Siderofor

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, nonribozomal peptittir.

Anoksik şartlarda demir genelde +2 yükseltgenme halindedir 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, hidroksamik asit 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 ferrikrom (Ustilago sphaerogena), enterobaktin (veya enteroşelin) (Escherichia coli), mikobaktin (Mycobacterium), enterobactin ve basillibaktin (Bacillus subtilis), ferrioksamin B (Streptomyces pilosus), fusarinine C (Fusarium roseum), yersiniabaktin (Yersinia pestis), vibriobaktin (Vibrio cholerae), azotobaktin (Azotobacter vinelandii), psödobaktin (Pseudomonas B 10), eritrobaktin (Saccharopolyspora erythraea) ve ornibaktin (Burkholderia cepacia) sayılabilir.

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 transferin tarafından tutulmuştur, vücuttaki diğer sıvılarda bulunan laktoferin 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 virülans faktörü olarak sayılır.

Diğer aerobik bakteriler gibi psödomonadlar da demir elde etmek için demir (III) ile yüksek affinite ile kompleksleşen sideroforlar salgılarlar. Flüoresan pseudomonadlar (Pseudomonas aeruginosa gibi) yüksek affiniteli peptidik bir siderofor olan piyoverdin 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 anti-sigma faktörleri ve başka düzenleyiciler sayılabilir. Pseudomonadlar doğada çok yaygın bulundukları için hücre içine demir sideroforu ve hem alınmasında görev alan reseptörleri kodlayan çok sayıda gene sahiptirler. Demir regulonu ile diğer düzenleyici şebekeler arasında iletişim vardır.

Sideriforların demir veya alüminyum birikimi 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.

Bitki köklerinin çevresindeki (rizosferdeki) mikroorganizmalar tarafından üretilen kimyasal bileşikler demir gibi bazı gerekli minerallerin varlığını ve alımını artırırlar. Rizosferik bakteriler tarafından üretilen hidroksamat türü sideroforları (ferrikrom, rodotorulik asit ve ferrioksamin B), katekol 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 piyoverdin adlı sarı-yeşil pigmentler siderofor olarak işlev görür. Bu bileşikler patojenleri gerek duydukları demirden mahrum bırakır.

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.