Классификация сидерохромов

Сидерохромы представляют собой специальные пептиды, продуцируемые микроорганизмами, которые предназначены для связывания из окружающей среды ионов железа.

В настоящее время различают два главных типа сидерохромов ‒ феноляты и гидроксаматы. Оба лиганда представляют собой слабые кислоты, и координационная сфера связанного иона металла состоит только из атомов кислорода (рис. 1).

Рис. 1. Фенолятные (внизу) и гидроксаматные (вверху) комплексы железа (III), найденные в микробных железотранспортирующих соединениях

Классификация на феноляты и гидроксаматы является одной из наиболее четких, но, к сожалению, она несовместима с разнообразием структур, представленных факторами микробного транспорта железа. Так, микобактерия синтезирует множество соединений, называемых микобактинами, которые содержат две гидроксаматные связи (т.е. четыре атома кислорода), одну фенолятную группу и остаток замещенного оксазолина, причем шестым металлсвязывающим атомом является атом азота оксазолина (рис. 2). Следовательно, микобактины можно рассматривать как гибрид чистых тригидроксаматной и трифенолятной систем.

Рис. 2. Микобактин

В общем можно сказать, что гидроксаматы встречаются в грибах, дрожжах и бактериях. Трифенолят до сих пор обнаруживали только в истинных бактериях.

Среди фенолятных сидерохромов наиболее изучен энтеробактин.

Энтеробактин (рис. 3), по существу, представляет собой ациклический лиганд с тремя боковыми цепями, связывающие ион железа (III) с помощью депротонированных гидроксильных групп.

Рис. 3. Энтеробактин

Первоначально энтеробактин был выделен из бактериальных культур Salmonella typhimurium или Escherichia coli путем длительной экстракции и хроматографической очистки с выходом 15 мг на 1л питательного раствора.

Этот лиганд имеет общий заряд 6-, что делает его комплементарным для катионов с высоким зарядом; жесткий характер фенолятных и пирокатехиновых фрагментов обеспечивает связь с жестким Fe3+. Действительно, константа устойчивости комплекса энтеробактина с Fe3+ равна 1052, поэтому он является наиболее эффективным из известных природных хелатирующих агентов железа. Энтеробактин настолько эффективен при связывании железа, что при рН 7 не наблюдается никакой конкуренции со стороны хорошо известного комплексообразователя — этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA). В последние годы с помощью ряда сидерохромов, выделенных из бактерий и корней растений, в особенности растущих на щелочных почвах, было показано, что фрагмент о-дигидроксибензола (пирокатехин) - это неотъемлемая часть эффективных хелаторов железа. Энтеробактин со своими тремя пирокатехиновыми боковыми цепями способен образовать с Fe3+ тригональную призматическую шестикоординационную структуру (рис. 4).

Рис. 4. Тригональная призматическая координация Fe3+ в [Fe(энтеробактин)]3-

К классу гидроксаматов относят семейство феррихромов, характерной структурной особенностью которых является то, что все его члены ‒ циклические гексапептиды, содержащие трипептид из δ-N-ацил-L-δ-N-оксиорнитина и трипептид, состоящий из маленьких нейтральных аминокислот. Последний может быть построен либо из одного глицина, серина или аланина, либо из некоторой определенной комбинации этих аминокислот (рис. 5).

Рис. 5. Феррихром

Соединения ряда феррихрома образуют устойчивые нейтральные комплексы с ионами металлов с координационным числом 6, преимущественно с октаэдрической конфигурацией. Из всех биоэлементов ион Fе(III) образует наиболее прочные комплексы. Однако, несмотря на прочное связывание, неорганическое железо наполовину обменивается в феррихроме при нейтральных значениях рН всего за несколько минут. Свойства железо(III)гидроксаматов несовместимы с окислительно-восстановительным механизмом для железа, но, с другой стороны, идеально подходят для выполнения биологической роли ‒ транспорта металла.

Предполагают, что феррихромы образуются при окислении орнитина по 6-атому азота с последующим ацилированием углеродного фрагмента, связанного с 3,5-диокси-3-метилвалериановой кислотой, что приводит к производному кофермента А. Феррихромы обычно продуцируются аскомицетами, базидиомицетами и несовершенными грибами; они были выделены из культур Aspergillius, Pénicillium, Neurospora, Ustilago и других головневых грибов.