Протопорфирин IX — это органическое соединение , классифицируемое как порфирин , которое играет важную роль в живых организмах как предшественник других критических соединений, таких как гем ( гемоглобин ) и хлорофилл . Это твёрдое вещество тёмного цвета, не растворимое в воде. Название часто сокращается до PPIX .
Протопорфирин IX содержит порфиновое ядро, тетрапиррольный макроцикл с выраженным ароматическим характером. Протопорфирин IX по существу плоский, за исключением связей NH, которые изогнуты из плоскости колец в противоположных (транс) направлениях. [2]
Номенклатура
Общий термин протопорфирин относится к производным порфина, у которых внешние атомы водорода в четырех пиррольных кольцах заменены другими функциональными группами. Префикс прото часто означает «первый» в научной номенклатуре (например, закись углерода ), поэтому считается, что Ганс Фишер придумал название протопорфирин как первый класс порфиринов. [3] Фишер описал, как лишенный железа гем становится «прото-» порфирином, особенно в отношении порфирина Гуго Каммерера. [4] [5] В наше время «прото-» указывает на вид порфирина, содержащий метильные, винильные и карбоксиэтильные/пропионатные боковые группы. [6]
Фишер также создал систему наименования римских цифр , которая включает 15 аналогов протопорфирина, однако система наименования не является систематической. [7] Альтернативное название для гема - железный протопорфирин IX (железо PPIX). PPIX содержит четыре метильные группы −CH 3 (M), две винильные группы −CH=CH 2 (V) и две группы пропионовой кислоты −CH 2 −CH 2 −COOH (P). Суффикс "IX" указывает на то, что эти цепи встречаются в круговом порядке MV-MV-MP-PM вокруг внешнего цикла в следующих соответствующих положениях: c2,c3-c7,c8-c12,c13-c17,c18. [7]
Метиновые мостики PPIX называются альфа (c5), бета (c10), гамма (c15) и дельта (c20). В контексте гема метаболическая биотрансформация гемовой оксигеназой приводит к селективному открытию альфа-метинового мостика с образованием биливердина / билирубина . В этом случае полученный билин несет суффикс IXα, который указывает на то, что исходная молекула была протопорфирином IX, расщепленным в альфа-положении. Неферментативное окисление может привести к открытию кольца в других положениях мостика. [8] Использование греческих букв в этом контексте берет свое начало в пионерской работе Георга Баркана в 1932 году. [9]
Характеристики
При воздействии на соединение ультрафиолетового света оно флуоресцирует ярко-красным цветом.
Это также компонент яичной скорлупы, который придает ей характерный коричневый цвет. [10]
Естественное явление
Соединение встречается в природе в виде комплексов , в которых два внутренних атома водорода замещены двухвалентным катионом металла . При комплексообразовании с катионом железа (II) (железа) Fe 2+ молекула называется гемом . Гемы являются простетическими группами в некоторых важных белках. К таким гемсодержащим белкам относятся гемоглобин, миоглобин и цитохром c . Комплексы могут также образовываться с другими ионами металлов, такими как цинк . [11]
Протопорфирин IX является важным предшественником биологически важных простетических групп, таких как гем, цитохром c и хлорофиллы. В результате, ряд организмов способны синтезировать этот тетрапиррол из основных предшественников, таких как глицин и сукцинил-КоА , или глутаминовая кислота . Несмотря на широкий спектр организмов, которые синтезируют протопорфирин IX, этот процесс в значительной степени сохраняется от бактерий до млекопитающих с несколькими явными исключениями у высших растений. [12] [13] [14]
В биосинтезе этих молекул катион металла вставляется в протопорфирин IX ферментами, называемыми хелатазы . Например, феррохелатаза преобразует соединение в гем B (т. е. Fe-протопорфирин IX или протогем IX). В биосинтезе хлорофилла фермент магниевая хелатаза преобразует его в Mg-протопорфирин IX.
Описаны производные металлопротопорфирина IX
Протопорфирин IX реагирует с солями железа на воздухе, образуя комплекс FeCl(PPIX). [15] Гем, координированный с хлором, известен как гемин. Многие металлы, отличные от Fe, образуют гем -подобные комплексы при координации с PPIX. Особый интерес представляют производные кобальта , поскольку они также выполняют функции переносчиков кислорода. [16] Другие металлы — никель, олово, хром — были исследованы на предмет их терапевтической ценности. [17]
Палепрон – это динатриевая соль протопорфирина IX. [18]
История
Лейдлоу, возможно, впервые выделил PPIX в 1904 году. [5]
Клиническое значение
Флуоресценция протопорфирина IX при введении 5-АЛК используется в хирургии глиобластомы под контролем флуоресценции . [19] [20]
^ Уинслоу С. Коги; Джеймс А. Айберс (1977). «Кристаллическая и молекулярная структура свободного основания порфирина, диметилового эфира протопорфирина IX». J. Am. Chem. Soc . 99 (20): 6639–6645. doi :10.1021/ja00462a027. PMID 19518.
^ Висенте, Мария да GH; Смит, Кевин М. (2014). «Синтезы и функционализации макроциклов порфиринов». Current Organic Synthesis . 11 (1): 3–28. doi :10.2174/15701794113106660083. ISSN 1570-1794. PMC 4251786. PMID 25484638 .
^ Фишер, Ганс (1930). «О гемине и отношениях между гемином и хлорофиллом» (PDF) . Нобелевская премия .
^ ab With, Torben K. (1980-01-01). "Краткая история порфиринов и порфирий". International Journal of Biochemistry . 11 (3–4): 189–200. doi :10.1016/0020-711X(80)90219-0. ISSN 0020-711X. PMID 6993245.
^ Невес, Ана Каролина де Оливейра; Гальван, Исмаэль (2020). «Модели человеческих порфирий: были ли упущены из виду животные в дикой природе?». BioEssays . 42 (12): 2000155. doi :10.1002/bies.202000155. ISSN 1521-1878. PMID 33155299. S2CID 226269267.
^ ab Moss, GP (1988-12-15). "Номенклатура тетрапирролов. Рекомендации 1986 IUPAC-IUB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN)". European Journal of Biochemistry . 178 (2): 277–328. doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14453.x . ISSN 0014-2956. PMID 3208761.
^ Берк, Пол Д.; Берлин, Натанаэль И. (1977). Международный симпозиум по химии и физиологии желчных пигментов. Министерство здравоохранения, образования и социального обеспечения США, Служба общественного здравоохранения, Национальные институты здравоохранения.
^ Sachar, M.; Anderson, KE; Ma, X. (2016). «Протопорфирин IX: хороший, плохой и злой». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 356 (2): 267–275. doi : 10.1124/jpet.115.228130 . PMC 4727154. PMID 26588930 .
^ ab Пол Р. Ортис де Монтельяно (2008). «Гемы в биологии». Энциклопедия химической биологии Wiley . John Wiley & Sons. стр. 1–10. doi :10.1002/9780470048672.wecb221. ISBN978-0-470-04867-2.
^ AR Battersby; CJR Fookes; GWJ Matcham; E. McDonald (1980). «Биосинтез пигментов жизни: формирование макроцикла». Nature . 285 (5759): 17–21. Bibcode :1980Natur.285...17B. doi : 10.1038/285017a0 . PMID 6769048. S2CID 9070849.
^ G. Layer; J. Reichelt; D. Jahn; DW Heinz (2010). «Структура и функция ферментов в биосинтезе гема». Protein Science . 19 (6): 1137–1161. doi :10.1002/pro.405. PMC 2895239 . PMID 20506125.
^ Чанг, CK; Динелло, RK; Долфин, Д. (2007). «Железные порфины». Неорганические синтезы . Том 20. С. 147–155. doi :10.1002/9780470132517.ch35. ISBN978-0-470-13251-7.
^ Диас, Силвио Л.П.; Гушикем, Йошитака; Рибейро, Эмерсон С.; Бенвенутти, Эдилсон В. (2002). «Комплексы кобальта(II) с гематопорфирином IX и протопорфирином IX, иммобилизованные на высокодисперсном оксиде титана(IV) на поверхности микроволокна целлюлозы: исследование электрохимических свойств и восстановления растворенного кислорода». Журнал электроаналитической химии . 523 (1–2): 64–69. doi :10.1016/S0022-0728(02)00722-2.
^ Верман, Хендрик Дж.; Экстранд, Брэдли К.; Стивенсон, Дэвид К. (1993). «Выбор ингибиторов металлопорфириновой гем-оксигеназы на основе активности и фотореактивности». Pediatric Research . 33 (2): 195–200. doi : 10.1203/00006450-199302000-00021 . PMID 8433895. S2CID 9223457.
