合成ファイトシデロフォアであるプロリン-2′-デオキシムギニン酸と金属イオン複合体の安定性

合成ファイトシデロフォアであるプロリン-2′-デオキシムギニン酸と金属イオン複合体の安定性

Stability of metal ion complexes with the synthetic phytosiderophore proline‑2′‑deoxymugineic acid

Anna Evers · Jackson Kohn · Oliver Baars · James M. Harrington · Kosuke Namba · Owen W. Duckwort

Biometals (2024) 37:1599–1607 https://doi.org/10.1007/s10534-024-00629-

要旨
作物中の微量栄養素の濃度が適切であることは、人間の健康と農業生産性にとって不可欠である。しかし、世界中の耕作土壌で生育する植物の30%は鉄（Fe）が欠乏している。微量栄養素の生物学的利用能が低いため、イネ科植物はファイトシデロフォアと呼ばれる低分子を土壌環境中に滲出させ、微量元素を強く複合化させて取り込みを促進するように進化してきた。合成フィトシデロフォアであるプロリン-2′-デオキシムゲン酸（PDMA）の開発により、イネにおける鉄の取り込みが促進されることが示された。しかし、他の金属との結合能は不明であり、土壌中に一般的に存在する鉄や他の微量栄養金属の取り込みを促進する能力に影響を及ぼす可能性がある。我々は、Mn(II)、Co(II)、Cu(II)、Ni(II)、Zn(II)とPDMA錯体の安定定数（logK）を測定するために分光光度滴定を行った。その結果、PDMA錯体の安定定数には次のような相関があることがわかった： (1)錯体中の金属イオンの加水分解定数（logKOH）、(2)錯体化した金属のイオンポテンシャル、(3)他のムギネ酸型植物性シデロフォアおよびトリスヒドロキサメート微生物性シデロフォアDFOBの対応する錯体安定定数。これらの相関は、異なる物理化学的性質と潜在的に異なる配位構造を持つ金属イオンとフィトシデロフォアの複合体の安定性を予測する能力の可能性と限界を示すものである。

結論と含意
本研究は、電位差滴定と分光光度滴定により、合成ムギネ酸シデロフォア-PDMA-と金属イオンMn(II)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)との安定定数を決定した。分光光度シフトが観察され、pHが上昇するにつれてリガンドが脱プロトン化し、金属錯体と結合していることを示唆した。加水分解定数と金属イオンのイオン電位は、PDMAとの安定定数の予測因子として使用できる。安定定数は、他のムギネ酸型植物性シデロフォアやトリスヒドロキサメート微生物性シデロフォアDFOBの安定定数に対しても回帰され、これらのシデロフォアの既知の定数も予測因子として機能することが示された。異なる微量栄養素とのPDMAの安定性を見積もることができれば、植物栄養におけるPDMAの利用可能性を予測することができ、一方、複数の金属陽イオンとの見積もりは、汚染物質浄化シナリオにおける妥当性を予測することができる。

PDMAと各種金属との結合定数