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Porfirina

Porfina , la porfirina madre

Las porfirinas ( / ˈpɔːrfərɪns / POR - fər -ins ) son un grupo de compuestos orgánicos heterocíclicos , macrocíclicos , compuestos por cuatro subunidades de pirrol modificadas interconectadas en sus átomos de carbono α a través de 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 el transporte de oxígeno en el torrente sanguíneo . En las plantas , un derivado esencial de las porfirinas es la clorofila , que participa en la captación de luz y la transferencia de electrones en la fotosíntesis .

El progenitor 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 continuo y plano, la estructura del anillo de porfirina se describe a menudo como aromática . [2] [3] Un resultado del gran sistema conjugado es que las porfirinas suelen absorber fuertemente en la región visible del espectro electromagnético, es decir, están coloreadas profundamente. El nombre "porfirina" deriva del griego πορφύρα (porphyra)  'púrpura'. [4]

Estructura

Los complejos de porfirinas consisten en un núcleo MN4 plano cuadrado . La periferia de las porfirinas, que consiste en carbonos hibridados sp2 , generalmente muestra 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 N4. [ 6] Para las porfirinas libres, los dos protones del pirrol son mutuamente trans y se proyectan fuera del plano N4 . [ 7] Estas distorsiones no planares 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

De manera concomitante con el desplazamiento de dos protones N- H , las porfirinas se unen a iones metálicos en el "bolsillo" N4. El ion metálico suele tener una carga de 2+ o 3+. Se muestra una ecuación esquemática para estas síntesis, donde M = ion metálico y L = un ligando :

Porfirina H 2 + [ML n ] 2+ → M(porfirinato)L n −4 + ​​4 L + 2 H +


Porfirinas antiguas

Una geoporfirina, también conocida como petroporfirina, es una porfirina de origen geológico. [9] Pueden encontrarse 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 encuentren aisladas y formen cristales. [11]

El campo de la geoquímica orgánica tuvo sus orígenes en el aislamiento de las porfirinas del petróleo. [ cita requerida ] Este hallazgo ayudó a establecer los orígenes biológicos del petróleo. El petróleo a veces se "identifica" mediante el análisis de trazas de porfirinas de níquel y vanadilo . [ cita requerida ]

Biosíntesis

En eucariotas no fotosintéticos como animales, insectos, hongos y protozoos , así como en el grupo de bacterias α-proteobacteria, 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 en el grupo α-proteobacteria) y arqueas , se produce a partir del ácido glutámico a través del glutamil-ARNt y el 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 de Beale.

Dos moléculas de dALA se combinan luego por la porfobilinógeno sintasa para dar porfobilinógeno (PBG), que contiene un anillo de pirrol. Cuatro PBG se combinan luego por desaminación en hidroximetilbilano (HMB), que se hidroliza para formar el tetrapirrol circular uroporfirinógeno III . Esta molécula sufre una serie de modificaciones adicionales. Los intermediarios se utilizan en diferentes especies para formar sustancias particulares, pero, en los humanos, el principal producto final 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 las porfirinas, con referencias por número EC y la 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 las principales 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 (TFD) 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 . [16]

La PDT se considera un tratamiento no invasivo contra el cáncer, que implica la interacción entre luz de una frecuencia determinada, un fotosensibilizador y oxígeno. Esta interacción produce la formación de especies de oxígeno altamente reactivas (ROS), generalmente oxígeno singlete, así como anión superóxido, radical hidroxilo libre o peróxido de hidrógeno. [17] Estas especies de oxígeno altamente reactivas 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 basados ​​en 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

Se han investigado las porfirinas como posibles agentes antiinflamatorios [22] y se ha evaluado su actividad anticancerígena y antioxidante. [23] Se ha descubierto que varios conjugados de porfirina-péptido tienen actividad antiviral contra el VIH in vitro . [24]

Toxicología

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

Galería

Especies relacionadas

En la naturaleza

En la naturaleza se encuentran varios heterociclos relacionados con las porfirinas, casi siempre unidos a iones metálicos. Entre ellos se encuentran:

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 la benzoporfirina. [26]

Isómeros de porfirina no naturales

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

El primer isómero sintético de porfirina fue reportado por Emanual Vogel y colaboradores en 1986. [27] Este isómero [18]porfirina-(2.0.2.0) se denomina porficeno , y la cavidad central N 4 forma un rectángulo como se muestra en la figura. [28] Los porficenos mostraron un comportamiento fotofísico interesante y encontraron un compuesto versátil para la terapia fotodinámica . [29] Esto inspiró a Vogel y Sessler a aceptar el desafío de preparar [18]porfirina-(2.1.0.1) y lo denominaron corficeno o porficerina . [30] La tercera porfirina, que es [18]porfirina-(2.1.1.0), fue reportada por Callot y Vogel-Sessler. Vogel y colaboradores informaron el 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 N-confundidas . 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 del núcleo del macrociclo.

Diversos isómeros de porfirina reportados

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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