Porfin vázas vegyületek (PRFIRIEK)
Az élő szervezetekre jellemző kémiai átalakulások két kiemelkedő fontosságú folyamata a porfinvázas vegyületekhez kapcsolódik. Az egyik a zöld növények széndioxid-asszimilációja, a másik az állati szervezetekben végbemenő biológiai oxidáció. A zöld növényekben a szerves anyagok képződése a klorofill (levélzöld) fényabszorpciója során, azaz a ap sugárzó energiájának a felhasználásával megy végbe. A biológiai oxidáció folyamán a gerincesek vörös vérsejtjeiben lévő hemoglobin a légzőszervekben megköti a levegő oxigénjét és elszállítja a vérárammal a sejtekhez, ahol biológiai égés zajlik. A gerinctelen szervezetekben az oxigén felvételét és szállítását az eritrokruorinok végzik. Az oxigén megkötésére és továbbítására a gerincesek és gerinctelenek izomsejtjeiben egyaránt előforduló mioglobin is képes. A biológiai oxidációt lezáró terminális oxidációban a citokrómok játszanak fontos szerepet, melyek minden aerob szervezetben megtalálhatók. Ugyancsak minden szervezetben előfordul a kataláz és peroxidáz enzim, az előbbi az oxidációs folyamatokban képződő és a szervezetre káros hidrogénperoxid bomlását segíti, az utóbbi az aminok és fenolok oxidációját katalizálja. A fentiekben felsorolt életfontosságú anyagok valamennyien porfinvázat tartalmaznak. A klorofill kivételével olyan összetett fehérjék (kromoproteidek), amelyekben a molekula nemfehérje jellegű része (prosztetikus csoportja) a porfinváz.
A porfinváz és hasonló gyűrűrendszerek A porfinváz olyan makrociklusos rendszer, melyben négy pirrol kapcsolódik össze. A klorofill esetében az egyik pirrol gyűrű részlegesen telített, így 7,8-dihidro-porfinváz építi fel, amit klorinváznak nevezünk. A porfinvázas vegyületek oxidatív lebomlásának a termékei az epefestékek, melyek a bélrendszeren keresztül ürülnek ki a szervezetből. Ugyancsak emlékeztet a porfinvázra az élettanilag igen fontos B 12 -vitamin, melyben korrinváz található. porfin klorin korrin hem klorofill B 12 vitamin hemoglobin mioglobin A porfin 26 p-elektronja kielégíti a ückel-szabályt (4n + 2), tehát aromás vegyületnek tekinthető.
A porfin A porfin nagyon stabil sötétvörös kristályos vegyület, mely 360 -ig hevítve sem olvad meg. Két tautomer formában létezik, melyek nem különíthetők el egymástól, mivel az izomerek gyorsan és folyamatosan egymásba alakulnak. porfin izoporfin A porfin stabilitása jól értelmezhető szerkezetével, ugyanis a molekula koplanáris, melyben a kettős kötések folytonos konjugációban vannak. A porfin 26 p-elektronja kielégíti a ückelszabályt, tehát aromás vegyületnek tekinthető. A molekulában két savas és két bázikus nitrogén található és ennek megfelelően savban és lúgban egyaránt oldható. A vegyületből képzett kation vagy anion töltései egyenletesen oszlanak el mind a négy nitrogénatomon.
A porfin fémekkel stabil sókat képez, a vas(ii)-sóit hemeknek, a vas(iii)-sóit pedig hemineknek nevezzük. Ezek a vegyületek az ionos szerkezetű, koordinatíve telítetlen vaskomplexsók csoportjába tartoznak. oxidáció Fe II Fe III + l l hem hemin
em The heme group is present in oxygen-transporting proteins (myoglobin, hemoglobin), and in the cytochromes, that participate in oxidation-reduction (electron-transfer) reactions. The iron atom of heme has six coordination bonds: four in the plane of, and bonded to, the flat porphyrin ring system, and two perpen-dicular to it.
A hem a mioglobinban A mioglobin a gerincesek izomszövetében találha tó oxigénkötő fehérje, szerepe az izmok oxigénnel való ellátása hosszabb terhelés esetén. Az általa megkötött vasion miatt színe vörös, ez adja a hús színét. A sokáig víz alatt tartózkodó tengeri emlősök (bálnák, fókák) izmai különösen gazdagok mioglobinban. A mioglobin egyetlen polipeptidláncból álló, kis globuláris protein. A mioglobin elsősorban tárolja az oxigént
A hemoglobin A hemoglobin a gerincesek vörös vérsejtjeiben lévő összetett fehérje (kromoproteid). xigénszállító szerepét régen felismerték és már 1862-ben kristályosan el is tudták különíteni. A hemoglobin fehérjementes része egy szubsztituált porfinvázas vegyület a porfirin vas(ii)-komplexe. A hem totálszintézisét és ezzel szerkezetének felderítését. Fischer (1929) valósította meg. A fehérjerész hisztidin nitrogénje a porfinváz síkjára merőleges irányból koordinatíve kapcsolódik a központi vas(ii)-atomhoz. Ezzel ellentétes oldalról a vas(ii)-atom egy oxigénmolekulát képes megkötni. Az oxigéntartalmú fehérjét oxihemoglobinnak nevezzük. 2 3 kordinatíve kötött oxigén 2 2 2 Fe II 3 2 2 fehérje Fe a hem síkja a fehérje hisztidin része a hemoglobin hemje az oxihemoglobin szerkezete A közel 68000 molekulatömegű globuláris fehérjében négy 17000 molekulatömegű kromoproteid egység kapcsolódik össze. A négy alegységet aminosavsorrendje alapján kétkét azonos polipeptidlánc ( - és -lánc) építi fel és mindegyikhez kapcsolódik hem.
Epefestékek hemoglobin hemje Az epefestékek szerkezetileg és genetikusan szorosan összefüggnek a purinvázas vegyületekkel. A hemoglobin hemjének természetes lebomlási termékei, melyek vasmentesek és már nem tartalmaznak porfinvázat. Az oxidatív lebomlás főként a májban megy végbe. A hemoglobin hemjéből először biliverdin képződik, ami enzimes redukcióval bilirubinná alakul. A bilirubin tovább bomlik egyéb pirrolvázas vegyületekké, majd kiürül a szervezetből. biológiai oxidáció 2 2 2 3 2 2 3 biliverdin redukció 2 2 2 3 2 2 3 2 bilirubin 2 2
A klorofill A klorofill a ap sugárzó energiáját abszorbeálja és közvetíti a növényi sejtek energiát igénylő szintetikus folyamatai számára. A klorofill viaszállományú, rendkívül érzékeny vegyület, ami már enyhe behatásra (levegő, fény, savak, lúgok stb.) is irreverzibilis változást mutat. A klorofillt Willstätter (1904-1913) különítette el először tisztán és megállapította, hogy két hasonló szerkezetű anyag keveréke. A két vegyület, a klorofill-a és a klorofill-b csak a 3- helyzetű szénatom szubsztituensében különböznek. A 7,8-dihidro-porfinváz komplex kötésű magnéziumot tartalmaz. A gyűrű oldalláncában lévő egyik karboxilcsoportot egy diterpénalkohol, a fitil-alkohol észteresíti. 2 2 2 Mg R 3 3 2 3 3 fitil-csoport 3 3 3 2 3 klorofill-a (R= 3 ) klorofill-b (R=) klforoill a: 3 klorofill-b:
A B 12 -vitamin hiánya vészes vérszegénységet okoz. A betegség kezelésére korábban máj kivonatot használtak, de a tiszta hatóanyagot a sztreptomicin gyártás során visszamaradó anyalúgból izolálták (Folkers, 1948). A B 12 -vitamin sötétvörös kristályos vegyület, optikailag aktív vizes oldata balra forgató. Szerkezetét röntgendiffrakciós módszerekkel 1957-ben tisztázták, amit 1971-ben totálszintézissel igazoltak (Woodward, 1971). A B 12 -vitamint szerkezete alapján cianokobalaminnak nevezték el. A korrinvázas vegyület középpontjában kobalt(iii)-atom található, ami a gyűrű nitrogénjeihez egy kovalens és három koordinatív kötéssel kapcsolódik. A korrinváz nem teljesen síkalkatú, mivel a folytonos konjugáció csak 13 atomra terjed ki. A kobaltatomhoz a négy nitrogénatom síkjára merőlegesen felülről egy ciáncsoport kapcsolódik kovalens kötéssel, alulról pedig a benzimidazolgyűrű nitrogénjével létesít koordinatív kötést. 2 2 2 2 2 2 2 2 3 A B 12 -vitamin 2 2 P 2 3 3 2 2 o 3 2 2 3 3 2 2 2 B 12 -vitamin (cianokobalamin) A B 12 -vitamin biológiailag aktív formájában a ciáncsoport helyett adenozintrifosztát kapcsolódik a kobaltatomhoz. 3 3 2