17. Porfiryny i pochodne.pdf

17. PORFIRYNY I POCHODNE

Iwona ś ak

, atom

azotu o hybrydyzacji sp 2 dostarcza woln ą par ę elektronow ą , czyli dwa). Wolna pa-

ra elektronowa atomu azotu w pirolu jest mniej reaktywna poniewa Ŝ jest cz ęś ci ą

sekstetu aromatycznego. W wyniku tego pirol jest znacznie mniej zasadowy i mniej

nukleofilowy ni Ŝ aminy alifatyczne. Atomy w ę gla pirolu natomiast s ą „bogatsze”

w elektrony i bardziej nukleofilowe ni Ŝ atomy w ę gla jedynego wi ą zania podwój-

nego jakiego ś zwi ą zku, dlatego pier ś cie ń pirolowy jest reaktywniejszy wobec elek-

trofili.

Pirol mo Ŝ na otrzyma ć w wyniku działania na furan amoniakiem w obecno ś ci

tlenku glinu jako katalizatora i w temperaturze 400 ° C.

W organizmie pirol powstaje w postaci porfobilinogenu, który jest produk-

tem reakcji kondensacji dwóch cz ą steczek kwasu

-aminolewulinowego (na poni Ŝ -

-aminolewulinianu w obr ę bie porfobilinoge-

nu, zaznaczono poprzez wykropkowanie). Reakcj ę katalizuje syntaza porfobilino-

genowa.

III

pirol

porfina

porfobilinogen

297

w cyklicznym sprz ęŜ onym układzie nakładaj ą -

cych si ę pi ę ciu orbitali p (ka Ŝ dy z czterech atomów C dostarcza 1 elektron

Porfiryny s ą makrocyklicznymi zwi ą zkami, utworzonymi z czterech pier-

ś cieni pirolowych, poł ą czonych jednow ę glowymi mostkami metinowymi.

Pirol jest pi ę cioczłonowym, heterocyklicznym zwi ą zkiem aromatycznym,

który zawiera sze ść elektronów

szym rysunku pojedyncze cz ą steczki

Wszystkie porfiryny zawieraj ą makrocykliczny układ zwany porfin ą , który

nie wyst ę puje w przyrodzie w stanie wolnym, lecz analogi porfiny z podstawiony-

mi ła ń cuchami bocznymi (do pier ś cieni pirolowych) s ą zwi ą zkami bardzo istotny-

mi dla procesów Ŝ yciowych. Typowymi przedstawicielami s ą hemy i chlorofile.

Rodzaj ła ń cuchów bocznych w porfirynach mo Ŝ e by ć ró Ŝ ny, zwykle wyst ę puj ą

podstawniki zarówno o krótszym, jak i dłu Ŝ szym ła ń cuchu alifatycznym.

Typowe podstawniki boczne porfiryn

CH 2 COO -

CH 3

CH 2

CH 2 COO -

CH CH 2

Struktur ę porfiryn mo Ŝ na przedstawia ć za pomoc ą uproszczonych wzorów

Fischera. Cyfry rzymskie oznaczaj ą numer pier ś cienia pirolowego, natomiast arab-

skie numery atomów w ę gli pier ś cieni pirolowych, do których przył ą czone s ą pod-

stawniki (ła ń cuchy alifatyczne).

III

6 5

uproszczony wzór Fischera porfiryny

Rozmieszczenie podstawników bocznych jest podstaw ą istnienia porfiryn

w czterech typach izomerycznych (typ I symetryczny i typy II, III, IV – asyme-

tryczne).

Biologicznie wa Ŝ ne izomeryczne typy porfiryn

typ I symetryczny

typ III asymetryczny

298

Asymetryczne rozmieszczenie podstawników w typie III porfiryn wyst ę puje

we wszystkich biologicznie wa Ŝ nych porfirynach. Tego typu porfiryny okre ś lane

s ą te Ŝ jako porfiryny IX, wynika to z faktu, Ŝ e wykryto je jako dziewi ą t ą form ę

izomeryczn ą .

Symetryczne rozmieszczenie podstawników w typie I porfiryn wyst ę puje

tylko w tych, które powstaj ą w warunkach patologicznych, np. we wrodzonej porfi-

rii erytropoetycznej.

Asymetryczne typy II i III porfiryn otrzymano jedynie syntetycznie i nie ma-

j ą Ŝ adnego znaczenia biologicznego, dlatego nie zostały przedstawione ich wzory.

Cz ą steczki porfiryn s ą płaskie, bardzo trwałe i silnie zabarwione. Tworz ą

kompleksy z jonami metali ( Ŝ elaza lub magnezu) umiejscowionymi w ś rodku

struktury cz ą steczki porfiryny, dzi ę ki temu, Ŝ e jony metali przejmuj ą pary elektro-

nowe od atomów azotu piroli. Porfiryny pochłaniaj ą ś wiatło i posiadaj ą charaktery-

styczne widma absorpcyjne zarówno w cz ęś ci widzialnej, jak i nadfioletowej.

Wszystkie porfiryny, niezale Ŝ nie od rodzaju posiadanych podstawników

bocznych, wykazuj ą maksimum absorpcji przy długo ś ci fali około 400 nm, pasmo

to okre ś lane jest mianem pasma Soreta.

widmo absorpcyjne porfiryn

Roztwory porfiryn po na ś wietleniu ś wiatłem nadfioletowym wykazuj ą siln ą ,

charakterystyczn ą czerwon ą fluorescencj ę , któr ą wykorzystuje si ę do wykrywania

nawet ś ladowych ilo ś ci wolnych porfiryn. Z punktu widzenia diagnostyki klinicz-

nej wa Ŝ ne jest wykrywanie w materiale biologicznym obecno ś ci uroporfiryn i ko-

proporfiryn, poniewa Ŝ zwi ą zki te w zwi ę kszonych ilo ś ciach wydalane s ą z organi-

zmu w przypadku stanu patologicznego, zwanego porfiri ą .

Uroporfiryna i koproporfiryna s ą metabolitami po ś rednimi szlaku biosynte-

tycznego hemu. Barwna uroporfiryna III powstaje w cytoplazmie z bezbarwnego

299

uroporfirynogenu III pod wpływem ś wiatła w reakcji samoutlenienia, tworz ą cej

mostki metinowe w tej porfirynie.

COO -

CH 2

- OOC

CH 2

CH 2 CH 2

COO -

- OOC

COO -

- OOC

H 2 C

CH 2

6H +

H 2 C

CH 2

na świetle

H 2 C

CH 2

samoutlenienie

H 2 C

CH 2

H 2 C

- OOC

H 2 C

CH 2

COO -

III

- OOC

COO -

CH 2

COO -

CH 2

COO -

CH 2

COO -

uroporfirynogen III

uroporfiryna III

W podobnej reakcji powstaje barwna koproporfiryna III z bezbarwnego ko-

proporfirynogenu III.

COO -

CH 2

CH 3

CH 2

CH 3 CH 2

H 3 C

CH 3

6H +

H 3 C

CH 3

na świetle

H 2 C

CH 2

samoutlenienie

H 2 C

CH 2

H 2 C

- OOC

H 2 C

CH 2

COO -

CH 2

COO -

III

- OOC

CH 2

COO -

CH 3

CH 2

CH 3

CH 2

COO -

koproporfirynogen III

koproporfiryna III

Uroporfirynogen III jest wspólnym prekursorem dla wszystkich hemów,

chlorofili oraz witaminy B 12 .

300

Uroporfiryn ę III wykryto pierwotnie w moczu, lecz nie jest to jedyne miej-

sce jej wyst ę powania w organizmie. Koproporfiryn ę III stwierdzono pierwotnie

w kale, obecna jest równie Ŝ w moczu.

Koproporfirynogen III powstaje z uroporfirynogenu III w cytoplazmie ko-

mórki w reakcji dekarboksylacji, która przekształca wszystkie boczne podstawniki

acetylowe uroporfirynogenu w podstawniki metylowe koproporfirynogenu. W sta-

nach patologicznych pojawiaj ą si ę uroporfiryna I i koproporfiryna I, które powstaj ą

na tych samych zasadach, jak ich fizjologiczne izomery typu III.

Koproporfirynogen III w mitochondriach przekształcany jest w protoporfi-

rynogen III w reakcji oksydacyjnej dekarboksylacji, przekształcaj ą cej dwie grupy

propylowe pier ś cieni pirolowych (I i II) w grupy winylowe. Reakcj ę katalizuje

oksydaza koproporfirynowa, która mo Ŝ e działa ć wył ą cznie na koproporfirynogen

III, fakt ten wyja ś nia zupełny brak w materiale biologicznym protoporfirynogenu I

i protoporfiryny I.

Barwna protoporfiryna III powstaje w mitochondriach z bezbarwnego proto-

porfirynogenu III w enzymatycznej reakcji utlenienia, tworz ą cej mostki metinowe

w tej porfirynie.

CH 3

CH 2

CH 3

CH 3 CH

H 3 C

CH 3

6H +

H 3 C

CH 3

utlenienie

oksydaza

protoporfirynogenowa

H 2 C

- OOC

H 2 C

CH 2

III

- OOC

CH 2

COO -

CH 3

CH 2

CH 3

CH 2

COO -

protoporfirynogen III

protoporfiryna III (lub IX)

Wstawienie do cz ą steczki protoporfiryny IX centralnego jonu metalu, mia-

nowicie Ŝ elaza lub magnezu, determinuje dalsze przekształcenie porfiryny albo

w kierunku hemu, albo chlorofili. Dalsze modyfikacje prowadz ą ce do chlorofili po-

legaj ą na doł ą czeniu pi ą tego pier ś cienia pirolowego, poł ą czeniu jednego podstaw-

nika bocznego z długim hydrofobowym izoprenoidem, cz ą steczk ą fitolu oraz

usuni ę ciu pewnych wi ą za ń podwójnych w niektórych pier ś cieniach pirolowych.

301

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: