La protoporfirina IX es un compuesto orgánico , clasificado como una porfirina , que desempeña un papel importante en los organismos vivos como precursor de otros compuestos críticos como el hemo ( hemoglobina ) y la clorofila . Es un sólido de color intenso que no es soluble en agua. El nombre suele abreviarse como PPIX .
La protoporfirina IX contiene un núcleo de porfina , un macrociclo tetrapirrólico con un marcado carácter aromático . La protoporfirina IX es esencialmente plana, excepto por los enlaces NH que están doblados fuera del plano de los anillos, en direcciones opuestas (trans). [2]
Nomenclatura
El término general protoporfirina se refiere a los derivados de la porfirina que tienen los átomos de hidrógeno externos en los cuatro anillos de pirrol reemplazados por otros grupos funcionales. El prefijo proto a menudo significa 'primero' en la nomenclatura científica (como protóxido de carbono ), por lo que se cree que Hans Fischer acuñó el nombre protoporfirina como la primera clase de porfirinas. [3] Fischer describió el hemo privado de hierro convirtiéndose en la porfirina "proto-", particularmente en referencia a la porfirina de Hugo Kammerer. [4] [5] En tiempos modernos, "proto-" especifica una especie de porfirina que tiene grupos laterales de metilo, vinilo y carboxietilo/propionato. [6]
Fischer también generó el sistema de nombres en números romanos que incluye 15 análogos de protoporfirina, sin embargo, el sistema de nombres no es sistemático. [7] Un nombre alternativo para el hemo es protoporfirina de hierro IX (hierro PPIX). PPIX contiene cuatro grupos metilo −CH 3 (M), dos grupos vinilo −CH=CH 2 (V) y dos grupos de ácido propiónico −CH 2 −CH 2 −COOH (P). El sufijo "IX" indica que estas cadenas se presentan en el orden circular MV-MV-MP-PM alrededor del ciclo externo en las siguientes posiciones respectivas: c2,c3-c7,c8-c12,c13-c17,c18. [7]
Los puentes de metino de PPIX se denominan alfa (c5), beta (c10), gamma (c15) y delta (c20). En el contexto del hemo, la biotransformación metabólica por la hemooxigenasa da como resultado la apertura selectiva del puente alfa-metino para formar biliverdina / bilirrubina . En este caso, la bilina resultante lleva el sufijo IXα que indica que la molécula original era protoporfirina IX escindida en la posición alfa. La oxidación no enzimática puede dar como resultado la apertura del anillo en otras posiciones del puente. [8] El uso de letras griegas en este contexto se origina del trabajo pionero de Georg Barkan en 1932. [9]
Propiedades
Cuando se aplica luz ultravioleta sobre el compuesto, éste emite una fluorescencia de color rojo brillante.
También es el componente de las cáscaras de huevo que les da su característico color marrón. [10]
Ocurrencia natural
El compuesto se encuentra en la naturaleza en forma de complejos donde los dos átomos de hidrógeno internos son reemplazados por un catión metálico divalente . Cuando se forma un complejo con un catión de hierro (II) (ferroso) Fe 2+ , la molécula se denomina hemo . Los hemo son grupos prostéticos en algunas proteínas importantes. Estas proteínas que contienen hemo incluyen hemoglobina, mioglobina y citocromo c . También se pueden formar complejos con otros iones metálicos, como el zinc . [11]
La protoporfirina IX es un precursor importante de grupos prostéticos biológicamente esenciales como el hemo, el citocromo c y las clorofilas. Como resultado, varios organismos pueden sintetizar este tetrapirrol a partir de precursores básicos como la glicina y el succinil-CoA , o el ácido glutámico . A pesar de la amplia gama de organismos que sintetizan protoporfirina IX, el proceso se conserva en gran medida desde las bacterias hasta los mamíferos, con unas pocas excepciones claras en las plantas superiores. [12] [13] [14]
En la biosíntesis de dichas moléculas, el catión metálico se inserta en la protoporfirina IX mediante enzimas llamadas quelatasas . Por ejemplo, la ferroquelatasa convierte el compuesto en hemo B (es decir, Fe-protoporfirina IX o protohemo IX). En la biosíntesis de la clorofila, la enzima quelatasa de magnesio la convierte en Mg-protoporfirina IX.
Derivados de metaloprotoporfirina IX descritos
La protoporfirina IX reacciona con las sales de hierro en el aire para formar el complejo FeCl(PPIX). [15] El hemo coordinado con cloro se conoce como hemina. Muchos otros metales además del Fe forman complejos similares al hemo cuando se coordinan con PPIX. Los derivados del cobalto son de particular interés porque también funcionan como transportadores de oxígeno. [16] Se han investigado otros metales (níquel, estaño, cromo) por su valor terapéutico. [17]
Palepron es la sal disódica de la protoporfirina IX. [18]
Historia
Es posible que Laidlaw haya aislado por primera vez el PPIX en 1904. [5]
Importancia clínica
La fluorescencia de protoporfirina IX a partir de la administración de 5-ALA se utiliza en la cirugía guiada por fluorescencia del glioblastoma . [19] [20]
^ Winslow S. Caughey; James A. Ibers (1977). "Estructura cristalina y molecular de la porfirina de base libre, éster dimetílico de protoporfirina IX". J. Am. Chem. Soc . 99 (20): 6639–6645. doi :10.1021/ja00462a027. PMID 19518.
^ Vicente, Maria da GH; Smith, Kevin M. (2014). "Síntesis y funcionalizaciones de macrociclos de porfirina". Current Organic Synthesis . 11 (1): 3–28. doi :10.2174/15701794113106660083. ISSN 1570-1794. PMC 4251786 . PMID 25484638.
^ Fischer, Hans (1930). "Sobre la hemina y las relaciones entre la hemina y la clorofila" (PDF) . Premio Nobel .
^ ab With, Torben K. (1980-01-01). "Una breve historia de las porfirinas y las porfirias". Revista Internacional de Bioquímica . 11 (3–4): 189–200. doi :10.1016/0020-711X(80)90219-0. ISSN 0020-711X. PMID 6993245.
^ Neves, Ana Carolina de Oliveira; Galván, Ismael (2020). "Modelos para porfirias humanas: ¿Se han pasado por alto los animales en la naturaleza?". BioEssays . 42 (12): 2000155. doi :10.1002/bies.202000155. ISSN 1521-1878. PMID 33155299. S2CID 226269267.
^ ab Moss, GP (15 de diciembre de 1988). "Nomenclatura de tetrapirroles. Recomendaciones 1986 de la Comisión Conjunta IUPAC-IUB sobre Nomenclatura Bioquímica (JCBN)". Revista Europea de Bioquímica . 178 (2): 277–328. doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14453.x . ISSN 0014-2956. PMID 3208761.
^ Berk, Paul D.; Berlin, Nathaniel I. (1977). Simposio internacional sobre química y fisiología de los pigmentos biliares. Departamento de Salud, Educación y Bienestar de los Estados Unidos, Servicio de Salud Pública, Institutos Nacionales de Salud.
^ Barkan, Georg; Schales, Otto (1938). "Una hemoglobina de pigmento biliar". Naturaleza . 142 (3601): 836–837. Código Bib :1938Natur.142..836B. doi :10.1038/142836b0. ISSN 1476-4687. S2CID 4073510.
^ Sachar, M.; Anderson, KE; Ma, X. (2016). "Protoporfirina IX: lo bueno, lo malo y lo feo". Revista de farmacología y terapéutica experimental . 356 (2): 267–275. doi : 10.1124/jpet.115.228130 . PMC 4727154 . PMID 26588930.
^ ab Paul R. Ortiz de Montellano (2008). "Hemes en biología". Enciclopedia Wiley de Biología Química . John Wiley & Sons. págs. 1–10. doi :10.1002/9780470048672.wecb221. ISBN978-0-470-04867-2.
^ AR Battersby; CJR Fookes; GWJ Matcham; E. McDonald (1980). "Biosíntesis de los pigmentos de la vida: formación del macrociclo". Nature . 285 (5759): 17–21. Bibcode :1980Natur.285...17B. doi : 10.1038/285017a0 . PMID 6769048. S2CID 9070849.
^ FJ Leeper (1983). "La biosíntesis de porfirinas, clorofilas y vitamina B12". Natural Product Reports . 2 (1): 19–47. doi :10.1039/NP9850200019. PMID 3895052.
^ G. Layer; J. Reichelt; D. Jahn; DW Heinz (2010). "Estructura y función de las enzimas en la biosíntesis del hemo". Protein Science . 19 (6): 1137–1161. doi :10.1002/pro.405. PMC 2895239 . PMID 20506125.
^ Chang, CK; DiNello, RK; Dolphin, D. (2007). "Porfinas de hierro". Síntesis inorgánica . Vol. 20. págs. 147–155. doi :10.1002/9780470132517.ch35. ISBN .978-0-470-13251-7.
^ Dias, Sı́Lvio LP; Gushikem, Yoshitaka; Ribeiro, Emerson S.; Benvenutti, Edilson V. (2002). "Complejos de hematoporfirina IX y protoporfirina IX de cobalto(II) inmovilizados en óxido de titanio(IV) altamente disperso sobre una superficie de microfibra de celulosa: estudio de propiedades electroquímicas y reducción de oxígeno disuelto". Journal of Electroanalytical Chemistry . 523 (1–2): 64–69. doi :10.1016/S0022-0728(02)00722-2.
^ Verman, Hendrik J.; Ekstrand, Bradley C.; Stevenson, David K. (1993). "Selección de inhibidores de la metaloporfirina hemo oxigenasa en función de la potencia y la fotorreactividad". Pediatric Research . 33 (2): 195–200. doi : 10.1203/00006450-199302000-00021 . PMID 8433895. S2CID 9223457.
^ PubChem. "Protoporfirina disódica". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 15 de abril de 2021 .
^ Zeppa, Pietro; De Marco, Raffaele; Monticelli, Mateo; Massara, Armando; Bianconi, Andrea; Di Perna, Giuseppe; Greco Crasto, Stefania; Cofano, Fabio; Melcarne, Antonio; Lanotte, Michele María; Garbossa, Diego (26 de abril de 2022). "Cirugía guiada por fluorescencia en glioblastoma: ¿5-ALA, SF o ambos? Diferencias entre tintes fluorescentes en 99 casos consecutivos". Ciencias del cerebro . 12 (5): 555. doi : 10.3390/brainsci12050555 . ISSN 2076-3425. PMC 9138621 . PMID 35624942.
^ Palmieri, Giuseppe; Cofano, Fabio; Salvati, Luca Francesco; Monticelli, Mateo; Zeppa, Pietro; Perna, Giuseppe Di; Melcarne, Antonio; Altieri, Roberto; La Roca, Giuseppe; Sabatino, Giovanni; Barbagallo, Giuseppe María; Tártara, Fulvio; Zenga, Francisco; Garbossa, Diego (01/01/2021). "Cirugía guiada por fluorescencia para gliomas de alto grado: estado del arte y nuevas perspectivas". Tecnología en la investigación y el tratamiento del cáncer . 20 : 153303382110216. doi : 10.1177/15330338211021605. ISSN 1533-0346. PMC 8255554 . PMID 34212784.
