# Sidérophores bactériens et fongiques : mécanisme de chélation et de transport du fer(III)

Sylvie Grunenwald, Sylvie Blanc, Anne-Marie Albrecht-Gary

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Sylvie Grunenwald, Sylvie Blanc, Anne-Marie Albrecht-Gary. Sidérophores bactériens et fongiques : mécanisme de chélation et de transport du fer(III). GDR G1879 "Dérégulations du Métabolisme du Fer : Chimie, Biologie et Thérapeutique", Sep 1999, St Jorioz, France. hal-05369782

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Submitted on 17 Nov 2025

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# Sidérophores bactériens et fongiques : mécanismes de chélation et de transport du fer(III)

S. Grunenwald, S. Blanc, A.-M. Albrecht-Gary

Laboratoire de Physico-Chimie Bioinorganique, UMR 7509 du CNRS, Faculté de Chimie, 1 rue Blaise Pascal, 67000 Strasbourg, France

## Introduction

Nous présentons les paramètres thermodynamiques et cinétiques qui caractérisent le transport du fer(III) par deux sidérophores qui ont des structures chimiques différentes¹. L'azotobactine δ, caractérisée par un groupement catécholate, une fonction hydroxamate et une entité α-hydroxy-carboxylique, est synthétisée par la bactérie *Azotobacte vinelandii*. La rhizoferrine est un sidérophore polycarboxylique excrété par des champignons pathogènes qui appartiennent à la famille des *Rhizopus*²,⁵. Ces champignons sont responsables de mycoses et leur virulence est augmentée chez les sujets affaiblis et les patients traités au Desferal⁶,⁷ (desferriferrioxamine B, Novartis).

## Propriétés thermodynamiques

### Protonation

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Solvant : eau ; I = 2,0 ; T = (25,0 ± 0,2)°C

<table><thead><tr><th>Ligands</th><th>pK<sub>1</sub></th><th>pK<sub>2</sub></th><th>pK<sub>3</sub></th><th>pK<sub>4</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>acide glutarique</td><td>4,84</td><td>4,09</td><td></td><td></td></tr><tr><td>acide tartique</td><td>3,93</td><td>2,79</td><td></td><td></td></tr><tr><td>acide citrique</td><td>13</td><td>5,7</td><td>4,32</td><td>2,92</td></tr></tbody></table>

Les valeurs des pK ont été attribuées par comparaison avec divers acides carboxyliques.

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

### Nature des complexes ferriques

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

Solvant : eau ; I = 2,0 ; T = (25,0 ± 0,2)°C

Trois espèces protonées des complexes ferriques formés avec les deux ligands.

### Propriétés de coordination du fer

<table><thead><tr><th>Sites de coordination</th><th>Ligands</th><th>E° (mV/ENH)</th><th>pFe(III)</th><th>pFe(II)</th></tr></thead><tbody><tr><td>3 catécholates</td><td>Entérobacte</td><td>- 750</td><td>35,5</td><td>7,9</td></tr><tr><td>3 hydroxamates</td><td>Ferrichrome<br>Ferrioxamine B</td><td>- 448<br>- 468</td><td>25,2<br>26,6</td><td>6,1<br>6,1</td></tr><tr><td>2 hydroxamates</td><td>Acide rhodotorulique</td><td>- 415</td><td>21,9</td><td>6,0</td></tr><tr><td>2 hydroxamates<br>1 catécholate</td><td>Pyoverdine PaA</td><td>- 510</td><td>27,0</td><td>6,0</td></tr><tr><td>2 hydroxamates<br>1 hydroxyacide</td><td>Aerobactine</td><td>- 336</td><td>23,3</td><td>6,0</td></tr><tr><td>2 acides carboxyliques<br>2 hydroxyacides</td><td>Rhizoferrine</td><td>- 152</td><td>19,7</td><td>6,0</td></tr><tr><td>1 hydroxamate<br>1 hydroxyacide<br>1 catécholate</td><td>Azotobactine δ</td><td>- 390</td><td>27,8</td><td>6,0</td></tr></tbody></table>

pFe(III) = -log [Fe³⁺] avec [L]ₐ = 10⁻⁵ M ; [Fe]ₐ = 10⁻⁴ M ; [pH] = 7,4

Les complexes ferriques de la rhizoferrine sont moins stables que ceux de type hydroxamate et catécholate.

## Propriétés cinétiques

### Mécanisme de capture du fer(III)

$$ 
\begin{align*}
\mathrm{LH_6} + \mathrm{FeOH}^{2+} &\xrightarrow{k_1} \mathrm{LH_3Fe} + \mathrm{H_2O} + 2\mathrm{H}^+ \\
\mathrm{LH_5} + \mathrm{FeOH}^{2+} &\xrightarrow{k_2} \mathrm{LH_3Fe} + \mathrm{H_2O} + \mathrm{H}^+ \\
2\mathrm{LH_5} + \mathrm{Fe_2(OH)_2}^{4+} &\xrightarrow{k_3} 2\mathrm{LH_3Fe} + 2\mathrm{H_2O} + 2\mathrm{H}^+
\end{align*}
$$

<table><thead><tr><th>Ligands</th><th>k<sub>1</sub> (FeOH<sup>2+</sup>) × 10<sup>-3</sup> (M<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>)</th><th>k<sub>1</sub> (Fe<sub>2</sub>(OH)<sub>2</sub>)<sup>4+</sup> × 10<sup>-2</sup> (M<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>)</th></tr></thead><tbody><tr><td>acides hydroxamiques</td><td>2,3 à 5</td><td>-</td></tr><tr><td>catécholates substitués</td><td>1,5 à 3,1</td><td>4,5 à 220</td></tr><tr><td>desferriferrioxamine B</td><td>3,5</td><td>-</td></tr><tr><td>hydroxyacides</td><td>3,6 à 6,1</td><td>-</td></tr><tr><td>rhizoferrine LH<sub>6</sub></td><td>1,3 ± 0,3</td><td>-</td></tr><tr><td>rhizoferrine LH<sub>5</sub></td><td>50 ± 10</td><td>-</td></tr><tr><td>azotobactine δ LH<sub>6</sub>'</td><td>5,9 ± 0,4</td><td>-</td></tr><tr><td>azotobactine δ LH<sub>5</sub></td><td>21 ± 3</td><td>610 ± 30</td></tr></tbody></table>

L'étape limitante pour FeOH²⁺ est la perte de la première molécule d'eau de la sphère de coordination du métal : mécanisme d'Eigen-Wilkins.

### Mécanisme de libération du fer(III)

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<figure><img src="image_6.png" /></figure>

Azotobactine δ

Solvant : eau ; I = 2,0 ; T = 25,0°C.

Deux étapes limitantes

## Conclusion

* Dans des conditions physiologiques, le complexe ferrique de la rhizoferrine est de six ordres de grandeur moins stable que des espèces trihydroxamate-Fe(III).

* La réduction des complexes ferriques de la rhizoferrine et de l'azotobactine δ est accessible aux réducteurs biologiques (0-450 mV/ENH).

* Le mécanisme de capture de FeOH²⁺ est un processus rapide (s).

* Le mécanisme de libération du fer(III) de la rhizoferrine montre que les étapes les plus lentes correspondent à la dissociation du dernier groupement carboxylique. La dissociation acide du complexe ferrique de l'azotobactine δ suit un mécanisme pas à pas et met en évidence l'existence d'intermédiaires avec des conformations repliées

## Références

1) A.M. Albrecht-Gary, A.L. Crumbless in Metal ions in Biological Systems, Ed. A. Sigel and H. Sigel, Marcel Dekker, Inc. New-York, 1998, 35, 243. 2) P. Demange, A. Bateman, A. Dell, M.A. Abdallah, Biochem., 1988, 27, 2745. 3) H. Drechsel, J. Metzger, S. Freund, J.R. Boelaert, G. Winkelmann, Biometals, 1991, 5, 238. 4) C.J. Carrano, H. Drechsel, D. Kaiser, G. Jung, B. Matzanke, G. Winkelmann, N. Rochel, A.M. Albrecht-Gary, Inorg. Chem., 1996, 35, 6429. 5) H. Drechsel, G. Jung, H. Zähner, G. Winkelmann, Biometals, 1992, 5, 141. 6) J.R. Boelaert, M. de Locht, Y.J. Schneider, J. Infect. Dis., 1994, 169, 231. 7) J.R. Boelaert, M. de Locht, J. Van Cutsem, Rev. Med. Microbiol. 1993, 5, 171.