Utfordringen organismene har med å ta opp jern skyldes det lave oppløselighetsproduktet for treverdig (trivalent) jern, ferrijern (Fe3+, Fe(III)), for Fe(III)-hydroksider ca. 10-39, mens toverdig (divalent) ferrojern (Fe2+, Fe(II)) er tilsvarende ca. 7.9·10-16. Spesielt vanskelig blir opptaket av jern ved høy pH (basiske forhold). Planter kan surgjøre rotsonen og på den måten øke opptaket av jern. Organismene lager derfor stoffer som kan binde ferrijern (Fe3+) og brukes av mikroroganismer, sopp og planter til å ta opp jern fra omgivelsene. Binding av jern til sideroforene skjer i konkurranse med protoner (H+) og andre kationer, som molybden, mangan og kobolt. Jern er et livsnødvendig mikronæringsstoff i alle livsformer som mikroorganismer, dyr, sopp og planter. I en oksygenatmosfære finnes jern hovedsakelig som Fe3+, som danner tungtløselig jernhydroksid og jernoksyhydroksider, noe som gjør at jern blir lite tilgjengelig for organismene. Fe(OH)3 er ekstremt tungtløselig, og ved pH7 gir dette en jernkonsentrasjon ca. 10-18 molar. Sideroforene gjør det mulig for organismene å binde og ta opp jern fra omgivelsene. Inne i cellene blir Fe3+ redusert til Fe2+, og kan deretter bli inkorporert i hem som inngår i cytokromer eller i jernsvovelproteiner. Organismer med gode sideroforer får en konkurransefordel i økosystemer med dårlig tilgang på jern. Under anerobe forhold, hvor det ikke er oksygen tilstede, finnes det meste av jernet som Fe2+. I dette tilfellet oppstår det motsatte problemet hvor jernkonsentrasjonen kan bli så høy at jern virker giftig. Jern fungerer som elektrontransportør i oksidasjonen av organiske stoffer i mitokondriene. Jern er også nødvendig i syntesen av nukleinsyrene DNA og RNA. I planter deltar jern i elektrontransporten i fotosyntesen, og i biosyntesen av klorofyll.
Sideroforene er delt i tre hovedtyper avhengig av hvilken type mekanisme som binder jern: Hydroksamat-sideroforer, karboksylat-sideroforer for eksempel sitronsyre i jern-sitrat, og katekol-sideroforer. I vannkulturer (hydroponikk) for dyrking av planter tilføres kompleksbundet chelatert jern for eksempel Fe-EDTA. Fytosideroforer kan i tillegg til jern også binde og chelatere kobber (Cu2+), zink (Zn2+) og mangan (Mn2+), og fytosiderofor-metallkomplekset blir tatt opp i røttene via egne transportører i cellemembranen,
Sideroforene inneholder ofte hydroksamsyrer (-CONOH), hydroksamater med en hydroksygruppe nær inntil en nitrogengruppe. Andretyper er polykarboksylat-sideroforer og katekol-sideroforer. Sideroforene hos bakterier kan være sykliske peptider (oligopeptider), og disse binder jern meget sterkt. Stabilitetskonstanten for siderofor-Fe3+ er høy, men er lav for Fe2+. Når siderofor-Fe3+ er tatt opp av organismen kan jern reduseres og blir derved frigitt. Sideroforen kan deretter skilles ut igjen for å hente mer jern.
Hos pattedyr er jern bundet til hemoglobin i røde blodlegemer, til laktoferrin i morsmelk, tårer og svette, til transferrin som er et glykoprotein i blodplasma , samt proteinet ferritin. Ferritin finnes både hos prokaryoter og eukaryoter, og lagrer jern. Siderokalin i immunsystemet kan binde sideroforer for å hindre bakterier i å få tak i jern. Transferrin finnes også i slimhinner og kan delta i konkurransen om å få tak i jern.
Sitronsyre (citrate), vibrioferrin, stafyloferrin A er alfa-hydroksysyere som kan binde ferrijern. Eterobaktin og bacillibaktin er sideroforer som inneholder kaekol (catechol).
Ferrikrome, deferoksamin og og ornibaktin er eksempler på hydroksamsyrer (hydroksamater). Azotobactin baserer seg på både katekol, hydroksamat og alfahydroksysyre. Pyoverdin er en siderofor laget av bakterien Pseudomonas aeruginosa.
Jern er nødvendig for at bakterier skal kunne dele seg og vokse og diseroforer er en av kroppens forsvarsmekanismer for å minske tilgangen til jern for balteroeme. Imidlertid kan bakteriene som motmiddel skille ut kraftige sideroforer som binder ferrijern med assosiasjonskonstanter opptil 10-30 M-1.
Jernhypotesen
Jernhypotesen går ut på at den organismen som behersker og tar mest effektivt opp lageret av jern i en aerob (oksisk) økosystemnisje er den organismen som er vinneren i nisjen. Organismene må holde kontroll på jernkonsentrasjonen og sørge for at det er bundet og forekommer fritt, for å unngå Fenton-reaksjoner og Haber-Weiss-reaksjoner med dannelse av skadelige radikaler,Under anaerobe forhold finnes jern som ferrojern (Fe2+), som har et mye høyere oppløselighetsprodukt enn treverdig jern. Det betyr at under anaerobe forhold kan jern være giftig, men sumpplanter fører luft ned til røttene gjennom aerenkym og oksiderer jernet og gir brunfarge på røttene. Generelt er fritt jern skadelig i en organisme. Dette skyldes bl.a. Fenton- og Haber-Weiss-reaksjoner hvor det kan dannes mange typer oksygen-radikaler i forbindelse med elektrontransporten som skjer i alle organismer. Dette er en av grunnene til at man i noen tilfeller er skeptisk til ekstra jerntilskudd til mennesker, noe som kan gi hemokromatose. Det finnes også en arvelig form av hemokromatose. Hemosiderose gir opphopning av jern og skyldes jernbinding til bl.a. ferritin. Jern er vanligvis bundet i planter bl.a. i porfyriner som i hem, i ferredoksin og jern-svovelproteiner. I planters tilpasning til sur eller basisk jord eller vann kan jernopptak være en medvirkende faktor.
Fytosideroforer
Sideroforene hos planter kan være iminokarboksylsyrer.Avensyre fra havre (Avena sativa). Fenoler. Distichonsyre fra bygg (Hordeum vulgare). Deoksymugininsyre. Fytoplankton i havet lager også sideroforer, noe som er nødvendig siden pH er høy i saltvann. Marine sideroforer kan være hydroksy-karboksylat laget fra sitronsyre eller β-hydroksy-aspartat.
Soppsideroforer
Eksempler på hydroksamat-sideroforer i sopp er ferrikrom, fusarinin og koprogen. Hydroksamat-gruppen [ -N(OH)C(=O)-C-] i disse sideroforene komme vanligvis fra aminosyren ornitin. Ferrikrom er et syklisk heksapeptid bestående av aminosyrene tre glycin og tre ornithin. De tre ornitinmolekylene gir seks oksygenatomer som binder jern. Ferrikrom finnes bl.a. hos Aspergillus og Penicillium.
Rhizoferrin er et polykarboksylat-siderofor som finnes i krypmuggsopp (Rhizopus), en saprofytt på både planter, og på dyr kan den vokse som en parasitt.
Bakteriesideroforer
Alle bakteriene som gir infeksjoner hos mennesker inneholder sideroforer. Eksempler på sidereforer er enterobaktin hos Enterobakterier, ferrioksamin hos aktinobakterier, mykobaktin og eksochelin hos mycobakterier. Stabilitetskonstanten for jern(III)-EDTA ved pH7 er ca. 1025, mens Fe(III)-enterobaktin kan den være ca. 1056. Hos Gram-positive bakterier blir FeIII-sideroforer tatt opp i en energikrevende transportprosess over yttermembran. periplasma og innermembran, via ABC-transportører.
Bakterielle sideroforer: enterobaktin, karoksymykobaktin, aerobactin og alcaligin .
Sideroforer hos dyr
Hos dyr frakter jernproteinet hemoglobin oksygen til alle deler av kroppen. Dyr frakter jern i form av ferritin og transferrin, og i blodet er jern bundet til hemoglobin. Laktoferrin er et jernbinderprotein som hemmer vekst av bakterier. Siderokalin virker som et antibakterielt stoff ved å binde jern så hardt at det ikke blir tilgjengelig for bakteriene. Sideroforer: sitronsyre (sitrat), katekol, pyrogallol, metylkatekol og gentisinsyre
Tetting av dam
I nærvær av sulfat og sulfatreduserende bakterier kan redusert Fe2+ reagere med S22- og danne hydrotrilit og pyrit (FeS2) som bidrar til lavt jerninnhold i vann. Det er mulig å bruke dette praktisk for tetting av en dam. Legges 15 cm strå dekket med 15 cm jord i bunnen av dammen vil bakterielt produsert FeS2 felles ut og tette for vannet.
Siderofile
Siderofile (gr. sideros; philos - elske) er organismer som vokser og trives i områder med høye konsentrasjoner av jern.
Innen mikroskopi farging av preparater med farger som binder seg til jern.
Sideroforer
Bakterielle sideroforer
Litteratur
Wikipedia