Siderophore

Die Siderophore (gr. Eisenträger) sind eine Stoffgruppe von rund 200 eisenbindenden Oligopepdiden mit komplexbildenden Eigenschaften, die von aeroben Bakterien, Pilzen und Pflanzenwurzeln gebildet und in das umgebende Medium ausgeschieden werden. Ihre hohe Affinität zu Fe(III)-Ionen erlaubt es ihnen, die geringe Bioverfügbarkeit dieses Metalls auszugleichen. 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]

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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. Allen diesen ist gemeinsam, dass sie einen mehrzähnigen Liganden enthalten, 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. 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 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] Die Eisentransportproteine höherer Lebewesen besitzen in eine molare Masse von etwa 80.000 Dalton (Siderophore 300 bis 2.000).

Vorkommen in der Natur

Bekannte Siderophore sind die Enterobactine, die von Enterobakterien hergestellt werden, die Ferrioxamine der Streptomyceten, 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]

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]

Literatur

1. ↑ ^{a b c d} K. Müller-Graff, Krämer: Siderophore, Praktikumsreferat an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 06.05.2005