Эйхгорн Г. (ред.) Неорганическая биохимия. Том 1

Подождите немного. Документ загружается.

Транспорт соединений железа микробами (сидерохромы.) 233

ia (III) с молекулой димерумовой ,кислоты, этерифицированной по

)дной первичной гидроксильной группе остатком N-ацетилфузари-

шна [68в]; копроген В является его дианетильным аналогом

[68а].

2.3.3. Аэробактин

Aerobacter aerogenes 62-1, росший 20 ч на среде из минераль-

шх солей глюкозы без добавления железа, образует сырой аэро-

5актин (IX) с выходом 1 г/л [5]. Восстановительный гидролиз с

II дает лизин, в то время как разложение с HCl приводит к об-

разованию лимонной кислоты и двух остатков аминокислот, найден-

шх в микобактине, L-e-N-окоилизине. Анализ спектров ПМР, элек-

трометрическое титрование, периодатное окисление, ИК-спектр и

:пектр комплекса Fe(III) при разных значениях рН подтвердили

труктуру, представленную формулой IX. Это соединение, возмож-

ю, играет роль в транспорте железа в A. aerogenes 62-1 —штам-

пе, который также образует 2,3-диоксибензоильное соединение.

CHJ CH

I I

C=O C=O

I I

NOH NOH

\ 1

COOH (CH

)

I I I

CH-NH-CO-CH

-С-CH

-CO-NH-CH

I I I

COOH ОН COOH

аэробактин (IX)

C = O

N0"

(CH

)

г- о

г Fe

0 =

\ ---- I

0 "-ON

1 I

C = O (CH

)

СИ,

CH-NH- CO-CH

- С - CH

-CO-NH-CH

I I

COOH COOH

"-селесо(т)аэроЬктии (X)

другие штаммы Aerobacter sp. не продуцируют ни гидроксаматов,

и фенолятов; этот факт подтверждает концепцию о многообразии

утей микробного транспорта железа. В любом случае расемот-

ение молекулярной модели комплекса железа(III) с аэробакти-

ом показывает, что свободные карбоксильные и гидроксильные

руппы остатка лимонной кислоты, а также две гидроксаматные

руппы могут связываться с ионом Fe(III). Однако структура,

зображенная формулой X, нуждается в экспериментальном под-

верждении.

Предполагают, что лиганд шизокинин (Xa) близок к аэробак-

ину, в котором центральный остаток лимонной кислоты симмет-

ично связан замещенными амидными связями с 2 молями 1-ами-

о-З-ацетилгидроксамидопропана [5а].

234

i лава 2

„СН,

HO-^b-CO

N -C-CH

I Il

он о

-NH /CH

/N-C-CH

"СН,

деферришизокинин (Xa)

> N

•

2.3.4. Семейство микобактина

—

СО

N % НО

е CHR

ОН N O

О ОН СО R

dCHR,

Il I \ I

С N NH О

/ I \ I

(CH

)* CH—со

микобактин (XI)

CHR

O Fe= N^^0

/\ W

О О CO R

CHR

Il I \ I

C N NH О

/ I \ I

(CH

)

CH CO

телезо(Ш) микобактин (XI

Микобактин

с d е

А« (XIIa)

13А CH

(ФНб)

17,15,13,11,9Д H

трео

( )

H (XIIB) 19,17Д

( )

M (XIIr)

18, 17, 16,15°

N6 (ХПд)

18, 17, 16,15

P (XIIe) 19,17,15 цис Д»п

( )

L S

R (ХИж)

19Д

( )

L L

S (XII

)

19,17,15,13 цис А

( )

T (ХНи)

20,19,18,17 1

( )

20,19,18.17Д J

Общая структура комплексов железа(Ш) с микобактинами. Баковые цепи

являются алкильными группами и имеют указанное число атомов углерс

там, где известно, показаны двойные связи. Цифры указывают основные Ti

Транспорт соединений железа микробами (сидерохромы.) 235

оковых цепей; некоторые из них встречаются много раз в каждом микобактине.

.симметрические центры обозначены буквами а — f. Пробелы показывают, что

онфигурация не определена. Обозначения: ( )—отсутствие асимметрического

[ентра;

структура выведена для смеси с ХХв;

предположительная структура;

насыщенные алкильные группы, имеющие указанное число атомов углерода;

относительная конфигурация при d и е — эритро, абсолютная конфигурация не

пределена [Snoaj G. A., Bact. Rev., 34, 100 (1970)].

Ми ко-б актина-м посвящен недавно появившийся обзор Сноу [4].

1 1911 г. Т-ворт и Инграм показали, что Mycobacterium johnei, тре-

уемый как фактор роста, находится в экстрактах органическими

астворителями из других микобактерий. Тридцатью годами лозд-

ее в связи с попытками создать специфический антиметаболит

ля Mycobacterium tuberculosis вновь возродился интерес к этому

оединению, впоследствии названному микобактином. Было най-

ено, что, комбинируя надлежащим образом питание железом и

ремя роста, можно получить 'максимальные выходы микобакти-

ов, из которых наиболее полно изучен компонент P (XIIe) из

iycobacterium phlei. В отличие от других шдроксаматов микобак-

ины и их комплексы с железом растворимы в л или да х и лрони-

ают в клетки; лучший метод экстракции — вымачивание в эта-

оле. Есть сообщения о выходах, составляющих до 2% сухого ве-

а клеток в зависимости от природы организма.

Второй необычной особенностью микобактинов является их

икрогетер-огенность, обусловленная наличием гомологов жирных

ислот в боковых цепях. Каждый индивидуальный микобактин

бозначается буквой, за которой следует число эквивалентных

томов углерода в боковой -цепи. Для нескольких микобактинов

ыли установлены длины боковых цепей, их относительное содер-

жание, присутствие или отсутствие ненасыщенных связей и т. д.,

о до сих пор полностью охарактеризован только компонент Р,

лавная частица имеет здесь н-цыс-октадецен-2-оильную боковую

ель и обозначается микобактин P \8-цис-\

(ср. XIIe).

Выделены два основных класса микобактинов, примерами ко-

эрых могут-служить соединения типа M (XIIr) и P (XIIe). Ми-

обактины типа P содержат в микобактиновой кислотной части

алициловую или 6-метил-салициловую кислоту, серии или треонин,

чесь жирных кислот с длинными цепями (обычно с двойной

зязыо рядом с карбоксильной группой, как в феррихроме А) и

-e-N-оксилизин. Кобактиновая часть содержит р-оксикислоту

3-оксимасляную или З-окси-2-метилвалериановую) и вторую мо-

екулу L-E-N-оксилизина. Вариации в ряду типа P возникают в

езультате замещения в бензольном или оксазолиновом кольце

ли -во фрагменте р-аксикислоты, а также от присутствия различ-

ых оптических изомеров в последней частице [ср. микобактины S

КПз) и T (XIIH)]. Микобактины типа M имеют только одну ко-

эткую -боковую цепь R в XI, т. е. ацетил и пропионил в микобак-

-IHax M (XIIr) и N (ХПд) соответственно. Конфигурация окси-

236 i лава 2

кислоты по-прежнему эритро; однако ,в микобактинах M эта части

ца имеет длинную алкильную боковую цепь.

Микобактины образуют нейтральные лилидорастворимые ком

плексы с железом (III) такого тина, как показано для соединени

XII, которые превосходят но стабильности ферриоксамин В. Oc

новное различие между тригидроксаматами железа(Ш) и ком

плексами железа (III) с микобактинами состоит в том, что в пс

следних одна гидроксаматная группа замещается бидентатньп

лигандом, содержащим фенольную гидроксильную группу и am:

азота в оксазолиновом кольце. Исследование молекулярных м<

делей показывает, что гексадснтатная структура, приведенная дл

соединения XII, возможна, но точное расположение атомов вокру

железа кристаллографически не установлено. Вероятно, осущс

ствимы только некоторые из 16 изомерных расположений. Kov

плексы.микобактина P с алюминием, галлием и хромом были вь

делены в виде кристаллов; комплекс с алюминием достаточп

летуч для масс-спектрометрического изучения, с помощью которс

го обнаруживают присутствие гомологов. Было найдено, что KOIV

плекс с хромом, который диссоциирует очень медленно, протшк

действует эффекту микобактина, промотирующему рост М. johne,

следовательно, физиологически важной формой микобактина ЯЕ

ляется его комплекс с железом (III). Несмотря на очевидну!

структурную аналогию между микобактином и тригидроксамат

ными сидерохромами, ни один из последних не обладает никаюл

даже самой незначительной активностью по отношению к завис*

мым от микобактина штаммам. Эту специфичность можно объж

нить особыми структурными требованиями М. johnei и (или) уш

кальной растворимостью микобактина и его комплекса с Fe(II)

Еще очень мало известно о !биосинтезе микобактинов. Было у<

тановлено, что все штаммы микобактерий, которые могут раэмж

жаться в искусственной среде, продуцируют хелатируюшие жел<

зо соединения, родственные лиганду XI. Доказано, что распред(

ление микобактинов по различным штаммам полезно в таксоном!

ческом отношении.

2.3.5. Семейство фузаринина

Fusariutn roseum ATOC 12822 и другие виды Fusarium, культ

вируемые при низких концентрациях железа (<~10-"

М), пр-

дуцируют ряд основных гидроксаматов, дающих лоложительну

реакцию с нингидрином и названных фузарининами (XIII) [69

О NH

НО О

НО—

-C-C-(CH

)

-N-C

/CH

=CH

-O-

I C=C

н/

фузаринин (XIII)

—H

Транспорт соединений железа микробами (сидерохромы.) 237

Фузаринин (XIIIa): п = 1 Фузаринин В (ХШв): п = 3

Фузаринин А (ХШб): п = 2 Фузаринин С (деферрифузиген) (XIIIr):

/г = 3, цикло

'/3 Fe

О NH

О О

Г IL I I IL

цикло +

- C-(CH

)

-N-C

L I \

H (

фузиген (XIV)

Накопление фузаринина, мономера (XIIIa), достигает максималь-

ной концентрации ~

мМ после 5 суток !роста, и с этого момента

эн 'быстро исчезает из среды. Всего 25—30 мг компонента А

(ХШб) и еще меньше компонента В (ХШв) можно выделить из

1 л среды. Было показано, что фузаринин С — циклическое соеди-

нение, идентичное деферрифузигену [70]. Все эти соединения со-

держат частицы L-S-N-оксиорнитина и г{«с-5-окси-3-метилпентен-2-

эвую кислоту, этерифицированную по типу «голова к хвосту». Та-

ким образом, его ацильная часть идентична ацильной части

ферриродина.

Фузаринины железа при подкислении ведут себя так, как это

и ожидают, т. е. спектр комплекса Fe(III) с XIIIB довольно нечув-

ствителен к такой обработке. Фузиген, выделенный из Fusarium

Cubense

проявляет примерно такую же активность по антагони-

стическому критерию по отношению к Staphylococcus aureus, как

копроген, т. е. его активность составляет примерно

% от актив-

ности ферриоксамина В [70]. Хотя фузаринин не может поддер-

живать рост Arthrobacter JG-9, фузаринины А, В и С проявляют

небольшую активность по отношению к этому организму.

2.3.6. Семейство ферриоксамина

Сидерохромы группы ферриоксамина содержат ацетатную,

сукцинатную и а-амино-со-океиаминоалкильную части и разделя-

ются на два типа—линейные (XV) и циклические (XVI) [45]. Не-

которые производные ферриоксаминов проявляют антибиотиче-

скую активность и обозначаются как ферримицины. Нет никакой

структурной связи между этими антибиотиками и альбомицином,

за исключением того, что в обоих случаях токсическим началом

является выделяющийся позднее сложный агент, действующий как

переносчик железа. Таким образом, если замещенный урацил от-

щепить от альбомицина, это соединение будет действовать как

фактор роста для сидерохромных ауксотрофов. Антагонистический

= C

^CH

-CH

-O j-

CH,

238

i лава 2

тест (рис. 5.6) был использован сотрудниками Свисса для того

чтобы выделить длинный ряд ферриоксаминов, которые являютс*

одновременно и факторами роста и антибиотиками [45].

H-N

(CH

)

N-

CONH

/ \

(CH

)

(CH

)

/ \

C N-C

CONH

/ \

(CH

)

(CH

)

(

/ \ ?

N-C

0.0.

O О

,0 ,0

линеиные ферриоксамины (XV)

Ферриоксамин В (XVa)

Ферриоксамин D

(XV6)

CO-

Ферриоксамин G (XVB)

C(CH

)

Ферриоксамин A

(XVR) H 4

C(CH

)

Ферримицин A

(XVFL)

но

о-

CO-

HO H

HOCH,/ \ J4H,

CH,

H-N

H-N CONH CONH

C =

\ / \ / \ I

(CH

)

(CH

)

(CH

)

(CH

)

(CH

)

(CH

)

\ / \ / \ I

N-C N-C N-C

I и I и Ii'

о о ,-

циклические ферриоксамины

(XVI)

Ферриоксамин E (XVIa): п = 5

Ферриоксамин D

(XVI6): п = 4

Метаболит «С» — А-производное ферриоксамина В, в котором концева

аминогруппа окислена до СООН. Возможно, ферриоюсамия В идентичен терре

Транспорт соединений железа микробами (сидерохромы.)

239

генс-фактору. Ферриоксамин A

содержит один остаток уксусной кислоты, два

остатка малоновой кислоты, один остаток 1-амино-5-оксиаминопентана и два ос-

татка 1-амино-4^жсиаминобутана. Компоненты С и F — основные ферриокса-

мины.

Ферриоксамины — относительно простые -молекулы, лиганды

которых лишены оптической активности. Ряд их был синтезирован

химическим путем. Константы комплексообразования для них ле-

жат в той же области, что и для феррихрома (табл. 5.1). Фер-

риоксамины были найдены во всех актиномицетах, которые были

исследованы на их присутствие.

Некоторые из сидерохромов еще не изучены; наиболее извест-

ный из них, по-видимому, феррибактин [44] из P. fluorescens и

некоторые железосодержащие антибиотики. Несколько других

микробных продуктов, возможно, содержат одно или большее чис-

ло гидроксаматных звеньев, но неизвестно, имеют ли они отно-

шение к транспорту и метаболизму железа. Некоторые из них,

такие, как сукциномицин [71], даномицин [72] и ASK [73], яв-

ляются антибиотиками.

Антибиотики семейства аопергилловой кислоты исторически ин-

тересны как первые микробные метаболиты, содержащие связан-

ную гидроксамовую кислоту. Сама по себе аспергилловая кислота

(XVIIa) действует как фактор роста для Arthrobacter JG-9, но об-

разование некоторых членов ряда (XVII6, ХУПд) культурой /Is-

pergillus sclerotiorum не регулируется железом [68]. Одна молеку-

ла связанной гидроксамовой кислоты в этих соединениях образу-

ется в результате окисления предшествующего циклического

амида, флавакола, т. е. обратным путем, по сравнению с ферри-

хромом.

Аспергилловая кислота (XVIIa): R = Н, R' = C

, R" = CH

Неоаспергилловая кислота (XVII6): R=R" = Н, R' = CH(CH

)

Мутааспергилловая кислота (XVIIB) : R = ОН, R' — R" = CH

Оксиаспергилловая кислота (XVIIR): R = ОН, R' = C

, R" = CH

Неооксиаспергилловая кислота (XVIIFL): R=OH, R" = CH(CH

)

, R" = H

2.4. Другие соединения

аспергилловые кислоты (XVII)

Мицелианамид (XVIII) [74], дикетопиперазин с двумя гидро-

ксилированными атомами азота в кольце, образуется в немного

240

i лава 2

большем количестве при низких концентрациях железа; другим-]:

словами, ничто не говорит о его связи с метаболизмом железа

ОН

мицелианамид (XVIII)

Третий тип -соединения, подобного дикетопиперазину, пулчер

риминовая кислота (XIX) [75], образуется внутри- и внеклеточнс

в -среде с высоким содержанием железа, в которой она присутст

вует в виде очень мало растворимого железного комплекса пул

черримина. Это соединение синтезируется Candida pulcherrima \

родственными ему дрожжами. Оно не активно по отношению к си

ди-мому, не связано с метаболизмом железа [76]. !В -соединена

XIX кольцо окисляется дальше, чем в мицелианамиде, и хотя ем}

можно приписать структуру с одной молекулой связанной гидро

ксамовой кислоты, сопряженная форма XIX, возможно, являете?

доминирующей формой частиц. Оно получается -биосинтетическ!-

из ь-лейциндикетопиперазина.

HO^N

-CH(CH

)

(CH

)

CH-CH

пулчерриминовая кислота (XIX)

Противоопухолевый агент Ы-формил-Ы-оксимицин, или хадаци

дин (XX), идентичен асимметрину, ингибитору роста растений

имеющему грибковое происхождение. В Penicillium aurantio-viola-

свит F-4070b хадацидин [10] возникает -в результате окислени;

глицина с последующим формилированием и опять, по-видимому

железо не подавляет этот синтез [68].

о он

Il I

H-C -N-CH

-CO

хадацидин (XX)

Транспорт соединений железа микробами (сидерохромы) 241

Актинонин (XXI), первичная гидроксамовая кислота (Н вме-

сто R при атоме азота), завершает перечень микробных продук-

тов, содержащих ацилированную гидроксиламиногрушпу. Было

найдено, что О-бензилактинонин токсичен, так что значение гид-

роксамового звена для проявления антибиотической активности

находится под сомнением [77].

Циклическая гидроксамовая кислота XXII была выделена из

высших растений [58], но ее биологическая роль неизвестна. Од-

нако по биопробе с Arthrobacter JG-9 была обнаружена сидеро-

хромная активность в водных экстрактах из листьев томата, ла-

тука, цветной капусты, лука-порея и капусты и в экстрактах кор-

ней моркови [59]. Ферриоксамин В переходит в листья томата

при выращивании в питательном растворе [78].

ОН

2,4-диокси-7-метокси-1,4-бензоксазинон-З (XXII) (DIMBOA)

И наконец, два реагента, связывающих ионы Fe(II) и проду-

цируемые микроорганизмами, заслуживают внимания, хотя сейчас

эти соединения и нельзя связать с метаболизмом железа. Ферро-

вердин (XXIII), зеленый пигмент из мицелия Streptomyees sp.,

охарактеризован кристаллографически (XIIIa) [79]. Каждый

атом железа связан с фенолятным кислородом и азотом нитрозо-

группы в нитрозофенольном лиганде. Pseudomonas GH и P. roseus

f Iuorescens образуют пир им и н (XXIV [80, 81], представляющий

собой пиридиновое кольцо, замещенное в положении 2 у-кар-

боксильной ь-глутаминовой кислотой. При всех разумных значе-

ниях рН пиримин существует в иминной форме и в такой форме

16—2451

242

i лава 2

образует стабильный, дающий окраску с фуксином комплекс с

Fe(II) (XXV).

O=M

Ъеферрскрерровердин CXXliI)

пиримия (XXlV)

ферроверЪин, кристаллическая

структура (хх\]\а) [7д]

ферропиримин (XXV)

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Практически все аэробные и «случайно» аэробные микро-

организмы, которые были исследованы, будь-то бактерии, дрожжи

или грибы, имеют транспортную систему для железа или нужда-

ются в ней. Путь железа в микробном метаболизме в общих чер-

тах был описан на примере исследования мутантов Salmonella

typhimurium и других кишечных бактерий. Эта система содержит,

во-первых, специфический низкомолекулярный носитель для иона

Fe(III) (сидерохром) фенолятного типа (энтеробактин) или гид-

роксаматного типа (феррихром) и, во-вторых, связанный с клет-

кой активный транспортный механизм для введения специфиче-

ского сидерохрома.

Несмотря на то что механизм введения сидерохромов в клетку

детально не изучен, составлен каталог транспортных соединений,

который тотчас же обнаружил некоторые определенные общие

принципы. Биосинтез транспортных соединений сильно подавляет-

ся железом. Эти транспортные соединения обладают высокой спе-

цифичностью связывания Fe (III)/Fe (II) и встречаются и действу-

ют либо как одиночные частицы, либо .как димеры или тримеры,

связанные амидными или сложноэфирными связями, при этом