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Porfirina

Porfina , la porfirina madre.

Las porfirinas ( / ˈ p ɔːr f ər ɪ n / POR -fər-in ) son un grupo de compuestos orgánicos macrocíclicos heterocíclicos , compuestos por cuatro subunidades de pirrol modificadas interconectadas en sus átomos de carbono α mediante puentes de metino (=CH-). En los vertebrados , un miembro esencial del grupo de las porfirinas es el hemo , que es un componente de las hemoproteínas , cuyas funciones incluyen transportar oxígeno al torrente sanguíneo . En las plantas , un derivado esencial de la porfirina es la clorofila , que participa en la captación de luz y la transferencia de electrones en la fotosíntesis .

El padre de las porfirinas es la porfina , un compuesto químico raro de interés exclusivamente teórico. Las porfinas sustituidas se denominan porfirinas. [1] Con un total de 26 electrones π, de los cuales 18 electrones π forman un ciclo plano y continuo, la estructura del anillo de porfirina a menudo se describe como aromática . [2] [3] Un resultado del gran sistema conjugado es que las porfirinas típicamente se absorben fuertemente en la región visible del espectro electromagnético, es decir, están profundamente coloreadas. El nombre "porfirina" deriva de la palabra griega πορφύρα ( porphyra ), que significa púrpura . [4]

Estructura

Los complejos de porfirina constan de un núcleo MN 4 plano cuadrado . La periferia de las porfirinas, formada por carbonos con hibridación sp2 , presenta generalmente pequeñas desviaciones de la planaridad. Las porfirinas "rizadas" o en forma de silla de montar se atribuyen a interacciones del sistema con su entorno. [5] Además, el metal a menudo no está centrado en el plano N 4 . [6] Para las porfirinas libres, los dos protones pirrol son mutuamente trans y se proyectan fuera del plano N 4 . [7] Estas distorsiones no planas están asociadas con propiedades químicas y físicas alteradas. Los anillos de clorofila son más claramente no planos, pero están más saturados que las porfirinas. [8]

Complejos de porfirinas

Concomitantemente con el desplazamiento de dos protones N- H , las porfirinas unen iones metálicos en el "bolsillo" de N4. El ion metálico suele tener una carga de 2+ o 3+. Se muestra una ecuación esquemática para estas síntesis:

H 2 porfirina + [ML n ] 2+ → M(porfirinato)L n−4 + 4 L + 2 H + , donde M = ion metálico y L = un ligando

Porfirinas antiguas

Una geoporfirina, también conocida como petroporfirina, es una porfirina de origen geológico. [9] Pueden ocurrir en petróleo crudo , esquisto bituminoso , carbón o rocas sedimentarias. [9] [10] La abelsonita es posiblemente el único mineral de geoporfirina, ya que es raro que las porfirinas se presenten aisladas y formen cristales. [11]

El campo de la geoquímica orgánica tuvo sus orígenes en el aislamiento de porfirinas del petróleo. [ cita necesaria ] Este hallazgo ayudó a establecer los orígenes biológicos del petróleo. A veces se toman "huellas dactilares" del petróleo mediante el análisis de trazas de níquel y vanadiloporfirinas . [ cita necesaria ]

Biosíntesis

En eucariotas no fotosintéticos como animales, insectos, hongos y protozoos , así como en el grupo de bacterias α-proteobacterias, el paso comprometido para la biosíntesis de porfirina es la formación de ácido δ-aminolevulínico (δ-ALA, 5-ALA o dALA) por la reacción del aminoácido glicina con succinil-CoA del ciclo del ácido cítrico . En plantas , algas , bacterias (excepto el grupo de las α-proteobacterias) y arqueas , se produce a partir de ácido glutámico a través de glutamil-ARNt y glutamato-1-semialdehído . Las enzimas implicadas en esta vía son la glutamil-ARNt sintetasa , la glutamil-ARNt reductasa y la glutamato-1-semialdehído 2,1-aminomutasa . Esta vía se conoce como vía C5 o vía de Beale.

Luego, la porfobilinógeno sintasa combina dos moléculas de dALA para dar porfobilinógeno (PBG), que contiene un anillo pirrol. Luego se combinan cuatro PBG mediante desaminación en hidroximetil bilano (HMB), que se hidroliza para formar el tetrapirrol uroporfirinógeno III circular . Esta molécula sufre una serie de modificaciones adicionales. Los intermediarios se utilizan en diferentes especies para formar sustancias particulares, pero, en los seres humanos, el principal producto final, la protoporfirina IX , se combina con hierro para formar hemo. Los pigmentos biliares son los productos de degradación del hemo.

El siguiente esquema resume la biosíntesis de porfirinas, con referencias por número CE y base de datos OMIM . También se muestra la porfiria asociada a la deficiencia de cada enzima:

Vía de biosíntesis del hemo B y sus moduladores. También se muestran importantes deficiencias enzimáticas.

Síntesis de laboratorio

Cristales brillantes de meso -tetratolilporfirina, preparados a partir de 4-metilbenzaldehído y pirrol en ácido propiónico a reflujo

Una síntesis común de porfirinas es la reacción de Rothemund , reportada por primera vez en 1936, [12] [13] que también es la base de métodos más recientes descritos por Adler y Longo. [14] El esquema general es un proceso de condensación y oxidación que comienza con pirrol y un aldehído .

Aplicaciones potenciales

Terapia fotodinámica

Las porfirinas se han evaluado en el contexto de la terapia fotodinámica (PDT), ya que absorben fuertemente la luz, que luego se convierte en calor en las áreas iluminadas. [15] Esta técnica se ha aplicado en la degeneración macular utilizando verteporfina . [dieciséis]

La TFD se considera un tratamiento contra el cáncer no invasivo, que implica la interacción entre luz de una frecuencia determinada, un fotosensibilizador y oxígeno. Esta interacción produce la formación de especies de oxígeno (ROS) altamente reactivas, generalmente oxígeno singlete, así como anión superóxido, radical hidroxilo libre o peróxido de hidrógeno. [17] Estas especies de oxígeno altamente reactivo reaccionan con biomoléculas orgánicas celulares susceptibles como; lípidos, aminoácidos aromáticos y bases heterocíclicas de ácidos nucleicos, para producir radicales oxidativos que dañan la célula, posiblemente induciendo apoptosis o incluso necrosis. [18]

Electrónica molecular y sensores.

Los compuestos a base de porfirina son de interés como posibles componentes de la electrónica molecular y la fotónica. [19] Se han incorporado colorantes sintéticos de porfirina en prototipos de células solares sensibilizadas con colorantes . [20] [21]

Aplicaciones biológicas

Las porfirinas han sido investigadas como posibles agentes antiinflamatorios [22] y evaluadas en cuanto a su actividad anticancerígena y antioxidante. [23] Se encontró que varios conjugados de porfirina-péptido tienen actividad antiviral contra el VIH in vitro . [24]

Toxicología

La biosíntesis de hemo se utiliza como biomarcador en estudios de toxicología ambiental. Mientras que el exceso de producción de porfirinas indica exposición a organoclorados , el plomo inhibe la enzima ALA deshidratasa . [25]

Galería

Especies relacionadas

En naturaleza

En la naturaleza se encuentran varios heterociclos relacionados con las porfirinas, casi siempre unidos a iones metálicos. Éstas incluyen

Sintético

Una benzoporfirina es una porfirina con un anillo de benceno fusionado a una de las unidades de pirrol. por ejemplo, la verteporfina es un derivado de benzoporfirina. [26]

Isómeros de porfirina no naturales

Porficeno, primer isómero de porfirina, sintetizado a partir de bipirrol dialdehído mediante la reacción de acoplamiento de McMurry

El primer isómero de porfirina sintético fue informado por Emanual Vogel y sus compañeros de trabajo en 1986. [27] Este isómero [18]porfirina-(2.0.2.0) se denomina porficeno y la cavidad N 4 central tiene forma de rectángulo como se muestra en la figura. [28] Los porficenos mostraron un comportamiento fotofísico interesante y encontraron compuestos versátiles hacia la terapia fotodinámica . [29] Esto inspiró a Vogel y Sessler a asumir el desafío de preparar [18]porfirina-(2.1.0.1) y la llamaron corphyceno o porficerina . [30] La tercera porfirina, que es la [18]porfirina-(2.1.1.0), fue reportada por Callot y Vogel-Sessler. Vogel y sus compañeros de trabajo informaron del aislamiento exitoso de [18]porfirina-(3.0.1.0) o isoporficeno . [31] El científico japonés Furuta [32] y el científico polaco Latos-Grażyński [33] informaron casi simultáneamente sobre las porfirinas confundidas con N. La inversión de una de las subunidades pirrólicas en el anillo macrocíclico dio como resultado que uno de los átomos de nitrógeno mirara hacia afuera desde el núcleo del macrociclo.

Varios isómeros de porfirina reportados

Ver también

Referencias

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enlaces externos

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