เฟอร์ริโครม

เฟอร์ริโครม (แท่ง) จับกับอะตอมเหล็ก (สีส้ม)
ชื่อ
ชื่อ IUPAC N -[3-[4,16-bis[3-[acetyl(oxido)amino]propyl]-2,5,8,11,14,17-hexaoxo-3,6,9,12,15,18-hexazacyclooctadec-1-yl]propyl]- N -oxidoacetamide; เหล็ก(3+)
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	15630-64-5 [ ECHA ] วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
เคมสไปเดอร์	26333219
บัตรข้อมูล ECHA	100.036.081
หมายเลข EC	239-706-0
PubChem CID	27424
มหาวิทยาลัย	G884EC9X73 วาย
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID50911697 DTXSID40935423, DTXSID50911697
อินชิ InChI=1S/C27H42N9O12.Fe/c1-16(37)34(46)10-4-7-19-25(43)30-14-23(41)28-13-22(40)29-15-24(42)31-20(8-5-11-35(47)17(2)38)26(44)33-21(27(45)32-19)9-6-12-36(48)18(3)39;/h19-21H,4-15H2,1-3H3,(H,28,41)(H,29,40)(H,30,43)(H,31,42)(H,32,45)(H,33,44);/q-3;+3 รหัส: GGUNGDGGXMHBMJ-UHFFFAOYSA-N
รอยยิ้ม CC(=O)N(CCCC1C(=O)NC(C(=O)NC(C(=O)ป.ป.ช.(=O)ป.ป.ช.(=O)ป.ป.ช.(=O)N1)CCCN(C(=O)C)[O-])CCCN(C(=O)C)[O-])[O-].[Fe+3]
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	C 27 H 42 Fe N 9 O 12
มวลโมลาร์	740.529  กรัม·โมล−1
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) วาย ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

เฟอร์ริโครมเป็นเฮกซาเปปไทด์ แบบวงแหวน ที่สร้างสารเชิงซ้อนกับอะตอมของเหล็ก มันเป็นไซเดอโรฟอร์ที่ประกอบด้วยไกลซีน 3 หน่วยและออร์นิทีนที่ดัดแปลงแล้ว 3 หน่วยพร้อมหมู่ไฮดรอกซาเมต [-N(OH)C(=O)C-] อะตอมออกซิเจน 6 อะตอมจากหมู่ไฮดรอกซาเมตทั้งสามหมู่จะจับกับ Fe(III) ในการประสานงานแบบทรงแปดเหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบเกือบทั้งหมด

เฟอร์ริโครมถูกแยกออกมาครั้งแรกในปี พ.ศ. 2495 และพบว่าผลิตโดยเชื้อราในสกุลAspergillus , UstilagoและPenicillium ^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม ในขณะนั้นยังไม่มีความเข้าใจเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมและการสนับสนุนในการขนส่งธาตุเหล็ก^{[ 2 ]}จนกระทั่งปี พ.ศ. 2490 จาก ผลงานของ โจ นีแลนด์ ซึ่งเขาได้สังเกต เป็นครั้งแรกว่าเฟอร์ริโครมสามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำส่งธาตุเหล็กได้

เฟอร์ริโครมเป็นไซเดอโรฟอร์ ซึ่งเป็นสารคีเลต โลหะ ที่มีมวลโมเลกุลต่ำและผลิตโดยจุลินทรีย์และพืชที่เจริญเติบโตภายใต้สภาวะที่มีธาตุเหล็กต่ำ หน้าที่หลักของไซเดอโรฟอร์คือการคีเลตเหล็กเฟอร์ริก (Fe ³⁺ ) จากแร่ธาตุที่ไม่ละลายน้ำในสิ่งแวดล้อมและทำให้พร้อมใช้งานสำหรับเซลล์จุลินทรีย์และพืช เหล็กมีความสำคัญต่อการทำงานทางชีวภาพเนื่องจากทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเอนไซม์ เช่นเดียวกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน การสังเคราะห์ DNA และ RNA และการเผาผลาญออกซิเจน^{[ 3 ]}แม้ว่าเหล็กจะเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสี่ในเปลือกโลก [ ^{4 ] แต่ความพร้อมใช้งานของเหล็กในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนนั้นต่ำเนื่องจากการก่อตัวของเฟอร์ริกไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ ภายใต้ข้อจำกัด ของ}เหล็ก แบคทีเรียจะแย่งชิงเหล็กเฟอร์ริก (Fe ³⁺ ) โดยการเพิ่มการหลั่งไซเดอโรฟอร์เพื่อให้ตรงตามความต้องการทางโภชนาการ^{[ 5 ]}การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าเฟอร์ริโครมถูกใช้เป็นโมเลกุลยับยั้งเนื้องอกที่ผลิตโดยแบคทีเรียLacticaseibacillus caseiการศึกษาจากภาควิชาเวชศาสตร์และมหาวิทยาลัยการแพทย์อาซาฮิกาวะชี้ให้เห็นว่าเฟอร์ริโครมมีผลยับยั้งเนื้องอกมากกว่ายาอื่นๆ ที่ใช้ต่อสู้กับมะเร็งลำไส้ใหญ่ในปัจจุบัน รวมถึงซิสพลาตินและ5-ฟลูออโรยูราซิล เฟอร์ริโครมยังมีผลกระทบต่อเซลล์ลำไส้ที่ไม่เป็นมะเร็งน้อยกว่ายาต้านมะเร็งสองชนิดที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ พบว่าเฟอร์ริโครมกระตุ้นC-Jun N-terminal kinasesซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดอะพอพโทซิสการเหนี่ยวนำให้เกิดอะพอพโทซิสโดยเฟอร์ริโครมจะลดลงเมื่อยับยั้งเส้นทางการส่งสัญญาณของ c-jun N-terminal kinase ^{[ 6 ]}

ธาตุเหล็กเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการทางชีวภาพที่สำคัญที่สุด เช่น การสังเคราะห์ DNA และ RNA, ไกลโคไลซิส, การสร้างพลังงาน, การตรึงไนโตรเจน และการสังเคราะห์แสง ดังนั้นการดูดซึมธาตุเหล็กจากสิ่งแวดล้อมและการขนส่งเข้าสู่สิ่งมีชีวิตจึงเป็นกระบวนการชีวิตที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมด^{[ 7 ]}ปัญหาคือเมื่อธาตุเหล็กในสิ่งแวดล้อมสัมผัสกับออกซิเจน มันจะถูกเปลี่ยนเป็นเฟอร์ริกออกซีไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งไม่สามารถขนส่งเข้าสู่เซลล์ได้ และดังนั้นจึงไม่สามารถนำไปใช้โดยเซลล์ได้^{[ 7 ]}เพื่อเอาชนะปัญหานี้ แบคทีเรีย เชื้อรา และพืชบางชนิดจะสังเคราะห์ไซเดอโรฟอร์ และหลั่งออกมาสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกเซลล์ ซึ่งสามารถเกิดการจับกับธาตุเหล็กได้^{[ 7 ]}จุลินทรีย์สร้างไซเดอโรฟอร์ชนิดของตัวเองเพื่อไม่ให้แข่งขันกับสิ่งมีชีวิตอื่นในการดูดซึมธาตุเหล็ก^{[ 7 ]}  ตัวอย่างเช่นSaccharomyces cerevisiaeเป็นยีสต์ชนิดหนึ่งที่สามารถดูดซึมไซเดอโรฟอร์ที่จับกับธาตุเหล็กได้ผ่านทางตัวขนส่งในตระกูล ARN ^{[ 8 ]} [Fe ³⁺ (ไซเดอโรฟอร์)] ^(n-3)-จับกับตัวรับ-ตัวขนส่งบนพื้นผิวเซลล์แล้วจึงถูกดูดซึมเข้าไป^{[ 8 ]}กลไกที่แน่นอนว่าเหล็กเข้าสู่เซลล์โดยใช้ตัวขนส่งเหล่านี้ได้อย่างไรยังไม่เป็นที่เข้าใจ แต่เป็นที่ทราบกันว่าเมื่อเข้าสู่เซลล์แล้วจะสะสมอยู่ในไซโตโซล^{[ 8 ]}ในSaccharomyces cerevisiaeเฟอร์ริโครมจะถูกดูดซึมโดย ARN1P โดยเฉพาะ เนื่องจากมีตำแหน่งการจับ 2 ตำแหน่ง และเฟอร์ริโครมสามารถจับกับตำแหน่งที่มีความสัมพันธ์สูงกว่าได้ผ่านกระบวนการเอนโดไซโทซิส^{[ 8 ]}  คีเลตเฟอร์ริโครมจะคงตัวอยู่ในเซลล์และช่วยในการเก็บสะสมเหล็ก แต่สามารถเคลื่อนย้ายได้ง่ายเพื่อตอบสนองความต้องการทางเมตาบอลิซึมของเซลล์^{[ 8 ]}

การกำจัด Fe ³⁺เกิดขึ้นจากการลด Fe ³⁺ ให้ เป็นFe ^{2+ [ 9 ]}กลยุทธ์การลดนี้ช่วยทำให้เหล็กละลายน้ำได้มากขึ้น และทำให้เหล็กสามารถดูดซึมได้ ง่ายขึ้น เนื่องจากผลิตภัณฑ์ Fe ²⁺ไม่สามารถเกิดแร่ธาตุได้เหมือน Fe 3+ เพราะมันไม่จับกับลิแกนด์ คีเลต ที่ออกแบบมาเพื่อจับ Fe ³⁺ อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ Fe ³⁺ยังสามารถปล่อย Fe ²⁺ออกจากลิแกนด์คีเลตที่ออกแบบมาเพื่อจับ Fe ³⁺ ได้อีกด้วย Fe ²⁺มีความสัมพันธ์กับลิแกนด์ไซเดอโรฟอร์น้อยมากหรือไม่มีเลย และการกำจัดนี้จำเป็นสำหรับการใช้งานและการเก็บรักษา เนื่องจาก Fe ^{2+ เป็นกรดตัวกลาง ดังนั้นจึงไม่สามารถจับกับลิแกนด์ คี} เลตไซเดอโรฟ อร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ และสามารถจับได้ด้วยความสัมพันธ์ที่ต่ำกว่ามากเท่านั้น ในขณะที่ Fe ³⁺เป็นเบสแข็งและสามารถจับกับลิแกนด์คีเลตไซเดอโรฟอร์ด้วยความสัมพันธ์ที่สูงกว่ามาก^{[ 2 ]} คอมเพล็กซ์ ไซเดอโรฟอร์ Fe ³⁺จะถูกดูดซึมเข้าสู่เยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรียโดย กลไก การขนส่งแบบแอคทีฟกระบวนการดูดซึมนี้สามารถจดจำลักษณะโครงสร้างที่แตกต่างกันของไซเดอโรฟอร์และขนส่งคอมเพล็กซ์ Fe ³⁺เข้าสู่เพริพลาสม์ได้

ไซเดอโรฟอร์หลักๆมีลิแกนด์ประสานเป็นแคทิโคเลต ไฮดรอกซาเมต และคาร์บอกซิเลต ตัวอย่างของไซเดอโรฟอ ร์แคทิโคเลต ได้แก่ เอนเทอโร แบคติน ตัวอย่างของ ไซเดอโรฟอร์ไฮดรอกซาเมต ได้แก่ เดสเฟอร์ริออกซามีน เฟอร์ริโครม แอ โร แบ คติ น กรดโรโดโทรูลิ_กและอัลคาลิกิน แอโรแบคตินยังเป็นไซเดอโรฟอร์คาร์บอกซิเลตด้วย ไซเดอโรฟอร์ไตรแคทิโคเลตอย่างเอนเทอโรแบคติน มีความสามารถในการ จับ กับเหล็กเฟอร์ริกสูงกว่า โดยมีค่า logβ 110 = 49 เมื่อเทียบกับเฟอร์ริโครมที่มีความสามารถในการจับเพียง logβ ₁₁₀ = 29.07 ดังนั้นจึงสามารถแข่งขันกับไซเดอโรฟอร์อื่นๆ และจับกับ Fe³⁺ ในสิ่งแวดล้อมได้มากกว่า อย่างไรก็ตาม^มันไม่จับกับโลหะอื่นๆ ที่มีความเข้มข้นสูงเนื่องจากมีความจำเพาะต่อ^{Fe³⁺ สูง [ 8 ]}ไซเดอโรฟอร์ไตรไฮดรอกซาเมต เดสเฟอร์ริออกซามีน มีความสัมพันธ์ในการจับที่ logβ ₁₁₀ = 30.6 และมีความสัมพันธ์ในการจับที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเฟอร์ริโครม ดังนั้น ไซเดอโรฟอร์เดสเฟอร์ริออกซามีนจึงสามารถแข่งขันกับเฟอร์ริโครมและจับ Fe ³⁺ ในสิ่งแวดล้อมที่มีอยู่ได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ไซเดอโรฟอร์บิสไฮดรอกซาเมต แอโรแบคติน ( logβ ₁₁₀ = 22.5) กรดโรโดโทรู ลิก (logβ ₁₁₀ = 21.55) และอัลคาลิกิน (logβ ₁₁₀ = 23.5) จะไม่สามารถแข่งขันกับไซเดอโรฟอร์ไตรสคาเทโคเลตและไตรไฮดรอกซาเมต ได้ เนื่องจากไม่มีความจำเพาะต่อ Fe ³⁺ สูง ดังนั้นจึงไม่สามารถจับ Fe ^{3+ ในสิ่งแวดล้อมที่มีอยู่ได้มากขึ้น}

เหล็กในสถานะไตรวาเลนต์มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น d⁵ ^{ดังนั้น}สารประกอบเชิงซ้อนของมันจึงมักเป็นแบบเฮกซาโคออร์ดิเนตและกึ่งทรงแปดเหลี่ยม^{[ 10 ]}ตามหลักการ HSABไซเดอโรฟอร์เฟอร์ริกมีอะตอมผู้ให้ซึ่งส่วนใหญ่เป็นออกซิเจนและไม่ค่อยเป็นไนโตรเจนเฮเทอโรไซคลิก นี่เป็นเพราะไอออนเฟอร์ริกเป็นกรดลูอิส ที่แข็ง และเหล็กเฟอร์ริกจึงจับกับผู้ให้ที่เป็นแอนไอออนิกออกซิเจนที่แข็งได้แน่นกว่า

E. coli มีโปรตีนตัวรับที่เรียกว่า FhuA (เฟอร์ริกไฮดรอกซาเมต) ^{[ 11 ]}

FhuA เป็นตัวขนส่งและตัวรับที่เชื่อมโยงกับพลังงาน^{[ 11 ]}มันเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกแบบบูรณาการและทำงานร่วมกับโปรตีนแปลงพลังงาน TonB ^{[ 12 ]}มันมีส่วนเกี่ยวข้องกับการดูดซึมธาตุเหล็กในรูปสารประกอบกับเฟอร์ริโครมโดยการจับและขนส่งเฟอร์ริโครม-เหล็กผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก^{[ 12 ]}

ริบบิ้นสีเขียวแสดงถึงผนัง β-barrel ที่มีความยาว 69 Å และเส้นผ่านศูนย์กลาง 40-45 Å ซึ่งแสดงถึงสารตกค้างที่ปลาย C-terminus ประกอบด้วย β strand ขนานกัน 22 เส้น ริบบิ้นสีฟ้าตรงกลางคือ "จุก" ซึ่งเป็นโดเมนที่แตกต่างกันสำหรับสารตกค้างที่ปลาย N-terminus ^{[ 12 ]}

FhuA มีสาย L4 และมีบทบาทในการขนส่งเฟอร์ริโครมเข้าไปในผนัง β-barrel คอมเพล็กซ์เฟอร์ริโครมจะจับกับทั้งผนัง β-barrel และ "จุก" อย่างแน่นหนา^{[ 12 ]}ผลจากการจับกันนี้จะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญสองประการของคอมเพล็กซ์เหล็ก-เฟอร์ริโครมเพื่อถ่ายโอนพลังงานไปยังจุก การถ่ายโอนพลังงานนี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในภายหลังซึ่งขนส่งเหล็ก-เฟอร์ริโครมไปยังช่องเพริพลาสมิกซึ่งส่งสัญญาณสถานะการบรรจุลิแกนด์ของตัวรับ^{[ 12 ]}การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเหล่านี้จะขัดขวางการจับกันของเหล็ก-เฟอร์ริโครมกับจุก ซึ่งจะทำให้เฟอร์ริโครม-เหล็กสามารถซึมผ่านไปยังบริเวณที่คาดว่าจะสร้างช่องได้ ผนังด้านในของ β-barrel มีตำแหน่งการจับที่อ่อนแอหลายตำแหน่งเพื่อดึงเฟอร์ริโครมไปพร้อมกัน^{[ 12 ]} FhuD เป็นโปรตีนที่จับกับความสัมพันธ์สูงในช่องเพริพลาสมิกซึ่งช่วยในการขนส่งแบบทิศทางเดียวข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย^{[ 12 ]}

• เฟอร์ริโครม เอ