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Porfirina

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição de porfirina

Uma porfirina é uma molécula de anel grande que consiste em 4 pirróis, que são anéis menores feitos de 4 carbonos e 1 nitrogênio. Essas moléculas de pirrol são conectadas juntas através de uma série de ligações únicas e duplas que formam a molécula em um anel grande. O nome técnico para 4 pirróis conectados é um tetrapirrol. O anel é plano no espaço e a distribuição de elétrons é bastante igual em torno da circunferência do anel. Por esse motivo, uma porfirina é considerada um composto aromático. Isso significa que uma molécula de porfirina é muito estável. O modelo de uma porfirina geral é chamado porfina. Essa molécula é raramente encontrada na natureza como intermediária, mas é a base de todas as moléculas de porfirina. Porfina pode ser visto abaixo.

As partes azuis da molécula representam o anel aromático que forma a base de todas as moléculas de porfirina. As moléculas e ligações pretas serão substituídas por cadeias laterais complexas. Essas moléculas permitirão que as máquinas celulares se conectem e usem a porfirina. As porfirinas também são capazes de absorver certos comprimentos de onda da luz, especialmente quando associados a diferentes íons. As porfirinas causam a cor vermelha do sangue e a cor verde das plantas, como discutido abaixo.

As moléculas de porfirina servem a vários propósitos em animais, plantas e até bactérias. Por esse motivo, a porfirina é considerada uma molécula evolutivamente conservada. Isso significa que, devido à sua utilidade, inúmeras linhas de organismos usaram e modificaram as porfirinas para atender às suas necessidades.

Tipos de porfirinas

Porfirinas em animais

Um grande uso de moléculas de porfirina em animais está na construção de grupos heme. Essas moléculas são simplesmente uma molécula de porfirina com várias cadeias laterais substituídas ao redor do anel principal. Em um heme, o anel de porfirina serve uma função importante. As moléculas de nitrogênio no centro do anel são capazes de “hospedar” uma molécula de ferro. É essa estrutura de porfirina, segurando ferro, que dá a sangue a cor vermelha. Enquanto o nitrogênio não se liga tecnicamente à molécula de ferro, ele é mantido no local pela influência das moléculas de nitrogênio e sua distribuição no espaço. Um heme geral pode ser visto abaixo.

O objetivo geral de um heme é transportar oxigênio. Isso pode ser visto na imagem acima. Quando o oxigênio está ligado ao heme, ele pode ser transportado rapidamente ao redor do corpo e através das células. Existe uma proteína específica associada a cada parte do corpo que usa hemes para transportar oxigênio. Os glóbulos vermelhos têm a proteína hemoglobina, que mantém o heme no lugar. Essas proteínas também transmitem funcionalidade ao heme. Quando a hemoglobina está em um ambiente ácido, por exemplo, ela muda de forma. Essa mudança de forma força o oxigênio a se destacar do heme. Esse mecanismo evoluiu porque o dióxido de carbono torna o sangue ácido e é o subproduto do uso de oxigênio. Portanto, quando o dióxido de carbono é alto, as células precisam de mais oxigênio. Esse mecanismo de hemoglobina permite que o oxigênio seja liberado nas partes corretas do corpo.

Outra molécula de retenção de heme, mioglobina, funciona como a molécula de transporte de oxigênio dentro das células musculares. Este heme também é feito de porfirina e hospeda o ferro. A mioglobina possui diferentes cadeias laterais da hemoglobina. Como tal, pode interagir com a maquinaria das células musculares e fornecer oxigênio da superfície da célula para as mitocôndrias que precisam do oxigênio da fosforilação oxidativa. Os grupos heme, feitos de moléculas de porfirina, também são vistos nas moléculas do citocromo da cadeia de transporte de elétrons. Aqui, a molécula de ferro funciona como um depositário para elétrons extras. Ele assume elétrons quando necessário e os libera em outros momentos. A cadeia de transporte de elétrons é uma série complexa de proteínas do citocromo, cada uma com um grupo heme. Eles trabalham em uníssono para transferir a energia dos elétrons, impulsionando uma bomba de prótons e armazenando energia na forma de ATP.

Uma molécula de porfirina é uma molécula orgânica e deve ser criada e destruída por proteínas específicas no corpo. Como as proteínas são programadas pelo DNA, quaisquer mutações no DNA podem causar mau funcionamento na proteína que processam moléculas de porfirina. Embora geralmente extremamente útil, uma porfirina que não se formou adequadamente ou não pode ser quebrada representa uma séria ameaça ao corpo. As moléculas de porfirina são altamente interativas. Eles podem atrapalhar a membrana celular e, como mantêm uma molécula de ferro com o potencial de atuar como um afundamento de elétrons, incentivam a formação de radicais livres.

A condição genética que causa acúmulos de porfirinas devido à sua incapacidade de ser quebrada ou criada adequadamente é chamada Porphyria. Existem muitos tipos de porfiria, com base na qual a enzima é mutada. Por esse motivo, há uma variedade de sintomas e tratamentos para as diferentes versões. Por fim, a molécula de porfirina que está causando o problema deve ser identificada e tratada. Isso pode significar substituir uma porfirina artificial ou colocar o paciente através da terapia genética para fazer seu corpo produzir as enzimas adequadas. A porfiria é frequentemente diagnosticada por urina de cor roxa, causada por porfirinas ininterruptas deixadas na urina.

Porfirinas em plantas

Como as moléculas de porfirina são conservadas evolutivamente, vemos as mesmas porfirinas de heme de ferro em plantas que em animais. As plantas também usam a cadeia de transporte de elétrons para produzir ATP, e porfirinas semelhantes são usadas como as em animais.

No entanto, as plantas também dominaram uma configuração diferente da molécula de porfirina, o que lhes permite capturar a energia na luz solar. A clorofila é uma molécula especial projetada em torno de uma base de porfirina. Visto abaixo, a molécula de clorofila possui várias cadeias laterais únicas da molécula de porfirina. Ele também tem uma corrente lateral muito longa, vista saindo do fundo. Essas cadeias laterais alteram ligeiramente a forma e a configuração da porfirina base.

Você notará que, em vez de ferro (Fe), agora existe um íon de magnésio (mg) “capturado” dentro da porfirina. Ao contrário dos grupos heme, que contêm ferro, o magnésio na clorofila não é capaz de transferir oxigênio. Em vez disso, a molécula funciona para capturar energia da luz solar. O íon magnésio ajuda a capturar e armazenar elétrons durante o processo. O íon magnésio também ajuda a porfirina a absorver a luz vermelha e azul, em vez de refletir a luz vermelha como acontece com o sangue. Isso faz com que apenas uma cor verde forte apareça, o que dá às plantas sua cor verde.

Outras porfirinas

Além das plantas e dos animais, existem porfirinas em quase todos os lugares do mundo. As bactérias usam porfirinas de maneira semelhante às células animais, embora as moléculas finais que eles usam possam parecer muito diferentes das hemes em animais. Certas bactérias também têm a capacidade de fotossintetizar e, como plantas, usam porfirinas para capturar a energia do sol. Existem também substâncias como a vitamina B12, que são sintetizadas a partir de uma porfirina para começar, mas dificilmente se assemelham a uma quando concluída.

As porfirinas também podem ser sintetizadas em laboratório. Essas moléculas, porque agem como pigmentos, foram usadas em corantes e como cor em várias soluções. Embora possamos sintetizar muitas porfirinas no laboratório, elas tendem a ser mais simétricas que as porfirinas naturais. Isso ocorre porque nosso corpo usa enzimas desenvolvidas ao longo de milênios para moldar as porfirinas em uma forma útil. Nossa compreensão da bioquímica ainda não está avançada o suficiente para replicar esses processos no laboratório.

Outro exemplo interessante de porfirinas pode ser encontrado em petróleo bruto. Aparentemente, durante os muitos séculos enterrados sob a terra, as moléculas orgânicas podem se formar naturalmente em porfirinas. Essas substâncias são encontradas como produtos colaterais quando o petróleo bruto é extraído do solo. Os cientistas evolutivos levantaram a hipótese de que essas porfirinas e as criadas em métodos semelhantes poderiam ter sido o material inicial com o qual a vida na Terra se desenvolveu pela primeira vez.

Questionário

1. Atualmente, existem 9 tipos reconhecidos de porfiria. Qual das seguintes afirmações descreve com precisão o motivo disso? A. Os genes que codificam para enzimas que mudam a porfirina podem se mover de várias maneiras B. Os diferentes tipos de porfiria simplesmente representam sintomas diferentes para a mesma doença.

Resposta à pergunta nº 1

A está correto. Existem muitos genes que codificam enzimas que funcionam com a molécula de porfirina. Sem essas, ou com enzimas com mau funcionamento, os intermediários ou produtos dessas reações começarão a se acumular. Esse excesso de moléculas de porfirina causa danos aos tecidos e os sintomas observados. Os sintomas serão diferentes com base na qual a enzima na cadeia está quebrada.

2. Plantas, animais e bactérias usam uma versão da proteína do citocromo, que abriga um heme baseado em uma porfirina. O que isso nos diz sobre a evolução? A. Nada B. Esses organismos têm um ancestral comum C. Esses organismos não têm ancestrais comuns

Resposta à pergunta nº 2

B está correto. A análise genética dos genes que codificam essas proteínas revela que todos são surpreendentemente semelhantes um ao outro. Como é improvável que cada linha de animais tenha evoluído separadamente dessa proteína para ajudar a usar moléculas de porfirina, deve -se supor que plantas, animais e bactérias tenham um ancestral comum.

3. Porfina, a molécula de base de uma porfirina, não é encontrada na natureza. Por que é isso? A. O porfina só pode ser criado em laboratório B. porfina é um intermediário; As células imediatamente ligam as cadeias laterais funcionais C. porfina é criada apenas por organismos extremamente raros

Resposta à pergunta nº 3

B está correto. O porfin não é visto na natureza porque, por si só, o porfin não é funcional. Para ser uma porfirina funcional, as cadeias laterais devem afetar a atividade elétrica do anel. Isso induziu o anel a agarrar um íon e carregá -lo. Os diferentes íons transportados por anéis de porfirina são determinados pelas cadeias laterais que influenciam sua atividade elétrica.

Referências

  • Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., Bretscher, A.,. . . Matsudaira, P. (2008). Biologia celular molecular (6ª ed.). Nova York: W.H. Freeman e companhia.
  • McMahon, M.J., Kofranek, A.M., & Rubatzky, V.E. (2011). Ciência vegetal: crescimento, desenvolvimento e utilização de plantas cultivadas (5ª ed.). Boston: Prentince Hall.
  • Nelson, D.L. & Cox, M.M. (2008). Princípios de bioquímica. Nova York: W.H. Freeman e companhia.

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