פורפירין
פעולות נוספות
פּוֹרְפִירִינִים הם תרכובות אורגניות הטרוציקליות מאקרוציקליות (אנ') (בעלות טבעות עם מספר אטומים רב), המורכבות מארבע תת־יחידות פירול מותמרות, המחוברות באטומי הפחמן אלפא שלהן באמצעות גשרי מתין (אנ') (=CH−). בבעלי חוליות, חבר חיוני בקבוצת הפורפירינים הוא ההם, המהווה מרכיב בהמופרוטאינים (אנ'), שתפקידיהם כוללים נשיאת חמצן במחזור הדם. בצמחים, נגזרת פורפירין חיונית היא הכלורופיל, המעורב בקליטת אור (אנ') ובהעברת אלקטרונים בפוטוסינתזה.
תרכובת האב של הפורפירינים היא פורפין (אנ'), תרכובת כימית נדירה בעלת עניין תאורטי בלבד. פורפינים מותמרים נקראים פורפירינים.[1] עם סך של 26 אלקטרוני פאי, מבנה טבעת הפורפירין הוא מערכת ארומטית קואורדינטיבית.[2] תוצאה אחת של המערכת המצומדת הגדולה היא שפורפירינים בולעים בחוזקה בתחום הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי, כלומר הם בעלי צבע עמוק. השם "פורפירין" נגזר מיוונית πορφύρα (פורפירה), 'סגול'.[3]
מבנה עריכה
קומפלקסים של פורפירין מורכבים מליבת MN4 ריבועית מישורית. ההיקף של הפורפירינים, המורכב מפחמנים בהכלאת sp2, מציג בדרך כלל סטיות קטנות ממישוריות. פורפירינים "מרופטים" (ruffled) או בעלי צורת אוכף מיוחסים לאינטראקציות של המערכת עם סביבתה.[4] בנוסף, המתכת אינה ממוקמת לרוב במרכז מישור ה-N4.[5] עבור פורפירינים חופשיים, שני פרוטוני הפירול נמצאים בטראנס הדדי ובולטים מחוץ למישור ה-N4.[6] עיוותים לא-מישוריים אלה מקושרים לתכונות כימיות ופיזיקליות משתנות. טבעות כלורופיל הן באופן מובהק יותר לא-מישוריות, אך הן רוויות יותר מפורפירינים.[7]
קומפלקסים של פורפירינים עריכה
במקביל לעקירת שני פרוטוני N-H, פורפירינים קושרים יוני מתכת ב"כיס" ה-N4. ליון המתכת יש בדרך כלל מטען של 2+ או 3+. משוואה סכמטית לסינתזות אלה מוצגת להלן, כאשר M = יון מתכת ו-L = ליגנד:
- H2porphyrin + [MLn]2+ → M(porphyrinate)Ln−4 + 4 L + 2 H+
- פורפירינים מייצגים ונגזרותיהם
-
אוקטה-אתיל-פורפירין (אנ') (H2OEP) הוא אנלוג סינתטי של פרוטופורפירין IX. בניגוד לליגנדי הפורפירין הטבעיים, OEP2− הוא סימטרי במידה רבה.
-
טטרה-פניל-פורפירין (אנ') (H2TPP) הוא אנלוג סינתטי נוסף של פרוטופורפירין IX. בניגוד לליגנדי הפורפירין הטבעיים, TPP2− הוא סימטרי במידה רבה. הבדל נוסף הוא שמרכזי המתין (אנ') שלו תפוסים על ידי קבוצות פניל.
-
מבט מופשט על הם, קומפלקס של פרוטופורפירין IX.
-
ננו-טבעת של 40 מולקולות פורפירין, מודל.
-
ננו-טבעת של 40 מולקולות פורפירין, תמונת STM.
פורפירינים עתיקים עריכה
גאופורפירין, הידוע גם כפטרופורפירין, הוא פורפירין ממקור גאולוגי.[8] הם עשויים להימצא בנפט גולמי, פצלי שמן, פחם או סלעי משקע.[8][9] אבלסוניט (אנ') הוא כנראה המינרל הגאופורפיריני היחיד, שכן נדיר שפורפירינים מופיעים בנפרד ויוצרים גבישים.[10]
ראשיתו של תחום הגאוכימיה האורגנית (אנ') במיצוי פורפירינים מנפט. ממצאים אלה סייעו לבסס את המקורות הביולוגיים של הנפט.[11] נפט לעיתים "מזוהה" (fingerprinted) על ידי אנליזה של כמויות קורט של פורפיריני ניקל וונאדיל (אנ'). מטלופורפירינים באופן כללי הם תרכובות אורגניות יציבות מאוד, והמבנים המפורטים של הנגזרות שמוצו הבהירו שמקורם בכלורופיל.
ביוסינתזה עריכה
באאוקריוטים שאינם מבצעי פוטוסינתזה כגון בעלי חיים, חרקים, פטריות ופרוטוזואה, כמו גם בקבוצת החיידקים אלפא-פרוטאובקטריה (אנ'), השלב המחייב (אנ') לביוסינתזה (אנ') של פורפירין הוא יצירת חומצה דלתא-אמינו-לבולינית (אנ') (δ-ALA, 5-ALA או dALA) על ידי התגובה של חומצת האמינו גליצין עם סוקציניל-CoA (אנ') ממעגל קרבס. בצמחים, אצות, חיידקים (למעט קבוצת האלפא-פרוטאובקטריה) וארכאונים, הוא מיוצר מחומצה גלוטמית דרך גלוטמיל-tRNA וגלוטמט-1-סמיאלדהיד (אנ'). האנזימים המעורבים במסלול זה הם גלוטמיל-tRNA סינתטאז (אנ'), גלוטמיל-tRNA רדוקטאז (אנ'), וגלוטמט-1-סמיאלדהיד 2,1-אמינומוטאז (אנ'). מסלול זה ידוע כמסלול ה-C5 או מסלול ביל (Beale).
לאחר מכן, שתי מולקולות של dALA משולבות על ידי פורפובילינוגן סינתאז (אנ') לקבלת פורפובילינוגן (PBG), המכיל טבעת פירול. ארבע מולקולות PBG משולבות לאחר מכן באמצעות דיאמינציה להידרוקסי-מתיל-בילן (אנ') (HMB), שעובר הידרוליזה ליצירת הטטרה-פירול הטבעתי אורופורפירינוגן III (אנ'). מולקולה זו עוברת מספר שינויים נוספים. תוצרי ביניים משמשים במינים שונים ליצירת חומרים מסוימים, אך בבני אדם, התוצר הסופי העיקרי פרוטופורפירין IX (אנ') משולב עם ברזל ליצירת הם. פיגמנטי מרה (אנ') הם תוצרי הפירוק של ההם.
הסכמה שלהלן מסכמת את הביוסינתזה של פורפירינים, עם הפניות לפי מספר EC (אנ') ומסד הנתונים OMIM. הפורפיריה המקושרת למחסור בכל אנזים מוצגת גם היא:
סינתזה במעבדה עריכה
סינתזה נפוצה לפורפירינים היא תגובת רותמונד (אנ'), שדווחה לראשונה ב-1936, שהיא גם הבסיס לשיטות חדשות יותר שתוארו על ידי אדלר ולונגו (Adler and Longo).[12][13] הסכמה הכללית היא תהליך של תגובת דחיסה וחמצון המתחיל מפירול ואלדהיד.
יישומים פוטנציאליים עריכה
טיפול פוטודינמי עריכה
פורפירינים הוערכו בהקשר של טיפול פוטודינמי (PDT) מכיוון שהם בולעים אור בחוזקה, אשר מומר לאחר מכן לחום באזורים המוארים. טכניקה זו יושמה בניוון מקולרי באמצעות ורטפורפין (אנ').[14]
PDT נחשב לטיפול לא פולשני בסרטן, המערב אינטראקציה בין אור בתדירות מסוימת, פוטו-סנסיטייזר (חומר מעורר רגישות לאור), וחמצן. אינטראקציה זו מביאה ליצירת צורוני חמצן פעילים (אנ') (ROS) בעלי תגובתיות גבוהה, בדרך כלל חמצן סינגלט (אנ'), כמו גם אניון סופראוקסיד, רדיקל הידרוקסיל חופשי, או מי חמצן.[15] צורוני חמצן פעילים אלו מגיבים עם ביומולקולות אורגניות תאיות רגישות כגון ליפידים, חומצות אמינו ארומטיות, ובסיסים הטרוציקליים של חומצת גרעין, כדי לייצר רדיקלים מחמצנים הפוגעים בתא, ועשויים להשרות אפופטוזיס או אפילו נמק.[16]
אלקטרוניקה מולקולרית וחיישנים עריכה
תרכובות מבוססות-פורפירין מעוררות עניין כרכיבים אפשריים של אלקטרוניקה מולקולרית (אנ') ופוטוניקה.[17] צבעני פורפירין סינתטיים שולבו באבות-טיפוס של תאים סולאריים מרוגשי צבע (DSSC).[18][19]
יישומים ביולוגיים עריכה
פורפירינים נחקרו כתכשירים נוגדי דלקת אפשריים[20] והוערכו על פעילותם האנטי-סרטנית והנוגדת החמצון.[21] נמצא כי מספר מצומדי פורפירין-פפטיד הם בעלי פעילות אנטי-ויראלית נגד HIV בתנאי מעבדה (in vitro).[22]
טוקסיקולוגיה עריכה
הביוסינתזה של הם משמשת כסמן ביולוגי (אנ') במחקרי טוקסיקולוגיה סביבתית. בעוד שייצור עודף של פורפירינים מצביע על חשיפה לאורגנו-כלור (אנ'), עופרת מעכבת את האנזים ALA דהידראטאז (אנ').
גלריה עריכה
-
מבנה לואיס של מסו-טטרה-פניל-פורפירין
-
פורפירין משופעל-אור. חמצן חד-אטומי. הזדקנות תאית.
תרכובות קשורות עריכה
בטבע עריכה
מספר תרכובות הטרוציקליות הקשורות לפורפירינים נמצאות בטבע, כמעט תמיד קשורות ליוני מתכת. אלה כוללות:
| מאקרוציקלוס N4 | שם הקופקטור | מתכת | הערה |
|---|---|---|---|
| כלורין (אנ') | כלורופיל | מגנזיום | קיימות מספר גרסאות של כלורופיל (שייר צדדי; היוצא מן הכלל הוא כלורופיל c (אנ')) |
| בקטריוכלורין | בקטריוכלורופיל (אנ') (בחלקו) | מגנזיום | קיימות מספר גרסאות של בקטריוכלורופיל (שייר צדדי; חלקן משתמשות בטבעת כלורין רגילה) |
| סירוהידרוכלורין (אנ') (איזובקטריוכלורין) | סירוהם (אנ')Y | ברזל | קופקטור חשוב בהטמעת גופרית |
| תוצר ביניים ביוסינתטי בדרך לקופקטור F430 ו-B12 | |||
| קורין (אנ') | ויטמין B12 | קובלט | קיימות מספר גרסאות של B12 (שייר צדדי) |
| קורפין | קופקטור F430 (אנ') | ניקל | מאקרוציקלוס (אנ') מחוזר מאוד |
סינתטיים עריכה
בנזופורפירין הוא פורפירין בעל טבעת בנזן מאוחה לאחת מיחידות הפירול. לדוגמה, ורטפורפין (אנ') הוא נגזרת של בנזופורפירין.
איזומרים לא-טבעיים של פורפירין עריכה
איזומר הפורפירין הסינתטי הראשון דווח על ידי עמנואל פוגל (Emanuel Vogel) ועמיתיו ב-1986. איזומר זה, [18]פורפירין-(2.0.2.0), מכונה פורפיצן, וחלל ה-N4 המרכזי יוצר צורת מלבן כפי שמוצג באיור. פורפיצנים הראו התנהגות פוטופיזיקלית מעניינת ונמצאו כתרכובות רב-גוניות עבור טיפול פוטודינמי. תוצאה זו לוותה בהכנת [18]פורפירין-(2.1.0.1), שנקרא קורפיצן (corrphycene) או פורפיצרין (porphycerin). פורפירינים לא-טבעיים אחרים כוללים [18]פורפירין-(2.1.1.0) ו-[18]פורפירין-(3.0.1.0) או איזופורפיצן (isoporphycene). פורפירינים N-confused ("פורפירינים מבולבלים") מתאפיינים באחת מתת-יחידות הפירול כאשר אטומי החנקן פונים החוצה מליבת המאקרוציקלוס.[23]
קישורים חיצוניים עריכה
- פורפירין, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
הערות שוליים עריכה
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ 1 2 שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ Kvenvolden, Keith A. (2006). "Organic geochemistry – A retrospective of its first 70 years". Organic Geochemistry. 37: 1–11. doi:10.1016/j.orggeochem.2005.09.001
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).