Природа играет в порфирины
Природа играет в порфирины
Пиррольное кольцо (названное так по вещёству пирролу, пятичленному гетероциклическому соединению) представляет собой пятиугольник, в одном из углов которого располагается азотный остаток. Это основной структурный блок порфиринов, как называют природные пигменты, в том числе и гем.
Именно классические работы Ненцкого положили начало химии порфиринов — новой тогда области органической химии. В его лаборатории были получены некоторые модификации порфирина, служившие основой для построения гема при присоединении железа.
Работы Ненцкого, по существу, были продолжены в Германии известным химиком-органиком Хансом Эйгеном Фишером. Широкое признание ему принесли исследования пиррола и его производных, в особенности пигментов, входящих в состав крови, желчи и зелёных растений. Фишер уточнил структурные формулы порфиринов и дал им современное толкование.
Основу молекулы порфирина составляет порфин, образованный четырьмя крестообразно расположенными пиррольными кольцами. Они связаны между собой метановыми мостиками — группами углерод — водород. Таким образом получается структура, к восьми углам которой могут присоединяться различные органические соединения, называемые заместителями. Как установил Фишер, существует всего 15 теоретически возможных вариантов присоединения хвостиков-заместителей к этим восьми углам.
Не правда ли, молекула порфина несколько напоминает городошную фигуру, в центре которой имеется пустое место, как бы окошко. Так вот, об этом «окошке» разговор особый.
Молекула порфина, обросшая определёнными хвостиками-заместителями, и есть порфирин, которому присваивается номер в зависимости от одной из 15 модификаций. Из гемоглобина крови был выделен порфирии, имеющий определённый набор заместителей с девятым порядком чередования, который получил название протопорфирин-9
Интересно следующее обстоятельство. Порфирины легко образуют хелаты — металлокомплексы с ионами металлов. Как раз тут большую роль играет вакантное место в пустом окошке, которое и может занять ион металла. Если туда «заглянет» ион двухвалентного железа, то получится известный нам гем. О других же металлах разговор впереди. Сейчас скажем только, что металлопорфириновые комплексы имеют многие ферменты, некоторые витамины и биохимические переносчики электронов в клетке — цито-хромы.
Исключительная заслуга в расшифровке строения ме-таллопорфиринов принадлежит все тому же Хансу Фн-шеру. Это был прирождённый экспериментатор, который не очень-то жаловал теорию и терпеть не мог писать всяческие трактаты. Он любил повторять: «Химик принадлежит лаборатории, а не письменному столу; библиотека не должна удерживать от экспериментов, но побуждать к новым опытам». В 1929 году Фишер осуществил один из самых тонких своих экспериментов — синтезировал гемин (так называют порфириновый комплекс с трёхвалентным железом в отличие от гема — комплекса с двухвалентным железом). За это выдающееся достижение он был удостоен Нобелевской премии. Заметим, что двухвалентное железо остаётся таковым только в гемоглобине. При его разрушении и выделении гема железо окисляется до трёхвалентного. Поэтому практически дело имеют с гемином. Кстати, именно Фишер окончательно установил, что гемоглобин состоит из небелкового гема и белка глобина.
Одним из самых ярких проявлений каталитического свойства железа является процесс синтеза порфиринов. Здесь этот металл, как предполагают, является аутоката-лизатором, то есть вещёством, катализирующим встраивание самое себя в порфириновый комплекс. И вообще на примере железопорфиринов прекрасно прослеживается логика природы при эволюционном отборе биохимически активных вещёств.
Аутокатализ — это, в сущности, химическое название самовоспроизводящегося процесса, то есть свойства, которое, судя по всему, следует считать одним из критериев живого.
Давайте снова посмотрим на порфнрин. Ион металла в нем попадает в крепкие объятия четырёх атомов азота — элемента, который является непременным для биологических катализаторов. Вот как, например, происходит нарастание каталитических свойств трёхвалентного железа. (Вспомним Тенара, который использовал железо для ускорения разложения перекиси водорода.) Если ион этого металла встроить в порфириновый комплекс, то его эффективность возрастает в 1000 раз. Если же такой железосодержащий порфирин включить в белковую молекулу, скажем фермента каталазы, то скорость каталитического разложения перекиси водорода возрастёт ещё в 10 млн. раз. Предполагается, что именно таким путём постепенного усложнения в процессе эволюции природа и ввела железо в состав биокатализаторов.
Но почему именно в этом решающее значение сыграли порфирины? Потому, что эти вещёства могли легко возникнуть в первичной атмосфере нашей планеты. Здесь нам придётся уклониться от основной темы нашего рассказа.
Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚
Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением
ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОКЧитайте также
Какую роль в государственной символике Новой Зеландии играет птица киви?
Какую роль в государственной символике Новой Зеландии играет птица киви? Киви – это нелетающая птица величиной с курицу, с сильными четырехпалыми ногами и длинным клювом. Ее бескрылое тело покрыто волосовидными перьями, напоминающими густую длинную шерсть. Киви
Что такое спермацет и какую роль он играет в организме кашалота?
Что такое спермацет и какую роль он играет в организме кашалота? Спермацетом называют воскоподобное вещество, получаемое при охлаждении жидкого животного воска, заключенного в большом фиброзном мешке в голове кашалота.Из одного кашалота добывают до 6 тонн спермацета.
Что такое лимфа и какую роль она играет в организме?
Что такое лимфа и какую роль она играет в организме? Лимфой называют жидкость, образующуюся из плазмы крови путем ее фильтрации в межтканевые пространства и оттуда в лимфатическую систему. При голодании лимфа прозрачная или слегка опалесцирующая. После приема пищи она
Какую роль в человеческом организме играет витамин А?
Какую роль в человеческом организме играет витамин А? Витамином А называют группу жирорастворимых соединений, содержащихся в животных тканях, в особенно больших количествах – в печени морских рыб и других животных. Преобладающей формой витамина А является ретинол
Какую роль в человеческом организме играет витамин В12 ?
Какую роль в человеческом организме играет витамин В12? Витамин В12 (кобаламин) представляет собой группу водорастворимых соединений, синтезируемых микроорганизмами. У человека и некоторых животных синтез кобаламина кишечной микрофлорой незначителен, поэтому он должен
Какую роль в человеческом организме играет витамин К?
Какую роль в человеческом организме играет витамин К? Витамин К представляет собой группу жирорастворимых соединений, образуемых микрофлорой кишечника. Витамин К участвует в биосинтезе факторов свертывания крови, а потому его недостаток ведет к развитию
Какую роль в человеческом организме играет никотиновая кислота?
Какую роль в человеческом организме играет никотиновая кислота? Никотиновая кислота (витамин РР) необходима для обеспечения процессов биологического окисления в организме. Недостаточность никотиновой кислоты приводит к быстрой утомляемости, слабости,
Природа и люди
Природа и люди Тихое, мелодичное жужжание все лето не умолкает в углу лаборатории. Здесь, торцом приставленный к подоконнику, стоит плоский стеклянный улей, в котором живет небольшая семья пчел. Ее поселяют сюда весной, перед тем как зацветают сады, и пчелы скоро
Природа власти
Природа власти ЧЕЛОВЕКООБРАЗНЫЕ ОБЕЗЬЯНЫ Их группы численно невелики и построены довольно просто, но по-разному у разных видов — от семейной у живущих на деревьях орангутанов до небольшого стада у шимпанзе, ведущих полуназемный образ жизни. Зоологи потратили много сил