Сидерохромы - транспортные формы железа. Комплексы с порфирином и его аналогами

Железо играет важнейшую роль в огромном количестве клеточных окислительно-восстановительных процессов в растениях, бактериях и высших организмах. В частности, без участия железа не обходятся процессы дыхания и переноса кислорода.

Для простейших организмов О2 ‒ крайне реакционноспособный и высокотоксичный газ. Первоначально кислород удалялся из атмосферы восстановленными ионами таких металлов, как Fе(II) и Мn(II), но 2 млрд лет назад, судя по отложениям большого количества осадков оксидов металлов, содержание О2 в атмосфере начало расти с менее 1% (как на необитаемых планетах и Луне сейчас) до 21% (по объему). В результате большинство простейших организмов должно было бы погибнуть. Выжить смогли только вновь развившиеся аэробные организмы, появившиеся благодаря избытку этого высокоэнергетического соединения.

Аэробы могут использовать для своего существования кислород благодаря системе окислительно-восстановительных ферментов, содержащих железо – цитохромов. Поэтому доставка железа внутрь клетки для осуществления биосинтеза цитохромов очень важна для многих микроорганизмов.

C точки зрения биодоступности железо имеет большие ограничения, поскольку в своем наиболее часто встречающемся в природе состоянии окисления, Fе(Ш) (ржавчина), оно нерастворимо в водных растворах. В связи с этим железо часто захватывается в хелатной форме и переносится от одного лиганда (чаще всего белка) к другому, почти не проходя через состояние свободного Fe3+.

При физиологическом значении рН 7,4 растворимость составляет ~10-18 моль∙дм-3, а для оптимального роста микроорганизмов необходима внутриклеточная концентрация железа ~10-7 моль∙дм-3. Поэтому растениям и бактериям для связывания железа требуются высокоэффективные лиганды, позволяющие забрать Fe3+ и доставить его в клетки. Такие лиганды природного происхождения называют сидерохромами. Они, в частности, продуцируются кишечными палочками, сальмонеллами мышиного тифа (энтеробактины), псевдомонадами, микобактериями (микобактины), актиномицетами, грибами, дрожжами. Интересен тот факт, что вирулентность микроорганизмов, нуждающихся в железе, главным образом, для синтеза железосеропротеидов и цитохромов, в значительной степени зависит от способности их сидерохромов успешно конкурировать с транспортирующими железо белками (сидерофилинами) организма хозяина за присутствующее в тканях железо.

Хелатные комплексы порфирина с Fe2+, где связь с железом образует азот, выполняют биологическую функцию переносчиков кислорода (гемоглобин) или электронов (цитохромы). К таким комплексам относится, прежде всего, гем, представляющий небелковую часть в таких гемопротеинах, как гемоглобин и его производные, миоглобин, ферменты (вся цитохромная система, каталаза, пероксидаза).

Таким образом, железо присутствует во всех аэробных организмах, поскольку необходимо для обеспечения, прежде всего, дыхательных процессов на клеточном уровне. Поэтому способность к биосинтезу железосодержащих хелатных соединений имеет большое значение для микро- и макромиров.

• Классификация сидерохромов
• Практическое значение сидерохромов
• Гемоглобин – переносчик кислорода
• Цитохромы – переносчики электронов
• Заключение