Siderophor
Synonym: Eisenträger
Definition
Siderophor ist der Überbegriff einer zu den niedermolekularen Verbindungen gehörenden Stoffgruppe, die sich aus rund 200 stark eisenbindenden Oligopeptiden zusammensetzt. Siderophore werden von bestimmten aeroben Bakterien, Pflanzenwurzeln und Pilzen synthetisiert und in das umgebende Medium – also für gewöhnlich den Boden – abgegeben. Es folgt eine Komplexierung der Eisen-Ionen, mit anschließender Wiederaufnahme der Eisentransporter über spezifische Transportmechanismen in die Zelle der Produzenten. Siderophore besitzen eine außerordentlich geringe Molekülmasse, die im Bereich von 350 bis etwas über 2.000 Dalton einzuordnen ist. In der Humanmedizin besteht die Möglichkeit, Siderophore als Chelatoren im Rahmen einer Schwermetallvergiftung einzusetzen.
Biosynthese
Die intrazelluläre Biosynthese der Siderophore ist durch einen Regelkreis an die innerhalb der Zelle herrschende Eisenkonzentration gebunden. In der Zelle existiert ein Protein mit der Bezeichnung FUR (ferric uptake regulator), welches für die feste Bindung von zweiwertigem Eisen und Zink verantwortlich ist. Sinkt der intrazelluläre Gehalt an Eisen(II)-Ionen, wird die Synthese von Siderophoren (die das Eisen aus der Umgebung beschaffen sollen) angekurbelt. Weiterhin öffnen sich automatisch die Kanäle in der Zellmembran, die für den Eisentransport verantwortlich sind. Die Biosynthese von Siderophoren geschieht durch eine Nichtribosomale Peptidsynthese.
Bekannte Siderophore
- Ferrioxamine (hergestellt vom Actinobakterium)
- Enterobactine (hergestellt vom Enterobakterium)
- Pyoverdine (hergestellt durch Pseudomonas)
- Mycobactine (hergestellt durch Mycobakterien)
- Ferrichrome (hergestellt durch bestimmte Pilze)
Transport und Speicherung von Eisen
Siderophore binden stark selektiv Eisen(III)-Ionen aus der Umgebung. Nach fester Bindung können diese dann in die Zelle des Eisenverbrauchers transportiert werden. Obwohl in der Natur sehr große Mengen an Eisen vorkommen, besitzt das Element in sämtlichen Organismen eine sehr geringe Biologische Verfügbarkeit. Daher müssen dem Lebewesen stets sehr große Mengen an Eisen zugeführt werden, um eine ausreichende Wirksamkeit zu gewährleisten. Die extrem hohe Selektivität und Bindungsaffinität der Siderophore gleicht die schlechte Verfügbarkeit von Eisen etwas aus. Die Zelle selber benötigt zweiwertiges Eisen, für die die Bindungsaffinität der Siderophore aber nur sehr gering ist. Daher nehmen die Transporter dreiwertiges Eisen aus der Umgebung auf, transportieren dies in die Zelle, wo es dann zu Eisen(II)-Ionen reduziert wird.
Pathophysiologie
Bakterielle Siderophore besitzen eine deutlich höhere Bindungsaffinität zu Eisen als das Hämoglobin. Daher würden diese Siderophore im menschlichen Körper dem Hämoglobin das Eisen entziehen.