ardından hücre dışına siderofor salgılanır. Hücre dışında siderofor demiri kavrar ve onu çözeltir. Sideroforlar demir ile oktahedral bir siderofor-demir kompleksi oluşturarak ona kuvvetli bir şekilde bağlanırlar. Sideroforlar sonra özgül reseptörler tarafından tanınırlar. Bu reseptörlere bağlanmanın ardından sideroforlar hücre zarının içinden çeşitli mekanizmalar ile taşınırlar Demir (III)'ün hücre içinde indirgenmesinin ardından oluşan Fe(II)'nin sıderoforla göreli zayıf kompleksleşmesi, demirin hücre içine salınması için verimli bir yol sağlar. Sideroforun parçalanması ve başka biyolojik mekanizmalarla da demir serbest kalabilir. Siderofordan elde edilen demir, elektron taşıması, oksijen taşıması ve yaşam için önemli başka süreçlerde yer alan enzimlerin işlevi için gereklidir.

Bakteriler ve konakları demiri bağlamak için yapısal olarak birbirinden farklı sideroforlar kullanarak birbirleriyle yarışırlar. Hayvanlar da, vücutları içinde bakterilerin çoğalmasını engellemek için serbest demir bulundurmazlar, örneğin plazmada demir tarafından tutulmuştur, vücuttaki diğer sıvılarda bulunan de aynı işleve sahiptir. Bakteriler konak organizmalardan demir elde etmek için çeşitli mekanizmalar evrimleştirmiştir, sideroforlar bunlardan biridir. Bazı bakterilerin salgıladığı sideroforların demire bağlanma afinitesi (bağlanma eğilimi) o kadar kuvvetlidir ki, transferin veya laktoferinden ayrışan demir iyonları tekrar geri bağlanamadan bu sideroforlar tarafından kapılırlar. Sideroforlar bazı bakterilerin hastalık yapma yeteneği için gereklidir, dolayısıyla bunlar olarak sayılır.

Pseudomonas sideroforları

Diğer aerobik bakteriler gibi psödomonadlar da demir elde etmek için demir (III) ile yüksek affinite ile kompleksleşen sideroforlar salgılarlar. Flüoresan (Pseudomonas aeruginosa gibi) yüksek affiniteli peptidik bir siderofor olan üretirler, ama çoğu zaman buna ilaveten daha düşük afiniteli ikinci bir siderofor daha salgılarlar. Bu sideroforların sentezini ve hücre içine alımından sorumlu genlerin bir kısmı ve bunların kodladığı proteinlerin işlevleri bilinmektedir. Siderofor yoluyla demir alımı birkaç seviyede düzenlenmektedir. Bunlara örnek olarak, demire-duyarlı represör Fur (İng. Ferric Uptake Regulator den kısaltma), sitoplazma dışı sigma ve ve başka düzenleyiciler sayılabilir. Pseudomonadlar doğada çok yaygın bulundukları için hücre içine ve hem alınmasında görev alan reseptörleri kodlayan çok sayıda gene sahiptirler. Demir ile diğer düzenleyici şebekeler arasında iletişim vardır.

Tıbbi uygulamalar

Sideriforların demir veya terapisinde ve hedeflenmiş antibiyotik terapisinde uygulamaları vardır. Vücutta sınırlı miktarda demir bulunan ortamlarda bakterilerin büyümesini engellemek için siderofor biyosentezini bloke edecek inhibitör ilaçlar geliştirilmiştir.

Sideroforlar insanlarda demir kullanımını kolaylaştırmak amaçlı ilaçlar olarak da kullanılırlar. Bir diğer uygulama, sideroforların demir taşıma yeteneğinden yararlanarak bakteri hücrelerinin içine ilaç taşınmasını sağlamaktadır. Bir uygulamada siderofor ile bir ilaç birleştirilir, bakteri ancak kendine has sideroforları içine aldığı için bu bileşiklerin seçici antimikrobiyal etkisi olur.

Tarımsal uygulamalar

Bitki köklerinin çevresindeki () mikroorganizmalar tarafından üretilen kimyasal bileşikler demir gibi bazı gerekli minerallerin varlığını ve alımını artırırlar. Rizosferik bakteriler tarafından üretilen türü sideroforları (ferrikrom, rodotorulik asit ve ferrioksamin B), tipi sideroforları (agrobaktin) ve karışık ligandlı katekol-hidroksamat-hidroksi asit sideroforların bitkiler tarafından kullanıldığı gösterilmiştir. Bu saprofit bakteriler toprakta, yapraklarda, su birikintilerinde, deniz suyunda ve tortuda bulunur.

Flüoresan pseudomonadlar bazı bitki patojenlerine karşı biyolojik mücadele etmeni olarak kullanılabilecekleri bulunmuştur. Bunların salgıladığı adlı sarı-yeşil pigmentler siderofor olarak işlev görür. Bu bileşikler patojenleri gerek duydukları demirden mahrum bırakır.

İlgili süreçler

Demir çözünürlüğünü artırmanın ve onu hücre içine almanın diğer stratejileri, çevrenin asitleştirilmesi (bitki kökleri tarafından kullanılır) veya Fe³⁺'ün daha çözünür olan Fe²⁺ iyonlarına hücre dışında indirgenmesidir. Demir alımı için alternatif yöntemler olarak, yüzeyde indirgeme, pH azaltması, hem kullanımı veya protein komplekslenmiş metalin ekstraksiyonu sayılabilir.

Kaynakça

^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g J. B. Neilands. Siderophores: Structure and Function of Microbial Iron Transport Compounds. J. Biol. Chem., Nov 1995; 270: 26723 - 26726.
^ ^a ^b ^c Miller, Marvin J. Siderophores (microbial iron chelators) and siderophore-drug conjugates (new methods for microbially selective drug delivery). University of Notre Dame, 4/21/2008 http://www.nd.edu/~mmiller1/page2.html 20 Aralık 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
^ Biology of Microorganisms, 11. baskı, Pearson Education
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l A. del Olmo, C. Caramelo, and C. SanJose. Fluorescent complex of pyoverdin with aluminum. Journal of Inorganic Biochemistry, 2003; 97: 384-387.
^ ^a ^b ^c ^d ^e G. Carrillo-Castañeda, J. Juárez Muños, J. R. Peralta-Videa, E. Gomez, K. J. Tiemannb, M. Duarte-Gardea and J. L. Gardea-Torresdey. Alfalfa growth promotion by bacteria grown under iron limiting conditions. Advances in Environmental Research, 2002; 6: 391–399.
^ ^a ^b John, Seth G., Ruggiero, Christy E., Hersman, Larry E., Tung, Chang-Shung., and Neu, Mary P. Siderophore Mediated Plutonium Accumulation by Microbacterium flavescens (JG-9). Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 2942-2948.
^ Huyer, Marianne, and Page, William J. Zn2+ Increases Siderophore Production in Azotobacter vinelandii . Applied and Environmental Microbiology, Nov. 1988; 54: 2625-2631.
^ ^a ^b ^c John M. Roosenberg II, Yun-Ming Lin, Yong Lu and Marvin J. Miller. Studies and Syntheses of Siderophores, Microbial Iron Chelators, and Analogs as Potential Drug Delivery Agents. Current Medicinal Chemistry, 2000; 7: 159-197.
^ ^a ^b Baron, Samuel (1996). http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=siderophore&rid=mmed.section.573#575 |bölümurl= eksik başlık (). Medical Microbiology. Galveston, Teksas: The University of Texas Medical Branch at Galveston. 12 Mayıs 2009 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 30 Eylül 2008.
^ Julian A Ferreras, Jae-Sang Ryu, Federico Di Lello, Derek S Tanand Luis E N Quadri. Small-molecule inhibition of siderophore biosynthesis in Mycobacterium tuberculosis and Yersinia pestis. Nature Chemical Biology, 2005; 1: 29-32.
^ M. Alexandra Esteves, M. Candida T. Vaz, M. L. S. Simoes Goncalves, Etelka Farkas, and M. Amelia Santos. Siderophore Analogues. Synthesis and Chelating Properties of a New Macrocyclic Trishydroxamate Ligand. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1995; 2565 – 2573.
^ K. S. Jagadeesh, J. H. Kulkarni and P. U. Krishnaraj. Evaluation of the role of fluorescent siderophore in the biological control of bacterial wilt in tomato using Tn5 mutants of fluorescent Pseudomonas sp. Current Science, 25 Oct. 2001; 81: 882.

[J._B._Neilands-1] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g J. B. Neilands. Siderophores: Structure and Function of Microbial Iron Transport Compounds. J. Biol. Chem., Nov 1995; 270: 26723 - 26726.

[Miller-2] Miller, Marvin J. Siderophores (microbial iron chelators) and siderophore-drug conjugates (new methods for microbially selective drug delivery). University of Notre Dame, 4/21/2008 http://www.nd.edu/~mmiller1/page2.html 20 Aralık 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde .

[3] Biology of Microorganisms, 11. baskı, Pearson Education

[A._del_Olmo-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l A. del Olmo, C. Caramelo, and C. SanJose. Fluorescent complex of pyoverdin with aluminum. Journal of Inorganic Biochemistry, 2003; 97: 384-387.

[G._Carrillo-5] G. Carrillo-Castañeda, J. Juárez Muños, J. R. Peralta-Videa, E. Gomez, K. J. Tiemannb, M. Duarte-Gardea and J. L. Gardea-Torresdey. Alfalfa growth promotion by bacteria grown under iron limiting conditions. Advances in Environmental Research, 2002; 6: 391–399.

[John,_Seth_G.-6] John, Seth G., Ruggiero, Christy E., Hersman, Larry E., Tung, Chang-Shung., and Neu, Mary P. Siderophore Mediated Plutonium Accumulation by Microbacterium flavescens (JG-9). Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 2942-2948.

[Huyer-7] Huyer, Marianne, and Page, William J. Zn2+ Increases Siderophore Production in Azotobacter vinelandii . Applied and Environmental Microbiology, Nov. 1988; 54: 2625-2631.

[John_M._Roosenberg-8] John M. Roosenberg II, Yun-Ming Lin, Yong Lu and Marvin J. Miller. Studies and Syntheses of Siderophores, Microbial Iron Chelators, and Analogs as Potential Drug Delivery Agents. Current Medicinal Chemistry, 2000; 7: 159-197.

[baron-9] Baron, Samuel (1996). http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=siderophore&rid=mmed.section.573#575 |bölümurl= eksik başlık (). Medical Microbiology. Galveston, Teksas: The University of Texas Medical Branch at Galveston. 12 Mayıs 2009 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 30 Eylül 2008.

[Julian-10] Julian A Ferreras, Jae-Sang Ryu, Federico Di Lello, Derek S Tanand Luis E N Quadri. Small-molecule inhibition of siderophore biosynthesis in Mycobacterium tuberculosis and Yersinia pestis. Nature Chemical Biology, 2005; 1: 29-32.

[M._Alexandra-11] M. Alexandra Esteves, M. Candida T. Vaz, M. L. S. Simoes Goncalves, Etelka Farkas, and M. Amelia Santos. Siderophore Analogues. Synthesis and Chelating Properties of a New Macrocyclic Trishydroxamate Ligand. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1995; 2565 – 2573.

[K._S._Jagadeesh-12] K. S. Jagadeesh, J. H. Kulkarni and P. U. Krishnaraj. Evaluation of the role of fluorescent siderophore in the biological control of bacterial wilt in tomato using Tn5 mutants of fluorescent Pseudomonas sp. Current Science, 25 Oct. 2001; 81: 882.