Siderofor Nedir? Mantarlar Demiri Nasıl Toplar

Yeryüzünde bu kadar bol bulunan bir element, bir mantar için neden kıt bir besin olsun? Bir derlemeye göre demir, yerkürede dördüncü sırada bol bulunan elementtir; ancak oksijenli koşullarda ferrik iyonlar suda çözünmeyen oksihidroksit polimerlerine dönüştüğü için canlıların kullanabileceği demir miktarı belirgin biçimde azalır (Pecoraro ve ark., 2021). Mantarların bu soruna verdiği yanıtın adı siderofor.

Bol ama erişilmez bir besin

Mantar sideroforlarının moleküler genetiğini derleyen bir çalışma, bütün canlıların demirin çözünmezliği ve toksisitesi sorunlarını aşmak zorunda olduğunu, ortamda demir az olduğunda mantarların çoğunun ferrik demire özgü şelatörler olan sideroforları salgıladığını belirtir (Haas, 2003). Aynı derlemeye göre sideroforla bağlanan demir ya indirgeyici bir demir alım sistemiyle ya da siderofor-demir kompleksinin bütün hâlinde hücreye alınmasıyla kullanılır (Haas, 2003).

Maya üzerinde yapılan bir taşıma çalışmasında sideroforlar, mikroorganizmaların sentezleyip salgıladığı ve ferrik demire olağanüstü yüksek bir ilgiyle bağlanan düşük molekül ağırlıklı bileşikler olarak tanımlanır (Moore ve ark., 2003). Sindirimi hücre dışında başlatan beslenme biçimini mantarlar nasıl beslenir yazısında anlattık; siderofor bu mantığın demire uyarlanmış hâli gibi düşünülebilir.

Hidroksamat sideroforlar: ferrikrom, koprojen, fusarinin

Bir derlemeye göre sideroforların yaygın grupları hidroksamatlar, kateşolatlar ve karboksilatlardır; mantarlar ise çoğunlukla hidroksamat sideroforlar sentezler (Pecoraro ve ark., 2021). Bu yazı üç hidroksamat ailesine odaklanıyor: ferrikrom tipi sideroforlar, koprojenler ve fusarininler.

Tek bir tür birden fazla siderofor üretebilir: Neurospora crassa ile yapılan bir laboratuvar çalışmasında bu küfün koprojen, ferrikrosin ve ferrikrom C ürettiği, demir kıtlığında koprojenin başlıca hücre dışı siderofor olduğu, diğer ikisinin ise çoğunlukla hücre içinde bulunduğu gösterilmiştir (Matzanke ve ark., 1988). Aspergillus nidulans'ın demiri yakalamak için triasetilfusarinin C salgıladığı ve hücre içinde ferrikrosin taşıdığı bildirilmiştir (Eisendle ve ark., 2003). Ustilago maydis ise ferrikrom ve ferrikrom A sentezler (Winterberg ve ark., 2010).

Ornitinden peptit sentetazına: sentez yolu

Hidroksamat sideroforların yapı taşı bir amino asittir: derlemeye göre L-ornitin bu sideroforların biyosentetik öncülüdür ve sentez, çok modüllü büyük enzim kompleksleri olan ribozom dışı peptit sentetazlarıyla (NRPS) yürür (Pecoraro ve ark., 2021).

A. nidulans'ta L-ornitin N5-monooksijenazı kodlayan sidA geninin silinmesi siderofor sentezini tamamen durdurmuş, NRPS kodlayan sidC geninin bozulması ise yalnızca ferrikrosin sentezini ortadan kaldırmıştır (Eisendle ve ark., 2003). Siderofor üretemeyen suşlar ortama siderofor eklenmedikçe büyüyememiş; yazarlar sistemi demir bolken bile başlıca demir alım yolu olarak yorumlar (Eisendle ve ark., 2003).

U. maydis'in ferrikrom ve ferrikrom A sideroforlarının yapıları uzun zaman önce çözülmüş, ama sentezde görev alan yalnızca iki enzim tanımlanmıştı: iki siderofor için de gereken ornitin monooksijenazı Sid1 ve ferrikrom üretiminde görev alan NRPS Sid2 (Winterberg ve ark., 2010). Aynı ekibin genetik çalışmasında ferrikrom A için dört yeni enzim tanımlanmış ve HMG-CoA'nın zorunlu bir öncül olduğu gösterilmiştir (Winterberg ve ark., 2010). Yazarlar bunu işlevsel olarak tamamen çözülen ilk mantar siderofor yolu olarak sunar (Winterberg ve ark., 2010).

Dışarıda yakalamak, içeride saklamak

Moleküler genetik derlemesine göre mantarların çoğu hücre içi demir depolama bileşiği olarak ayrıca hücre içi sideroforlar taşır (Haas, 2003).

N. crassa çalışmasında Mössbauer spektroskopisiyle koprojene bağlı demirin hücreye girdikten sonra hızla serbest kaldığı, demirin hücre içindeki başlıca hedefinin ferrikrosin olduğu ve ferritine benzer bir demir havuzu saptanmadığı görülmüştür (Matzanke ve ark., 1988). A. nidulans'ta da benzer bir iş bölümü vardır: hücreye alınan triasetilfusarinin C'deki demir ferrikrosine aktarılırken ferrikrosinin kendisi alındıktan sonra depolanır (Eisendle ve ark., 2003). Ferrikrosin eksik olduğunda hücre içindeki serbest demir havuzunun büyüdüğü, oksidatif strese yanıt veren enzimlerin arttığı ve eşeysiz spor oluşumunun verimsizleştiği aynı çalışmada bildirilmiştir (Eisendle ve ark., 2003).

Taşıma tarafı: maya örneği

Ekmek mayası Saccharomyces cerevisiae'de demir yokluğunda ifade edilen dört üyeli ARN taşıyıcı ailesinin ferrikrom, ferrikrom A ve triasetilfusarinin C'ye bağlı demirin alımını sağladığı gösterilmiştir (Yun ve ark., 2000). Aynı çalışmada ferrikrom alımını Arn1p ve Arn3p, triasetilfusarinin C alımını ise ağırlıklı olarak Arn2p üstlenmiş; iki hidroksamat grubu taşıyan rodotorulik asitteki demir ise yalnızca yüksek ilgili ferröz demir sistemiyle alınmıştır (Yun ve ark., 2000).

İşaretli ferrikromla yapılan izleme deneylerinde ferrikromun Arn1p üzerinden metal bağlı hâliyle bütün olarak hücreye girdiği, sitozolde biriktiği ve burada depolanan demirin hücrenin ihtiyacına göre kolayca kullanılabildiği bulunmuştur (Moore ve ark., 2003). Mayanın bir mantar olarak nerede durduğunu maya bir mantar mı yazısında ele aldık.

Demir bolken frene basmak: SreA ve HapX

Demir hem gerekli hem de zehirli olduğu için hücredeki demir dengesi ince ayarlı denetim sistemleri gerektirir (Hortschansky ve ark., 2007). A. nidulans'ta GATA tipi transkripsiyon faktörü SREA'nın yokluğunda siderofor sentezinin baskıdan kurtulduğu, sideroforla demir alımının da düzensizleştiği ve bu mutantlarda katalaz ile süperoksit dismutaz genlerinin ifadesinin arttığı gösterilmiştir (Oberegger ve ark., 2001).

Madalyonun öbür yüzü HapX: bir moleküler çalışmada demir kıtlığında HapX'in CCAAT bağlayan çekirdek kompleksle fiziksel etkileşerek hem sentezi gibi demire bağımlı yolları baskıladığı gösterilmiştir (Hortschansky ve ark., 2007). Aynı çalışmada hapX ve sreA genlerinin birbirinin ifadesini denetlediği ve ikisinin birlikte silinmesinin öldürücü olduğu bildirilmiştir (Hortschansky ve ark., 2007).

Toprakta ve kök ortaklığında

Ektomikorizal iki Suillus türünün saf kültürde salgıladığı sideroforları inceleyen bir laboratuvar çalışmasında türlerin halkalı ve doğrusal fusijen, ferrikrom ya da ferrikrosin, koprojen ve bir türde triasetilfusarinin C ürettiği, yani üç farklı hidroksamat grubunu temsil eden moleküller salgıladığı gösterilmiştir (Haselwandter ve ark., 2011). Kök ortaklığı için mikoriza nedir, mantarların minerallerle başka bir kimyasal ilişkisi için mantarlar neden oksalik asit salgılar yazısına bakabilirsiniz.

Bilimsel referanslar

Eisendle, M. et al. (2003). The siderophore system is essential for viability of Aspergillus nidulans: functional analysis of two genes encoding l-ornithine N 5-monooxygenase (sidA) and a non-ribosomal peptide synthetase (sidC). Mol Microbiol, 49(2), 359-75. PMID 12828635. DOI 10.1046/j.1365-2958.2003.03586.x.

Haas, H. (2003). Molecular genetics of fungal siderophore biosynthesis and uptake: the role of siderophores in iron uptake and storage. Appl Microbiol Biotechnol, 62(4), 316-30. PMID 12759789. DOI 10.1007/s00253-003-1335-2.

Haselwandter, K. et al. (2011). Hydroxamate siderophores of the ectomycorrhizal fungi Suillus granulatus and S. luteus. Biometals, 24(1), 153-7. PMID 20981471. DOI 10.1007/s10534-010-9383-4.

Hortschansky, P. et al. (2007). Interaction of HapX with the CCAAT-binding complex--a novel mechanism of gene regulation by iron. EMBO J, 26(13), 3157-68. PMID 17568774. DOI 10.1038/sj.emboj.7601752.

Matzanke, B.F. et al. (1988). Ferricrocin functions as the main intracellular iron-storage compound in mycelia of Neurospora crassa. Biol Met, 1(1), 18-25. PMID 2978956. DOI 10.1007/BF01128013.

Moore, R.E. et al. (2003). The mechanism of ferrichrome transport through Arn1p and its metabolism in Saccharomyces cerevisiae. Proc Natl Acad Sci U S A, 100(10), 5664-9. PMID 12721368. DOI 10.1073/pnas.1030323100.

Oberegger, H. et al. (2001). SREA is involved in regulation of siderophore biosynthesis, utilization and uptake in Aspergillus nidulans. Mol Microbiol, 41(5), 1077-89. PMID 11555288. DOI 10.1046/j.1365-2958.2001.02586.x.

Pecoraro, L. et al. (2021). Biosynthesis Pathways, Transport Mechanisms and Biotechnological Applications of Fungal Siderophores. J Fungi (Basel), 8(1), 21. PMID 35049961. DOI 10.3390/jof8010021.

Winterberg, B. et al. (2010). Elucidation of the complete ferrichrome A biosynthetic pathway in Ustilago maydis. Mol Microbiol, 75(5), 1260-71. PMID 20070524. DOI 10.1111/j.1365-2958.2010.07048.x.

Yun, C.W. et al. (2000). Siderophore-iron uptake in saccharomyces cerevisiae. Identification of ferrichrome and fusarinine transporters. J Biol Chem, 275(21), 16354-9. PMID 10748025. DOI 10.1074/jbc.M001456200.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya