Porfyrine
Porfyrinen (in het Grieks πορφυρά, porphyrá, de purperen verfstof) zijn organische verfstoffen, die uit vier pyrrool-ringen (tetrapyrrool) bestaan en door vier methine-groepen met elkaar verbonden zijn. Het is een heterocyclisch, ringvormig macromolecuul, waarbij de pyrroolringen op de α-plaats door de methinebruggen (=CH-) met elkaar verbonden zijn. Het is daarom meer aromatisch dan de verwante corrinen, chlorinen (2,3-dihydroporfyrine) en bacteriochlorinen (2,3,12,13-tetrahydroporfyrine). Ook is het molecuul door de extensieve verbindingen chromatisch.
De eenvoudigste verbinding is porfine. Porfyrinen komen bijvoorbeeld ook voor in chlorofyl en in heemhoudende eiwitten, die cytochromen bevatten.
Porfyrinen spelen ook een rol in de menselijke stofwisseling. Enkele aandoeningen zoals porfyrie berustten op erfelijke storingen van deze stofwisseling.
Typen van porfyrinen en verwante moleculen
Porfyrinen gaan makkelijk verbindingen aan met metalen, die in de centrale holte komen te zitten. Bekend zijn ijzer- (heem), magnesium- (chlorofyl), zink-, koper-, nikkel- en kobalt- houdende porfyrinen. Een porfyrine zonder een dergelijk metaal in de centrale holte wordt een free base genoemd.
Sommige ijzerhoudende porfyrinen zijn hemen. Het bekendste voorbeeld van een Heem bevattend eiwit is het hemoglobine. Sommige schelpdieren met groengekleurd bloed hebben koper in plaats van ijzer in het porfyrine zitten.
Als een van de vier pyrrolen gereduceerd wordt tot pyrroline ontstaat een chlorine, dat als ringstructuur in chlorofyl voorkomt. Als twee van de vier pyrrolen worden gereduceerd dan ontstaat afhankelijk van de plaatsen van de gereduceerde pyrrolen of een bacteriochlorine (gevonden in sommige fotosynthetiserende bacteriën) of een isobacteriochlorine.
Praktische toepassingen van porfyrinen zijn
- meso-tetraphenylporphyrine iron-(III) chloride (ClFeTPP), dat als een katalysator in de organische chemie wordt gebruikt.
- Op porfyrine gebaseerde stoffen worden ook gebruikt voor moleculaire dataopslag, dat echter nog wel in de ontwikkelingsfase zit.
- In de inkt van ballpoints zit een afgeleide verbinding (derivaat) bestaande uit aan de pyrroolringen gebonden benzeenringen.
- Fotodynamische therapie is een behandelingswijze binnen de geneeskunde die gebaseerd is op overgevoeligheid voor licht veroorzaakt door een kunstmatig te veel van protoporfyrine IX.
Porfyrine biosynthese
Dit is een schematische weergave van de porfyrinebiosynthese, met verwijzing naar het EG-nummer en de OMIM database. Indien een afwijking is in de porfyrinebiosynthese door verminderde werking van een specifiek enzym dat betrokken is bij deze biosynthese kan dit leiden tot een aanval van porfyrie. In onderstaande tabel staan alle stappen in de biosynthese vermeld met bijbehorende enzymen alsmede de specifieke aandoeningen die kunnen optreden.
| Enzym | substraat | Product | Chromosoom | EC | OMIM | porfyrie |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ALA synthase | Glycine, succinyl CoA | D-Aminolevulinezuur | 3p21.1 | 2.3.1.37 | 125290 | Sideroblastische Anemie |
| ALA dehydratase | D-Aminolevulinicezuur | Porphobilinogen | 9q34 | 4.2.1.24 | 125270 | acute hepatitis |
| PBG deaminase | Porphobilinogen | Hydroxymethyl bilane | 11q23.3 | 2.5.1.61 | 176000 | porphyria acuta intermittens |
| Uroporphyrinogen III synthase | Hydroxymethyl bilane | Uroporphyrinogen III | 10q25.2-q26.3 | 4.2.1.75 | 606938 | congenitale erytropoëtische porfyrie |
| Uroporphyrinogen III decarboxylase | Uroporphyrinogen III | Coproporphyrinogen III | 1q34 | 4.1.1.37 | 176100 | Porphyria cutanea tarda |
| Coproporphyrinogen III oxidase | Coproporphyrinogen III | Protoporphyrinogen IX | 3q12 | 1.3.3.3 | 121300 | Hereditaire coproporfyrie |
| Protoporphyrinogen oxidase | Protoporphyrinogen IX | Protoporphyrin IX | 1q22 | 1.3.3.4 | 600923 | variabele porfyrie |
| Ferrochelatase | Protoporphyrin IX | Heem | 18q21.3 | 4.99.1.1 | 177000 | Erytropoëtische protoporfyrie |
De eerste stap in de synthese van heem is de vorming van het D-Aminolevulinezuur uit glycine en succinyl-CoA, dat in de citroenzuurcyclus gevormd wordt. Twee dALA-moleculen worden gebonden tot porfobilinogeen (PBG), dat de pyrroolring bevat. Vier PBGs vormen door deaminatie hydroxymethylbilaan (HMB) het circulaire tetrapyrrool uroporfyrinogeen III. Dit molecuul ondergaat een aantal veranderingen, waarvan door de verschillende soorten verschillende tussenproducten worden gemaakt waarna vervolgens coproporfyrinogeen wordt gemaakt. Dit wordt omgezet via protoporfyrinogeen in protoporfyrine. Als laatste stap vindt de inbouw van ijzer plaats en dit leidt tot heem.
