PORFİRİNLERİN YAPISAL VE İŞLEVSEL ÖZELLİKLERİ I Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2006

Porfirinler porfirin halka sistemi içeren renkli maddelerdir.

Porfirin halka sisteminin en basit temel maddesi pirol halkasıdır.

Dört pirol halkası metenil (=CH-, metin) köprüleri ile birbirine bağlanırsa porfin halka sistemi oluşur.

Porfin halka sistemindeki pirol halkalarına çeşitli yan zincirlerin eklenmesiyle porfirin halka sistemi oluşur. Asetil (A) ve metil (M) küçük takılardır; propiyonil (P), vinil (V), etil (E) ve oksietil (EOH) büyük takılardır.

Porfirinler, porfirin halka sistemini oluşturan pirol halkalarına bağlı takıların türüne göre isimlendirilirler ve sınıflandırılırlar; ayrıca her sınıfın alt sınıfları vardır takıların diziliş sırasına göre çeşitli izomer şekiller oluşur ki doğada en çok tipI ve tip III izomer şekiller bulunur

Üroporfirinler (URO) koproporfirinler (KOPRO) ve protoporfirinler (PROTO), üç ana porfirin türüdürler.

Porfirin halka sistemindeki pirol halkalarının N atomlarına Fe, Mg, Co, Zn, Ni, Cu gibi metallerin iyonlarının bağlanmasıyla metalloporfirinler diye tanımlanan çeşitli porfirin bileşikleri oluşur.

En yaygın olarak bulunan biyolojik metalloporfirinler demir ve magnezyum içerenlerdir.

Eritrositlerde bulunan ve kana kırmızı rengini veren hemoglobinin yapısında bulunan hem, önemli bir demir-porfirin bileşiğidir.

Hem, hemoglobin, kasların kırmızı rengini veren miyoglobin, sitokromlar, sitokrom oksidaz, katalaz ve peroksidaz gibi enzimlerin yapısında bulunur. Bitkilerin yeşil rengini veren klorofil, magnezyum-porfirin bileşiğidir

Hem biyosentezi Hem biyosentezi için temel prekürsör, glisin amino asididir. Hem sentezinde ilk reaksiyon ve son üç reaksiyon mitokondride, diğerleri sitoplazmada gerçekleşir

ALA sentaz, porfirin biyosentezinde hız belirleyici enzimdir. Hem biyosentezi için ilk reaksiyon, mitokondride glisin ile süksinil-KoA’nın, -amino--ketoadipat üzerinden -aminolevülinat (ALA) oluşturmak üzere reaksiyonlaşmasıdır. ALA sentaz, porfirin biyosentezinde hız belirleyici enzimdir. PLP

Mitokondride oluşan -aminolevülinat (ALA), sitoplazmaya çıkar Mitokondride oluşan -aminolevülinat (ALA), sitoplazmaya çıkar. Sitoplazmada, 2 molekül -aminolevülinat (ALA), porfobilinojen (PBG) oluşturmak üzere kondense olur. Reaksiyonu porfobilinojen sentaz (ALA dehidrataz) katalizler ALA dehidrataz, Zn2+ gerektiren sitozolik bir enzimdir; sülfhidril grupları içerir; ağır metallerle inhibisyona çok hassastır. Kurşun ile zehirlenmelerde ALA miktarı artar.

Dört molekül porfobilinojen, üroporfirinojen I sentaz (porfobilinojen deaminaz) ve üroporfirinojen III kosentaz etkisiyle hidroksimetilbilan ara ürünü üzerinden üroporfirinojen III (ÜRO III) oluşturur.

Üroporfirinojen III, üroporfirinojen dekarboksilaz etkisiyle koproporfirinojen III’e dönüştürülür.

Koproporfirinojen III, mitokondriye taşınır ve burada mitokondriyal bir enzim olan Koproporfirinojen oksidaz, koproporfirinojen III’den protoporfirinojen IX oluşturur

Mitokondride protoporfirinojen oksidaz etkisiyle, protoporfirinojen IX’dan protoporfirin IX oluşur

Aktivite için redükleyici ajanlara gereksinim gösteren ferroşelataz, protoporfirin IX içerisine demir yerleşimini katalizler ve böylece hem molekülü oluşur Hem, ALA sentazın feedback inhibitörüdür.

Hem, ALA sentazın feedback inhibitörüdür. Mitokondride oluşan hem, mitokondri dışında, ribozomlarda sentez edilmiş olan globin ile birleşerek hemoglobin oluşturur.

İnsanlarda hem biyosentezinde görevli bazı enzimlerde genetik defekt olması durumunda, porfiriyalar diye bilinen bazı genetik hastalıklar ortaya çıkar. Kongenital eritropoetik porfiriya hariç tüm porfiriyalar otozomal dominant kalıtılırlar.

Porfirialarda defektli enzim gerisindeki porfirinler ve prekürsörleri vücut dokularında ve vücut sıvılarında birikir.

Porfiriyalar, porfirinlerin ve prekürsörlerinin biriktiği dokulara göre iki sınıfa ayrılabilir.

Porfirialarda biriken bileşiklerin toksik yapısına bağlı olarak her bir porfiriyaya özgü semptom ve belirtiler ortaya çıkar.

Porfiriyalarda mide bağırsak yakınmalarından abdominal ağrı, en sık belirtidir. Kabızlık, mide bulantısı ve kusma olabilir. Porfiriyalarda otonom sinir sistemi anormallikleri olarak taşikardi, hipertansiyon, terleme, idrar retansiyonu gözlenebilir. Periferal nöropati, ekstremitede ağrı, duyuda azalma, kas zayıflığı, paralizi, görme kaybı, felç, koma, ADH’un uygunsuz salınımı belirtileri ile ortaya çıkabilir.

Pb zehirlenmesi, porfirin metabolizmasında sekonder bozukluğa neden olur. ALA dehidrataz ve ferroşelataz aktiviteleri düşer. Eritrosit Zn protoporfirini yükselir. İdrarda ALA artar; PBG normaldir. Tanı için tam kanda Pb ölçümü yapılmalıdır. Hem prekürsörlerinin idrardaki normal değerleri şöyledir: PBG 0-2 mg/gün, -ALA 1,3-7,0 mg/gün, üroporfirin < 40 g/gün, koproporfirin< 235 g/gün, protoporfirin 60 g/gün.

Hemoglobin kanda eritrositlerde bulunan, kana kırmızı rengini veren, demir-porfirinli bir bileşik proteindir. %g olarak kandaki hemoglobin konsantrasyonunun normal değeri yetişkin erkek için %14-18 g yetişkin kadın için %12-15 g çocuk için %12-13 g yeni doğan için % 21 g kadardır.

Hemoglobin molekülü 4 hem ve 1 globin içerir

Hemoglobindeki 4 hemin her biri bir protoporfirin III ve bir Fe2+ içerir. Hemoglobin, molekülünde içerdiği toplam 4 adet Fe2+ sayesinde akciğerlerden dokulara O2 molekülü taşıyabilmektedir. 1 hemoglobin molekülü toplam 4 adet O2 molekülü bağlayarak taşıyabilir.

Hemoglobinin protein komponenti olan globin, glisince fakir bazik amino asitlerce zengin bir proteindir; 4 polipeptit zincirden yapılmıştır.

Çeşitli hemoglobin tiplerinde bulunabilen polipeptit zincirleri -zincir, -zincir, -zincir, -zincir olmak üzere dört tiptir.

Türlere özel hemoglobin tipleri, molekülündeki globinin içerdiği polipeptit zincirleri bakımından birbirlerinden farklıdırlar