Энтеробактин является самым сильным известным сидерофором, связывающимся с ионом железа (Fe3 + ) с аффинностью K = 1052 M −1 . [2] Это значение существенно больше, чем даже у некоторых синтетических хелаторов металлов , таких как ЭДТА (Kf ,Fe3+ ~ 1025 M −1 ). [3] Благодаря своей высокой аффинности энтеробактин способен хелатировать даже в средах, где концентрация ионов железа поддерживается очень низкой, например, внутри живых организмов. Патогенные бактерии могут красть железо у других живых организмов, используя этот механизм, даже если концентрация железа поддерживается крайне низкой из-за токсичности свободного железа.
Структура и биосинтез
Хоризмовая кислота , предшественник ароматической аминокислоты , преобразуется в 2,3-дигидроксибензойную кислоту (DHB) серией ферментов EntA, EntB и EntC. Затем амидная связь DHB с L -серином катализируется EntD, EntE, EntF и EntB. Три молекулы образовавшегося DHB-Ser подвергаются межмолекулярной циклизации, давая энтеробактин. [4] Хотя из-за хиральности остатков серина возможен ряд стереоизомеров , только Δ-цис -изомер метаболически активен. [3] Первая трехмерная структура комплекса металла энтеробактина была определена как комплекс ванадия (IV). [5] Хотя железистый энтеробактин долгое время не поддавался кристаллизации, его окончательная трехмерная структура была в конечном итоге получена с помощью рацемической кристаллографии, в которой кристаллы смеси 1:1 железистого энтеробактина и его зеркального отображения (железистого энантиоэнтеробактина) были выращены и проанализированы с помощью рентгеновской кристаллографии. [6]
Механизм
Дефицит железа в бактериальных клетках запускает секрецию энтеробактина во внеклеточную среду, вызывая образование координационного комплекса «FeEnt», в котором ион железа хелатируется с сопряженной основой энтеробактина. В Escherichia coli FepA в бактериальной наружной мембране затем позволяет FeEnt проникать в бактериальную периплазму . FepB, C, D и G участвуют в транспорте FeEnt через внутреннюю мембрану посредством АТФ-связывающего кассетного транспортера . [4]
Из-за чрезвычайной аффинности связывания железа энтеробактином, необходимо расщепить FeEnt с помощью ферриэнтеробактин эстеразы, чтобы удалить железо. Эта деградация дает три 2,3-дигидроксибензоил-L-сериновых единицы. Восстановление железа (Fe3 + до Fe2 + ) происходит в сочетании с этим расщеплением, но фермент бактериальной редуктазы FeEnt не был идентифицирован, и механизм этого процесса до сих пор неясен. [8] Потенциал восстановления для комплекса Fe3 + /Fe2 + –энтеробактин зависит от pH и варьируется от -0,57 В (против NHE ) при pH 6 до -0,79 В при pH 7,4 и до -0,99 при значениях pH выше 10,4. [9]
История
Энтеробактин был открыт группами Гибсона и Нейландса в 1970 году. [10] [11] Эти первоначальные исследования установили структуру и ее связь с 2,3-дигидроксибензойной кислотой.
Ссылки
^ Dertz EA, Xu J, Stintzi A, Raymond KN (январь 2006 г.). «Бациллибактин-опосредованный транспорт железа в Bacillus subtilis». Журнал Американского химического общества . 128 (1): 22– 3. doi :10.1021/ja055898c. PMID 16390102.
^ Carrano CJ, Raymond KN (1979). «Агенты, связывающие ионы железа. 2. Кинетика и механизм удаления железа из трансферрина энтеробактином и синтетическими трикатехинами». J. Am. Chem. Soc. 101 (18): 5401– 5404. doi :10.1021/ja00512a047.
^ ab Walsh CT, Liu J, Rusnak F, Sakaitani M (1990). «Молекулярные исследования ферментов в метаболизме хоризматов и пути биосинтеза энтеробактина». Chemical Reviews . 90 (7): 1105– 1129. doi :10.1021/cr00105a003.
^ ab Raymond KN, Dertz EA, Kim SS (апрель 2003 г.). «Энтеробактин: архетип микробного транспорта железа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (7): 3584– 8. doi : 10.1073/pnas.0630018100 . PMC 152965. PMID 12655062 .
^ Johnstone TC, Nolan EM (октябрь 2017 г.). «Определение молекулярных структур железного энтеробактина и железного энантиоэнтеробактина с использованием рацемической кристаллографии». Журнал Американского химического общества . 139 (42): 15245– 15250. doi :10.1021/jacs.7b09375. PMC 5748154. PMID 28956921 .
^ Рейнс, DJ; Сандерсон, TJ; Уайлд, EJ; Дюме-Клэр, A. -K. (2015-01-01), "Сидерофоры", Справочный модуль по химии, молекулярным наукам и химической инженерии , Elsevier, ISBN978-0-12-409547-2, получено 2024-07-06
^ Ward TR, Lutz A, Parel SP, Ensling J, Gütlich P, Buglyó P, Orvig C (ноябрь 1999 г.). «Молекулярный окислительно-восстановительный переключатель на основе железа как модель высвобождения железа из энтеробактина посредством режима связывания салицилата». Неорганическая химия . 38 (22): 5007– 5017. doi :10.1021/ic990225e. PMID 11671244.
^ Lee CW, Ecker DJ, Raymond KN (1985). «Координационная химия соединений микробного транспорта железа. 34. Зависимое от pH восстановление энтеробактина железа, исследованное электрохимическими методами, и его значение для микробного транспорта железа». J. Am. Chem. Soc. 107 (24): 6920– 6923. doi :10.1021/ja00310a030.
^ Pollack JR, Neilands JB (март 1970). «Энтеробактин, соединение для переноса железа из Salmonella typhimurium». Biochemical and Biophysical Research Communications . 38 (5): 989– 92. doi :10.1016/0006-291X(70)90819-3. PMID 4908541.
^ O'Brien IG, Cox GB, Gibson F (март 1970). «Биологически активные соединения, содержащие 2,3-дигидроксибензойную кислоту и серин, образованные Escherichia coli». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects . 201 (3): 453– 60. doi :10.1016/0304-4165(70)90165-0. PMID 4908639.