MICROBIAL SIDEROPHORE

MICROBIAL SIDEROPHORES
I/ GIỚI THIỆU:
• Siderophores là chất tạo

phức ion sắt có
khối lượng phân tử thấp mà thường được
sản xuất bởi các vi sinh vật và thực vật
trong điều kiện sắt hạn chế. Siderophores
(từ tiếng Hy Lạp: "chất sắt") được định
nghĩa là trọng lượng phân tử tương đối
thấp, các hợp chất chelating cụ thể của
các ion sắt chứa các vi khuẩn và nấm
phát triển dưới áp lực sắt
thấp.Siderophores được thiết kế để hòa
tan, vận chuyển và dự trữ sắt trong vi
sinh vật.

bào vi khuẩn thông qua một thụ thể đặc
biệt trên màng tế bào.
• Cơ chế khai thác sắt này đã trở thành mục
tiêu cho các nhà khoa học bào chế vắc
xin chống vi khuẩn nhắm tới.

• Tất cả các vi sinh vật đều cần sắt cho quá
trình
sinh
trưởng,
hiện
tượng
siderophores là hiện tượng vi khuẩn tiết
ra các chất kết tủa ion sắt có trọng lượng

phân tử thấp trong môi trường và hấp thu
chúng làm giảm lượng sắt có trong môi
trường, cạnh tranh với các vi sinh vật gây
hại làm chúng thiếu sắt để sinh trưởng.
• Siderophores được sản xuất bởi nhiều vi
sinh vật, trong đó có vi khuẩn, nấm men
và nấm, lấy sắt từ môi trường. Hơn 500
siderophores khác nhau đã được xác định
từ vi sinh vật. Một số vi khuẩn sản xuất
nhiều hơn một loại siderophore.
• Theo tạp chí Proceedings of the National
Academy of Sciences, các vi khuẩn gây ra
nhiều loại bệnh lại biết cách “khai thác”
sắt từ cơ thể con người để tăng trưởng và
sinh sôi. Chúng sử dụng các phân tử đặc
biệt siderophores gắn kết các nguyên tử
sắt trong protein và "bắt cóc" các nguyên
tử đó bằng cách chuyển sắt vào trong tế
Loài siderophores có liên quan đến các cơ chế độc hại trong vi sinh vật gây bệnh cho cả
động vật và thực vật. Ngoài ra, chúng có ứng dụng lâm sàng và có thể rất quan trọng trong
nông nghiệp.
• Sự tổng hợp sinh học và sự bài tiết của nhiều siderophores có thể được phát hiện ở trong dịch
lọc nuôi cấy bởi diện mạo màu nhờ các liên kết bản sao mang toligand kim loại. Vì vậy, các
phức hệ hydroxamate Fe3+ hút ánh sáng ở bước sóng lớn nhất ở 420 – 440nm, kết quả nó có
•


màu vàng nâu, trong khi phức hệ carboxylate Fe3+ chỉ hút ánh sáng ở bước sóng 35nm nên
nó có màu vàng nhạt.
• các siderophores đại diện cho dạng không chứa sắt (enterobactin, aerobactin, staphyloferrin,

rhizoferrin) cần tiền tố ferri hoặc ferric khi sắt bị ràng buộc với phối tử.
• Các phối tử có liên quan đến liên kết sắt (III) là các phenolat hoặc catecholat, hydroxamat,
oxazolines, hydroxy carboxylat (ví dụ, dẫn chất citrate), hoặc keto hydroxy bidentates.

3.SIDEROPHORES VI KHUẨN
3.1. Catecholate Siderophores:


Enterobactin

(hình 1)còn được gọi là enterochelin,
là dạng ban đầu của catecholate
siderophore của vi khuẩn đường ruột.
• Enterobactin là chất ức chế sắt tự
nhiên mạnh nhất.
• Việc vận chuyển enterobactin sắt vào
E. coli đòi hỏi phải biểu hiện protein
màng ngoài của FepA (81kDa), đã
được dòng hóa vô tính, được sắp xếp
trình tự và cũng được kết tinh.
• Nó tạo thành các phức hợp bát diện có
tính bền cao với sắt (Kf = 1052) ba tiểu
đơn vị liên kết catecholamide (1 loại
amide có hoạt tính sinh học) của
enterobactin được gắn vào khung
ligand tri-L-serine lactone.
• Phân lập HPLC và cô lập từ dịch lỏng
nuôi cấy đã được mô tả và cũng cho
phép phát hiện đồng thời các sản
phẩm phân huỷ ( thoái hóa) của các

dẫn xuất dòng (linear) 2,3dihydroxybenzoyl serine Quy trình
sản xuất Enterobactin sử dụng một
chủng đột biến (fepA) của Escherichia
coli mà không thể vận chuyển phức
hợp ferric enterobactin trong tế bào.
Trong khi chủng hoang dại sản xuất
*Tính chất :

•

enterobactin chỉ trong sự thiếu hụt
chất sắt nghiêm trọng (<0.2 p, M) và
chấm dứt sản xuất sau khi sắt vận
chuyển vào tế bào, các đột biến fepA
liên tục tạo ra một lượng lớn
enterobactin trong môi trường không
nhất thiết là thiếu sắt.

Hầu như tất cả vi sinh vật đều cần sử dụng sắt (Fe) để cấu tạo nên các Cytochrome và nhiều
enzym. Sắt rất khó hấp thụ vì ion sắt (Fe3+) và các dẫn xuất của chúng rất khó hòa tan, trong
môi trường thường có rất ít các hợp chất sắt dễ hòa tan để có thể vận chuyển vào tế bào. Việc
hấp thu sắt của vi sinh vật là hết sức khó khăn. Nhiều vi khuẩn và nấm phải khắc phục khó
khăn này bằng cách thông qua thể mang sắt (siderophore). Đó là những phân tử có phân tử
lượng thấp lại liên kết với sắt và chuyển vận được vào tế bào, thường đó là các muối
hydroxamates hoặc phenolates-catecholates. Ferrichrome là một loại hydroxamate được sinh


ra bởi nhiều nấm; enterobactin là loại catecholate được sinh ra bởi E.coli... Trong hình bên ta
thấy 3 loại thể mang sắt dưới các dạng khác nhau.
Khi môi trường có chứa với hàm lượng thấp các sắt có thể sử dụng vi sinh vật sẽ tiết ra

các thể mang sắt (siderophones) để kết hợp với sắt và chuyển đến màng tế bào. Lúc đó sẽ kết
hợp tiếp với protein thụ thể (receptor-protein) để chuyển sắt vào trong tế bào, hoặc toàn bộ
phức thể Sắt-siderophone được chuyển vào trong nhờ một protein vận chuyển ABC (ATPbinding cassette transporter). Ở vi khuẩn E.coli thụ thể siderophone nằm màng ngoài (outer
membrane), sau khi Fe3+ được chuyển đến khe chu chất (periplasmic space) thì với sự hỗ trợ
của protein vận chuyển sắt sẽ được chuyển qua màng sinh chất (plasma membrane), sau đó
Fe3+ sẽ được khử thành Fe2+. Vì sắt rất cần cho quá trình sinh trưởng, phát triển của vi sinh
vật cho nên vi sinh vật cần sử dụng nhiều phương thức hấp thu khác nhau để đáp ứng nhu cầu
này.



Chrysobactin

•

Chrysobactin (Hình 2), một nhánh
siderophore catecholtype đơn giản chỉ N- [N2- (2,3-dihydroxybenzoyl) -D-lysyl] -L-serine
chứa một nhóm 2,3-dihydroxybenzoyl
nối với một dipeptide đã được phân lập
từ Erwinia chrysanthemi- một loài gây
bệnh thực vật ở cây Saintpaulia.

•

Tuy nhiên, như đã chỉ ra ở thí nghiệm
vận chuyển, cấu hình của các axit amin
trong chrysobactin dường như có tầm
quan trọng rất nhỏ so với trung tâm
iron- catechol.



Aminochelin, Azotochelin, Myxochelin A, và Protochelin:

• Azotobacter vinelandii sản sinh ra một vài catecholate siderophores dưới điều kiện hạn chế
sắt: 2,3- axit dihydroxybenzoic (DHBA), aminochelin (hình 3) và azotochelin (hình 4) trong
đó azotochelin và azotobactin chỉ được sản xuất dưới sự hạn chế sắt.
• Aminochelin và azotochelin có thể được chiết xuất từ dịch lọc nuôi cấy sử dụng ethyl acetate.
• Cấu trúc protochelin là sự kết hợp trực tiếp giữa aminochelin và azotochelin.

• Myxochelin A (Hình 4) là một nhánh siderophore mới được phân lập từ Angiococcus
disciformis (Myxobacteria), có liên quan đến aminochelin. Myxochelin A thể hiện hoạt tính
kháng sinh yếu trên các vi khuẩn gram dương khác nhau, ví dụ như Bacillus brevis, B.
cereus, B. subtilis, B. megaterium, Micrococcus luteus, Staphylococcus aureus,
Arthrobacter simplex, Brevibacterium linens, Fascicces Corynebacteriurn và Nocardia
corallina.


N, N'-bis- (2,3-dihydroxybenzoy1) -lysin.
4-N-2,3-dihydroxybenzoyl-l, 4-diaminobutan.

N, N'- bis- (2,3-dihydroxybenzoyl) -lysinol


 Agobactin:
• Trong môi trường ít sắt A. tumefaciens B6
tạo ra chất trung hòa, chất ethyl acetateextractable.
• Phổ UV hấp thụ tối đa ở 316 và 252 nm.
• Tính chất hóa lý:
+Agrobactin hiện màu huỳnh quang màu xanh

trong dải tia cực tím.
+Phản ứng Arnow dương tính của nhánh
siderophore catechol-type .
+Thủy phân axit tạo ra DHBA, spermidine, và Lthreonine.
+Nhóm carboxyl của DHBA cũng như nhóm
amino và nhóm β-hydroxyl của threonine được liên
kết với một oxazolinering. Tiếp xúc với axit dẫn
đến sự hình thành của ion oxazoline bị đứt để tạo
ra este và sau đó trong điều kiện trung tính đi qua
chuyển đổi N-O-acyl để đưa ra amit. Hình thức cắt
kiên kết này được đặt tên là agrobactin A (Hình
6b).
-Trong khi enterobactin sử dụng cấu hình delta-cis ở
trung tâm sắt, cấu hình của agrobactin là lambda-cis.
•

Agrobactin (Hình 6a) là siderophore đặc
trưng của Agrobacterium tumefaciens.


•

•

•

•

•

Parabactin

Có cấu trúc tương tự như agrobactin
nhưng thiếu nhóm OH của catechol
trung tâm ở vị trí 3.
Parabactin có 2 hình thức: một loại có
một vòng oxazolin kín (parabactin) và
một dạng hở (parabactin A).
Quang phổ CD có cấu hình lambdacis như trong ferrichrome, các liên kết
steric đã loại trừ khả năng có mặt của
các đồng phân hình học loại trans.
Lực liên kết của parabactin và
agrobactin có thể so sánh với
enterobactin khoảng 1052 ở pH 7.4.
Parabactin hoạt động theo cơ chế
"iron taxi". Sắt được chuyển đến tế
bào, nhưng phối tử không được hấp
thụ với lượng lớn . Enunrioparabactin có một đồng phân delta
không có khả năng vận chuyển lượng

lớn kim loại có nhãn lớn hơn tới
Purucoccus denitrificans. Do đó, thụ
thể parabactin stereoselectively nhận
ra các đồng phân lambda tự nhiên.


 Vibriobactin

Được cô lập từ V. cholerue Lou15.
Là nguyên nhân của một số bệnh tiêu chảy

nặng và đại dịch mới nhất (thứ 7) vẫn còn
tồn tại ở Châu Á, Úc và Nam Mỹ .
•
Được phát hiện phát huỳnh quang màu
xanh dưới tác dụng tia cực tím hoặc bằng
cách phun sắt clorua hoặc iốt.
•
Phổ hấp thụ tia cực tím tương đương với
agrobactin.
•
Hoạt tính sinh học: sự tăng trưởng của
chủng vi rút v.cholerue Loul5 chỉ gây bệnh
mức độ rất yếu.
•
•



Vulnibactin

Từ vi khuẩn gây bệnh Vibrio vulnificus
Hợp chất chính cô lập chứa hai nhóm
salicyl liên kết với oxazoline và một dư
lượng DHBA bên ngoài (Hình 7a).

•
•



chứa ba 2,3-dihydroxybenzoyl và hai của L-threonine

Polymer chủ yếu.

N- (3-aminopropyl) -l, 3-diaminopropane
(norspermidine)

Fluvibactin

Từ Vibrio fluvialis (xem hình 7b)
Giống với agrobactin với ba dư lượng
DHBA và vòng oxozon trung tâm.
•
Tuy nhiên, fluvibactin, như vibriobactin và
vulnibactin, chứa norspermidine làm bộ
khung (khoảng cách propan giống nhau giữa
hai nitrogens). Điều này phù hợp với kết
luận rằng các loài Vibrio chứa
norspermidine dưới dạng tự do như một
•
•


•
•
•

Amonabactin

Một số amonabactin đã được phân lập từ các loài cá gây bệnh Aeromonus hydrophila .

Có bốn loại cấu trúc amonabactin.
Amonabactin chứa 2 mol DHBA, glycine và lysine và 1mol tryptophan hoặc phenylalanine.
Hai trong số đó là các dạng glycine-deleted(Hình 8).




Anguibactin

Chứa một vòng thiazoline (9a).
Được phân lập từ vi khuẩn gây bệnh cho
cá Vibrio unguillurum
• Là một trong những phân tử siderophores
đầu tiên được coi là một factor độc lực mã
hoá plasmid quan trọng.
• Kết quả nghiên cứu này cho thấy
anguibactin bao gồm axit 2,3dihydroxybenzoic liên kết với cysteine
bằng một vòng thiazoline mà nó lần lượt
liên kết với một axit hydroxamic gắn với
eN-hydroxy histamine.
•
•



Desferrithiocin

Từ Streptomyces antibioticus (Hình 9b)
Tương tự như cấu trúc của axit aeruginic
đã được công bố trước đó.

• Desferri-ferrithiocin chứa dư lượng
hydroxy pyridin liên kết với một vòng
thiazoline.
• Là một chất chelator sắt có thể uống.
•
•



(9a)

(9b)

PyocheIin

Từ các dịch nuôi cấy chứa lượng sắt thấp của dòng Pseudomonas aeruginosa PAO-1.
Pyochelin (Hình 10a) là một hợp chất sắt chelating.
Cấu trúc, axit 2- (2-o-hydroxyphenyl-2-tiazolin-4-YL) -3-metylthiazolidin -4-carboxylic được
sinh tổng hợp từ salicylcysteinyl bằng cyclization (sự tuần hoàn) và hydrat hóa vòng
thiazolidine.
• Pyochelin được tinh chế bằng phương pháp TLC chuẩn trên gel silica G.
• Phát hiện bằng sự phát huỳnh quang và một phản ứng màu đỏ bằng cách sử dụng một bơm
sắt tạo một phức hợp ổn định màu đỏ với sắt(III).
• Thành phần đơn giản là 2-o-hydroxyphenyl-2'-tiazoline-4-carboxylic axit, được gọi là
aeruginic acid, được biết đến như là một sản phẩm lên men của P. aeruginosu.
•
•
•



•

•
•

Yersiniabactin
Từ các dịch nuôi cấy của Yersinia enterocolitica.
Cấu trúc của siderophore được xác định bằng nhiều phương pháp quang phổ, bao gồm
các thí nghiệm 2D NMR trên ligand kim loại tự do cũng như các phức hợp gallium
của nó.
Chứa một benzen và một vòng thiazolidin cũng như hai vòng thiazoline (Hình.10b) và
tương tự như các siderophores pyochelin chứa chất thiazoline, anguibactin và desferriferrithiocine.
•

Hình 10


Pyochelin

Yersiniabactin
•

•
•


•

•
•

Ferrorosamine A

Erwinia rhupontici đã được dùng để sản
xuất proferrorosamin A, L- (2-pyridyl)
-lpyrroline-5-carboxylic acid, một tác nhân
phức hợp Fe (II) (Hình 11) sau khi tạo
phức cho ra một sắc tố đỏ có tên là
ferrorosamine A.
• Trong khi proferrorosamine A trong dung
dịch trung hòa tồn tại ở dạng bicyclic (có 2
vòng) , vòng pyrroline đứt ra trong điều
kiện có tính axit để tạo ra dư lượng aamino axit không còn các phức hợp ion
chứa sắt. Các proferrorosamine sản xuất
Pseudomonas sp. chủng GH (LMG
11358), sau đó được phân loại lại như
•
E. rhuptontici .
•

•

•

•
•
•

SiderochelinA

Từ môi trường lên men của Nocardia sp.
SC 11340 (hình 12).
• Là các truns-3,4-dihydro-4-hydroxy-5- (3hydroxy-2-pyridinyl) -4-metyl-2H-pyrroleZcarboxamide .
•
•


•
• 3.2 Hydroxamate Siderophores
•
Chia thành hai nhóm chính: (1) duy nhất chứa các nhóm hydroxamate như bidentates gắn
sắt, (2) có chứa thêm các chất gắn kết sắt, ví dụ, a-hydroxycarboxylate dư lượng, như citrate hoặc
nhóm catecholate tìm thấy trong pyoverdins. Các thành phần của nhóm thứ nhất bao gồm các
ferrioxamines khởi đầu được phân lập từ streptomycetes gram dương và hiện nay được biết cũng xảy
ra trong các gen Gram âm Pseudomonas và trong Enterobacteria, như P. stutzeri và Erwinia,
Enterobacter, Hafnia.
•
 Ferrioxamines

•
•

Streptomyces pilosus sản sinh ra một nhóm các desferrioxamines có họ gần với nhau (Al, AZ,
B, C, D1, Dz, E, F, G, và H) trong đó desferrioxamine B hoặc E thường chiếm đa số.
• Desferrioxamine B được sản xuất công nghiệp bằng quá trình lên men quy mô lớn của
S.pilosus dòng A 21748 dưới dạng muối metan sulfonat (DesferaP).
• Vì ferrioxamine B có một nhóm amin tự do (pK = 9.74), nó di chuyển như một cation trong
suốt quá trình điện di trong một bộ đệm axit yếu. Ferrioxamine D, (N-acetyl-ferrioxamine
B) được phân lập như một thành phần nhỏ của cấu tử ferrioxamine và có thể được điều
chế tổng hợp bằng cách acetyl hóa ferrioxamine B với anhydrit axit axetic.

• Sự thủy phân của một liên kết peptit trong ferrioxamine E dẫn tới ferrioxamine G, do đó có
thể chuyển thành ferrioxamine E bằng cách xử lý với dicyclohexyl carbodiimit.
• Một số ferrioxamines bị cô lập có chứa hỗn hợp l-amino-5-hydroxylamino pentane và lamino-4-hydroxylamino butane (tỷ lệ mol 2: 1) và được chỉ định là ferrioxamine A (liên
quan đến ferrioxamine B) và ferrioxamine A1 , (liên quan đến ferrioxamine D1) và
ferrioxamine D2 (liên quan đến ferrioxamine E).


• Các

•

ferrioxamines không phải là các loài Streptomyces nhưng cũng là những loài đặc trưng
của một số loài enterobacterial, ví dụ như Erwinia, Pantoea, Enterobacter, Ewingella và
Hafnia.
• Ferrioxamine B là ferrioxamine được nghiên cứu nhiều nhất. Ngày nay nó được sử dụng ở
dạng mesylate (DesferaP) để điều trị các bệnh tồn trữ sắt ở người. Hoạt tính sinh học của
ferrioxamine B đã được nghiên cứu sử dụng các xét nghiệm tăng trưởng mạnh các vi khuẩn
khử auxotrophic như Microbacterium lacticum ATCC 8181, Arthrobacter flavescens JG9
ATCC 29091, và A. terregens. Ferrioxamine B có tỷ lệ hấp thụ sắt cao nhất (K, = 0.2 pM).
Các phức chrome và gallium của ferrioxamine B được vận chuyển với tốc độ/ tỉ lệ tương tự
cho thấy các phức hợp nguyên vẹn được đưa lên.
 Bisucaberin và Alcaligin
• Bisucaberin được cô lập từ các dịch

nuôi cấy chứa lượng sắt thấp của vi
khuẩn biển Alteromonas haloplanctis ,
là một dimer cyclic succinyl- (Nhydroxy) – cadaverine gồm succinyl
diaminopentane dư lượng.

•

Alcaligin được cô lập từ vi khuẩn biển
dị dưỡng Alcaligenes denitrificans, là
một phân tử cyclic dihydroxamate, là
một trong nghững tác nhân gây bệnh
Bordetella pertussis và B.
Bronchiseptica.










•
•
•
•

•
•

Ferrimycins và Albomycins

Ferrimycins (Hình 13f) đại diện cho các chủng sulfide ferrioxamine có dư lượng kháng sinh
hoạt động.
Ferrimycins (A, A2, B) và hợp chất A-22765 là kháng sinh ferrioxamine được phân lập từ

Streptomyces griseoflavus và các loài khác.
Ferrimycin ức chế sự phát triển của vi khuẩn Gram dương, như Staphylococcus aureus và
Bacillus subtilis.
Các thí nghiệm khuếch tán Agar cho thấy hoạt tính kháng sinh của ferrimycin bị kích thích
bởi sự hiện diện của ferrioxamines. Điều này đã được giải thích bởi sự tồn tại của một sự đối
lập vận chuyển trong đó ferrioxamines và ferrimycin cạnh tranh cho cùng một mục tiêu trong
hệ thống vận chuyển.
Albomycins (δ1, δ2, ɛ) (Hình 15) cũng được phân lập từ các dòng Streptomyces bao gồm
một peptidonucleoside tuyến tính (Oml-Om2-Om3-Ser-nucleoside).
Albomycin có hoạt tính cao đối với vi khuẩn Gram âm và Gram dương.


Ferrimycin và albomycin sử dụng các hệ thống vận chuyển sắt của ferrioxamine và
• Alterobacin,
một peptide
siderophore
ferrichrome.
Albomycin
được đưa
vào E.coli thông qua protein• receptor FhuA và sản phẩm
gen tonB,
được
hiển
thị với các đột biến fhuA và tonB. Hơn nữa, sử dụng albomycin có
chứanhư
chuỗi
cycl(DHBA-Ser-Gly•
nhãn 3H
và 35S
đã chứng minh rằng,

Arg-β
- OH-Asp-β-OH-Asp),
đãtrái với nguyên tử sắt, phối tử không tích tụ trong tế
bào. được phân lập từ một vi khuẩn đại
• Do tần số cao của đột biến kháng thuốc, ferrimycin và albomycins chưa tìm thấy ứng dụng
dương Pseudomond, Alteromonus
nào trong điều trị nhiễm khuẩn cho đến nay.
luteoviolacea.

• Có hai loại Alterobacin: Alterobacin
A và Alterobactin B. Alterobactin A
là một chất béo chuỗi cyclic có chứa
một liên kết este lacton, trong khi
alterobactin B là dạng chuỗi mở
tương ứng.
• Alterobactin A có ái lực cao với ion
sắt, trong khi Alterobactin B có ái
lực thấp hơn với ion sắt (KFe=1049-53)
và Alterobactin B có thể không hải là
siderophore bởi vì nó được hình
thành bằng quá trình thủy phân base
của Alterobactin A khi không có
• (1)Alterobactin A và (2)
Fe(III).
Alterobactin B
•





 Ferrocins:
3.3. Peptide

Siderophores.

•Ferrocins
đại diện cho một nhóm
Alterobactin.
thuốc kháng sinh peptide có chứa sắt
được sản xuất bởi Pseudomonas
fluorescens YK-310. Các kháng sinh
này được tinh chế bằng cách tách
butanol, tiếp theo là sắc ký cột bằng
các cột có khả năng hút bám như
silica gel.
• Cấu trúc của ferrocins đã được làm
sáng tỏ bằng cách sử dụng các
phương pháp quang phổ và phân
hủy.
• Ferrocins là các decapeptide cyclic
có chứa ba dư lượng hydroxamat.
• Có bốn Ferrocins khác nhau (A, B,
C, D) đã được cô lập. Ferricrocin A
là một peptide cyclic chứa dư lượng
axit béo và một vòng lacton giữa C

cuối cùng của Gly và N cuối cùng
của Ser: (Z) -3-Decenoic axit cycl.Ser-X-Gly-Val-Ser- X-Ala-Gly-XGly. X có thể đại diện cho N-AcetylN-OH-Orn hoặc N-propionyl-N-OHOrn.

•

• Ferrocins.
• Ferrocin A: R =H, R2=R3=R4=H
• Ferrocin B: R1=OH, R2=R3=R4=H
• Ferrocin C và D: R1=H; R2,R3,R4=2.H,1.CH3
1

 Pseudobactins và Pyoverdins:
•

Pseudobactin và Pyoverdins các dòng của nhóm huỳnh quang Pseudomonas (P.
fluorescens, P. putida, P. aeruginosa, P. syringae, và các loài liên quan) tạo ra các
huỳnh quang huỳnh quang màu vàng.

Pseudobactin
.

•
•
•
•
•


•

•

•

•

•
•

Pyoverdin
Pfl12

•
•
•
Pseudobactin và pyoverdins có chứa một cấu trúc phổ biến là chromophore.
Chromophore là dẫn xuất của 2,3-diamino-6,7-dihydroxyquinolin, có thêm 1carboxyl-pyrimidino vòng (cấu hình S) và một nhóm amin acyl hóa với các dư
lượng acid dicarboxylic khác: acid succinic, succinamit, acid 2-oxo-glutaric, acid
glutamic, acid malic (amide).
Ngoài các bidentate catecholate của dư lượng quinolin còn có thêm hai acid amin
trong chuỗi peptide, chức năng của 2 acid amin này là chất bám sắt, trong đó N5acyl-N5-hydroxy ornithine có trong tất cả các hợp chất được nghiên cứu cho đến
thời điểm này.
Acid amin kết hợp sắt thứ hai thường là acid aspartic threo-β-hydroxy. Tuy nhiên,
một số pyoverdins thiếu acid β-hydroxy aspartic và có chứa hai phân tử ornithine
N5-acyl-N5-hydroxy.
Pseudobactin và apyoverdine là một phân tử tuyến tính như đã được khẳng định
bằng phân tích tia X
Một danh sách các cấu trúc pyoverdin được biết đến hiện nay:


•

 Ferribactin:

• Trong quá trình tách sắc tố sắt từ P.fluorescens và tiền chất không huỳnh quang có
tên ferribactin đã được phân lập.


•

•

•

Cả hai hợp chất ferribactin và pyoverdin được phân lập từ cùng một chủng đã
chứng minh được là có sự khác biệt trong phần chromophore nhưng giống nhau
trong chuỗi peptide. Do đó, thành phần của ferribactin được phân lập từ
Pseudomonas aptata tương tự như pyoverdin Pap (P.aptata) nhưng thiếu
chromophore và chứa Glu và
• Tyr / Dbu.
Ferribactin là một hợp chất sắt yếu hơn nhiều so với pyoverdins vì không có
chromophore để cung cấp catechol. Tuy nhiên, nhóm phenol của Tyr và nhóm
carboxylat của Glu trong ferribactin có thể thay thế các vị trí liên kết phối tử
chromophore.
Các dạng đột biến khác nhau của pyoverdin (pvd) đã được phân lập và đặc trưng.
Loại đột biến pvd-1 là auxotraph L-N5-hydroxyl ornithine không thể oxy hóa Lornithine và cần L-N5-hydroxyl để sản xuất pyoverdin.

 Azotobactin:
• Các peptide siderophore azotobactin dường như là siderophore nổi bật nhất của
Azotobacteriaceae vì nó cho thấy một sự tương đồng nổi bật với pyoverdins.

Chromophore của azotobactin.

•

•


•

•
Sự khác biệt cấu trúc chính giữa azotobactin và pyoverdins là các azotobactin tạo
thành một vòng imidazolone bổ sung nhóm amino ở C-5 với chromophore N-4
bằng một đơn vị urê, trong khi pyoverdins có một nhóm dicarboxylic gắn kết amid
ở vị trí đó.
Azotobactin 0 được sản xuất bởi Azotobacter vinelandii chỉ chứa hai nhóm
chelating bidentate. Azotobactin D và Azotobactin A từ P.vinelandii DSM
87( ATCC 12837), cả hai chất này chứa N-hydroxy hoặc nithine acyl hóa với acid
3-hydroxy butyric.
Ornibactins:
Ornibactins đại diện cho biến đổi siderophores Tetrapeptide chứa dư lượng Nterminal 3-hydroxy-acyl có độ dài chuỗi khác nhau (C4, C6, C8).


Ornibactin
C4

•

•

•

(R =methyl); ornibactin C6 (R=propyl);
• ornibactin C8

• (R =pentyl).
Các peptide chứa hai L-Orn (N5-OH, N5-acyl), một Asp (β-OH), một L-Ser và một
dư lượng 1,4-diaminobutane C-terminal. Vì vậy các ornibactins giống với
pyoverdins nhưng chúng có dư lượng acyl thay vì chromophore và là những
peptide nhỏ hơn nhiều.
Ornibactins được phân lập từ các Pseudomonas cepacia

•

3.4. Mycobactin và related Siderophore:

•

Mycobacteria sản xuất ra một loạt các hợp chất hòa tan lipid, sắt, gọi là
mycobactin.

•

•
•

•
Trong số các mycobactin khác nhau (A, F, H, M, N, P, R, S, T), mycobactin P
phân lập từ Mycobacterium phlei và mycobactin T phân lập từ M. tuberculosis.
Sau khi chia tách liên kết ester, thu được acid mycobactic và cobactin. Đối với
mycobactin P, phân tích hóa học của sản phẩm mycobactic acid (1) là một acid
chứa vòng thơm như là acid salicylic hoặc acid salicylic 6-metyl, sau đó phân tách
nữa thì đến m-cresol và carbon dioxide; (2) axit amin β-hydroxy, hoặc serine hoặc

•
•

•
•
•

threonine; (3) một hỗn hợp các axit béo mạch dài tương đồng, thông thường có
một liên kết kép gắn với nhóm carboxyl; (4) N6-hydroxy lysine.
Cobactin sản sinh ra acid hydroxy, acid 3-hydroxy butyric hoặc acid 3-hydroxy-2metyl pentanoic, và phân tử thứ hai của N6-hydroxyl lysine.
Mycobactin là hợp chất béo và thường không được đào thải ra môi trường.
Exochelins hòa tan trong nước có chức năng như là chất thu hồi sắt và vận chuyển
sắt đến mycobactin. Exochelins từ M.smegmatis có cấu trúc pentapeptide chứa 3
Nδ-hydroxy-ornithines. Ngoài ra, exochelins cho thấy sự tương đồng về cấu trúc
với mycobactin đã được cô lập từ M. tuberculosis. Các exochelins này chứa este
methyl axit dicarboxylic thay vì các axit béo chuỗi dài xảy ra trong mycobactin.

Exochelin

•
 Acinetobactin:
• Acinetobactin là một siderophore được phân lập Acinefobacter baumannii
ATCC19606. Acinetibacter baumannii là vi khuẩn gram âm, gây nhiễm trùng nghiêm
trọng ở bệnh nhân suy giảm miễn dịch.
• Cấu trúc Acinetobactin gồm 2,3-dihydroxybenzoic acid (DHBA), L-threonine và Nhydroxyhistamine.
• Tổng hợp Acinetobactin bắt đầu với enzyme adenylation, BasE kích hoạt phân tử
DHB và vận chuyển tới đồng phân pantetheine của một protein vận chuyển aryl của
BasE. Trong phản ứng này, DHB phản ứng với ATP để hình thành aryl adenylate và
pyrophosphate.Trong phản ứng thứ hai, DHB được chuyển tới protein vận chuyển.

•
•
 Frankobactin:
•

Francobactin là một hydroxamate
chứa peptide siderophore.

•

Cấu trúc Francobactin gồm vòng
phenyl oxazolin, serine, glycine,
ornithine, và β-HO-aspartate.


•

Franki là một vi khuẩn gram dương,
hiếu khí, dạng sợi, hình thành bào tử
và là vi khuẩn cố định nito hoặc
cộng sinh trong rễ cua thực vật như
các loài cây oluca (như Afnus
glufinosa), Ceanofhus americanus,
Myrica gale, và một số loài
Casuarina.

•

 Maduraferrin:
• Một dòng Acfinomaduramadurae (Actinomycetes) tạo ra siderophore maduraferrin.

Maduraferrin là phức hợp sắt của siderophore oligopeptide gồm acid salicylic, βalanin, glycine, L-serin, N5-hydroxy-N2-metyl-L-ornithine và acid Lhexahydropyridazine-3-carboxylic.
• Hầu hết các chủng Acfinomadura sản sinh ra các loại ferrioxamines khác nhau. Ví dụ
như chủng DSM 43067 sản xuất ra desferri-maduraferrin.













3.5 Citrate Hydroxamate Siderophores:
Schizokinen: R1 =R2=H,R3=R4=CH3,n=2
Rhizobactin 1021: R1=R2=H, R3=A, R4=CH3,n=2
Acinetoferrin: R1=R2=H, R3=R4=B, n=2
Arthrobactin: R1=R2=H, R3=R4=CH3,n=4
Aerobactin: R1=R2=COOH, R3=R4=CH3,n=4
Nannochelin A: R1=R2=COOCH3, R3=R4=C, n=4
Nannochelin B: R1=COOCH3, R2=COOH, R3=R4=C, n=4
Nannochelin C: R1=R2=COOH, R3=R4=C,n=4



 Schizokinen:
• Schizokinen được mô tả ban đầu như là một yếu tố làm giảm sự phân chia của

Bacillus megaterium, B. cereus, và B. subtilis, đã được phân lập từ một môi trường
của B. megaterium ATCC 19213

•
•
•


Thủy phân schizokinen được 1-amino-3-(N-hydroxyamino) propan và quá trình oxy
hóa acetate tạo thành acid hydroxamic với liên kết acyl chiếm một nữa.
Schizokinen cũng được tìm thấy trong các chủng Anabaena và có thể là một
siderophore trong cyanobacteria khác.
Schizokinen A là dẫn xuất của Schizokinen,được phân lập từ các chủng Bacilus có
chuỗi cyclic do ngưng tụ của carboxyl ở nguyên tử bậc 4 với nhóm NH amide.


Schizokinen A


 Rhizobactin 1021:
• Rhizobactin 1021 là một dihydroxamat có tính citrate không đối xứng được phân lập
từ dòng Rhizobium meliloti 1021.


• Rhizobactin 1021 chứa hai nhóm
acyl khác nhau, acid (E)-2-actenoic
và acid (E)-2-decenoic. Chủ yếu
tồn tại trong dung dịch có cấu hình
lambda ở trạng thái cân bằng của
monomeric và dimeric.

•

 Acinetoferrin:
• Acinetoferrin là một dihydroxamat citrat được phân lập từ Acinetobacter
haemolyticus.
• Acinetoferrin có cấu trúc tương tự
schizokinen, giữ hai liên kết 1amino-3(N-hydroxy propane) là
một acid citric và acinetoferrin
được ngưng tụ bởi các liên kết acid
hydroxamic với hai acid (E)-2octenoic.
•

•
•

 Arthrobactin:
• Arthrobactin được tạo ra bởi các chủng Arthrobacter với sự hỗ trợ của sắt auxotrophs
Arthrobacter terregens và A. jlavescens JG9 ATCC 29091.
• Arthrobactin chứa hai dư lượng 1-amino-5-(N-acety-hydroxy)amino pentane liên kết
đối xứng với liên kết acid citric.
 Aerobactin:
• Aerobactin là một acid hydroxame trên bề mặt môi trường của Aerobacter aerogenes
62-I ( gọi là Enterobacter aerogenes) và các chủng liên quan. Aerobactin gồm một
hợp chất của N6-acetyl-N6-hydroxy lysine và acid citric.
• Ferric aerobactin chủ yếu tồn tại ở dạng đồng phân quang lambda trong dung dịch
nước.
• Aerobactin cũng được sản xuất bởi Enterobacter cloacae và Shigella flexneri và các
chủng Escherichia coli chứa plasmid ColV.
• Aerobactin có khả năng kháng cloacin ( một protein màng ngoài có khối lượng phân

tử 74000 daltton đã được sản xuất quá mức trong điều kiện tăng trưởng hạn chế sắt và
không có các đột biến kháng coacin). Các nhà khoa học đã chứng minh được là
protein receptor cloacin được kiểm soát bởi plasmid colV, có tham gia vào quá trình
vận chuyển Fe3+-aerobactin.
• Các gene chỉ định chức năng tổng hợp aerobactin à vận chuyển Fe3+-aerobactin đã
được xác định trên một số plasmid CoIV. Có 4 loại locus tham gia vào quá trình tổng
hợp và vận chuyển aerobactin là aerA, aerB và aerC có chức năng hydroxyl hóa
lysine, acetyl hóa 6-amino-6-hydroxy-lysine và là móc nối giữa N-acetyl-N-hydroxylysine với citrate; aerD cần thiết cho liên kết của N-acetyl-N-hydroxy-lysine với
citrate; aerC hoàn thành tổng hợp aerobactin bằng cách ghép nối N-acetyl-N-


hydroxyl-lysine thứ 2 đến monoacyl (dẫn xuất citrate). Trình tự các gene trong operon
là aerD-aerB-aerC-aerA.
 Nannochelin:
•

•

•

•

Citrate hydroxamate siderophores được
gọi là nannochelins, đã được phân lập
từ Nannocystis excedens
(Myxobacteria).
Nannochelins giống với aerobactin,
nhưng có chứa hai dư lượng N-εcinnamoyl.
Trong khi nannochelin C chứa hai
nhóm carboxyl lysyl không este hóa,

nannochelin B có một và nannochelin
A hai nhóm carboxyl este hóa methyl.
Nannochelin A bao gồm hai mảnh este
Nε-cinnamoyl-Nε-hydroxyl-L-lysine
methyl gắn kết qua nhóm Nα-amino với
nhóm cacboxyl cuối cùng của acid
citric bằng các liên kết amide. Đây là
sự chuyển đổi quan trọng liên quan đến
việc tổng hợp siderophore này.

•

•
•

Quá trình oxi hóa- acyl hóa của NεBOC-L-lysine methyl


•

3.6 Carboxylate siderophore:
 Rhizobactin DM4

•

Rhizobactin DM4 được phân lập từ Rhizobium meliloti DM4 (Smith et al., 1985) không
bị rối loạn với Rhizobactin 1021 được phân lập từ R. Melitoli 1021 (Persmark et al.,
1996), mặc dù cả 2 được phân từ cùng 1 loài. Rhizabactin chứa cầu nối ethylene diamine
đặc trưng giữa alanine và lysine, sau đó trở thành N6-acylated bởi acid malic. Do đó,
rhizobactin DM4 được coi là một loại phức hợp hoặc carboxylate siderophore, trong khi

rhizobactin 1021 là một dihydroxamate dựa trên citrate. Người ta dự đoán rằng phức hợp
sắt của rhizobactin DM4 là hexacaordinated liên quan đến hai ethylene diamine
nitrogens, hai axit amin carboxylat, và chức năng a-hydroxy axit của axit malic
(NEILANDS, 1993). Có sự giống nhau cấu trúc của rhizobactin DM4 và các acid
mugineic bị cô lập như phytosiderophores từ cỏ có mạch diamine với (a-hydroxy)
cacboxylate là nhóm chức. Axit mugineic có thể được coi là các loại phân tử phức hợp
(NOMOTOet al., 1987).

•
 Staphyloferrin A
•

Staphyloferrin A (hình 30) được phân lập từ Staphylococci là một loại siderophore
carboxylat gồm hai dư lượng acid citric liên kết giữa với D-ornithine (KONETSCHNYRAPPet al., 1990, MEIWESet al., 1990). Staphylococcus hyicus DSM 20459 đã được sử
dụng để sản xuất staphyloferrin A lượng lớn. Ngoài ra, còn thu được 3 dạng mất nước,
hai dạng mono và một dạng diimido, như là một kết quả của sự ngưng tụ trong phân tử
của nhóm carboxyl trung tâm với các nhóm NH amide. Các thí nghiệm vận chuyển với
các hợp chất có nhãn 55Fe.


•
 Staphyloferrin B
•

Staphyloferrin B cũng đã được cô lập từ Staphylococci, tuy nhiên, cấu trúc các thành
phần khác hoàn toàn từ staphyloferrin A (DRECHSELET al., 1993a) trong đó acid citric
được liên kết bởi một propionic 2,3-diamino dư acid ở một bên và một diamino ethane
với dư lượng acid glutaric 2-oxo bên kia (Hình 30b). Khối lượng phân tử là được xác
định bởi điện khí nén hỗ trợ phun từ dung dịch nước và cho thấy sự hydrat hóa của chức
năng 2-oxo. Dư lượng axit 2-oxoglutaric có thể tạo thành một vòng năm cạnh bằng cách

thêm nucleophin vào nitơ amide với carbon cacbonyl. Các thí nghiệm NMR cho thấy các
địa chỉ NOE xác nhận sự tồn tại của một sản phẩm vòng hóa được thể hiện trong công
thức cấu trúc của staphyloferrin B. Cho dù chuyển đổi này của sự cân bằng từ dạng mở
đến dạng đóng vòng được gây ra bởi các điều kiện chuẩn bị mẫu hay đo lường thì vẫn
còn chưa rõ ràng.


 Vibrioferrin
•

Một cấu trúc siderophore mới được cô lập bởi cột kế tiếp và TLC từ Vibrio
parahaemolyticus (YAMAMOTOet al., 1992). Sinh vật này ở trong môi trường biển, cửa
sông và là nguyên nhân tiêu chảy do tiêu thụ hải sản. Vibrioferrin âm tính trong các thử
nghiệm hóa học của ARNOWand CSAKY (để mô tả, xem NEILANDSand
NAKAMURA, 1991) không bao gồm sự hiện diện của các catecholates và hydroxamat.
Các thành phần của siderophore được tìm thấy sau khi thủy phân là L-alanine,
ethanolamine, acid citric, và 2-oxoglutaric acid. Phổ khối lượng phóng xạ nhanh cho thấy
khối lượng 446 amu. Một cấu trúc hoàn chỉnh gần đây đã được báo cáo (YAMAMOTOet
al., 1994b). 2-oxoglutaric acid gắn liền với L-alanine và, như trong staphyloferrin B, tồn
tại trong trạng thái cân bằng với hydroxylactam vòng năm (Hình 3012)
 Cepabactin

•

Cepabactin (Hình 31) là một loại vi khuẩn tự nhiên pyridinone siderophore (l-hydroxy-5metoxy-6-metyl-2 (1H) -pryridinone) được cô lập từ Pseudomonas cepacia ATCC 25416
(MEYERet al., 1989). Cepabactin có thể được xem như là một hydroxamat tuần hoàn
hoặc như keto hydroxy bidentate

•
•

•

3.7 Keto Hydroxy Bidentates:

•

Có vẻ rằng một số lốn hợp chất trong tự nhiên có keto hydroxy bidentate ligands, hầu hết
chúng chưa được chứng tỏ là có liên quan đế iron transport. Tuy nhiên một vài keto
hydroxy bidentate ligands đã được chọn đã được chứng tỏ là rất hiệu quả trong iron
transport, như được cho thấy gần đây, bacteria của group Proteeae (Proteus,
Providencia, Morganella ) tất cả đề có khả năng sản sinh ra alpha- keto acids như là một
hệt quả của sự oxidative deamination của amino acid. Sự Deamination thành 2-oxo acid
là một tính trạng của proteeae và là một thứ ko quá quan trọng ở các enterobacterial
genera khác . Bởi vì tỉ suất sản xuất trong Proteeae và hoạt động của nó trong iron
nutrition, alpha- keto acids đã được gán một siderophore function trong Proteeae và trong
những genera khác . Một điều thú vị là, những chủng của Proteus mirubilis đã được phát
hiện không có khả năng vận chuyễn iron thông qua carboxylate typte siderophore
rhizoferrin nhưng vẫn có thể vận chuyển complexes of keto hydroxy bidentate ligands,
biết rằng hệ thống transport cho ferric rhizoferrin và ferric complexes of keto hydroxy


bidentate ligands là khác nhau. Mặc dù rhizoferrin là một funal siderophore, sự tiếp nhận
kinetics và characterization của những gen liên quan đến Morganella morganii đã được
mô tả.
•
•

4. FUNGAL SIDEROPHORES:

•

4.1 Ferrichromes:

•

Ferrichromes (Hình 32) lần đầu tiên được tinh chế năm 1952 từ Ustilago Sphaaerogena
và sau đó từ những loài Ustilago khác như U. maydis , ở loài Neovossia indica ,
Lipomycetaceae và loài nấm da Trichophyton mentugrophytes. . Ngoài ferrichromes các
loài Ustilago còn sinh ra ferrichrome A, với cấu trúc gàn như tương tự với ferrichrome.
Cấu trúc tinh thể của ferrichrome A và ferrichrome được xác định với Zalkinm et al
( 1966) và Van Der Helm et al (1980) chỉ ra một vòng xoàn được biến đổi bởi Om-OrnOrn-GlyGly-Gly hexapeptide. Ferrichrome có thể được xem là một mẫu siderphonre thử
nghiệm từ đó một số loại ferrichromes khác đươc tạo thành, ví dụ như ferricrocin,
ferrichrysin ferrichrome C ferrichrome A, ferrirubin, ferrirhodin, malonichrome. Một sự
mô ta mới được đưa ra bới VAN dẻ Helm và Winkelmann (1994).Với sự ngoại lệ là
tetraglycyc ferrichrome, một heptapeptide, tát cả các thành viên khác trong nhóm
ferrichrome đều sở hũy một vòng hexpeptide làm khung xương.Ferrichrome loại
siderophores chứa một chuỗi tripeptide đạc trưng NS-acyl-NS-hydroxy-~-ornith và một
số loại chuỗi tripeptide của amino acid ngắn (gly Ser Ala), Sự đa dạng trong những chuỗi
tripeptide sau và trong bản chất của chất thay thế N-acyl ornithine là tác nhân cho
ferrichrome siderphores nhắc đến ở trên.Các nghiên cứu phân xạ tia X và đo đạc CD
trong dung dịch đã làm sang tỏ rang sự cấu tạo của tát cả ferrichromes là lamb-da-cis.
Tính ổn định của ferrichrome với ion sắt nằm trong khoàng K ~ = 1029-1031

•