البورفيرين

البورفيرينات ( تُلفظ / ˈpɔːrfərɪns / ) هي مركبات عضوية حلقية كبيرة غير متجانسة ، تتكون من أربع وحدات فرعية من البيرول المعدل، مترابطة عند ذرات الكربون ألفا الخاصة بها عبر روابط ميثين ( =CH− ). في الفقاريات ، يُعد الهيم أحد المكونات الأساسية لمجموعة البورفيرين ، وهو أحد مكونات البروتينات الهيمية ، التي تشمل وظائفها نقل الأكسجين في مجرى الدم . أما في النباتات ، فيُعد الكلوروفيل أحد مشتقات البورفيرين الأساسية ، وهو يشارك في امتصاص الضوء ونقل الإلكترونات في عملية التمثيل الضوئي .

البورفين هو المركب الكيميائي النادر ذو الأهمية النظرية البحتة، وهو الأصل الذي تُشتق منه البورفيرينات . تُسمى البورفينات المُستبدلة بالبورفيرينات. ^{[ 1 ]} تحتوي حلقة البورفيرين على 26 إلكترون باي، مما يجعلها نظامًا عطريًا مُنسقًا . ^{[ 2 ]} من نتائج هذا النظام المُترافق الكبير امتصاص البورفيرينات بقوة في المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي، أي أنها ذات لون داكن. يُشتق اسم "بورفيرين" من الكلمة اليونانية πορφύρα (porphyra) التي تعني " أرجواني " . ^{[ 3 ]} 

تتكون معقدات البورفيرين من نواة مربعة مستوية من MN₄ _. تُظهر أطراف البورفيرينات، المكونة من ذرات كربون مهجنة sp² ^، انحرافات طفيفة عن الاستواء. يُعزى شكل البورفيرينات "المُجعّدة" أو السرجية إلى تفاعلات النظام مع بيئته. ^{[ 4 ]} بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما لا يكون المعدن متمركزًا في مستوى N₄ _. [ ^{5 ] بالنسبة} للبورفيرينات الحرة، يكون بروتونا البيرول متقابلين في وضعية ترانس، ويبرزان خارج مستوى N₄ _. [ ^{6 ] ترتبط} هذه التشوهات غير المستوية بتغيرات في الخصائص الكيميائية والفيزيائية. تُعد حلقات الكلوروفيل أكثر وضوحًا في عدم استوائها، لكنها أكثر تشبعًا من البورفيرينات. ^{[ 7 ]}

بالتزامن مع إزاحة بروتونين من مجموعة N- H ، ترتبط البورفيرينات بأيونات المعادن في "جيب" N4. عادةً ما تكون شحنة أيون المعدن 2+ أو 3+. يوضح الشكل معادلة تخطيطية لهذه التفاعلات، حيث M = أيون المعدن و L = ربيطة .

H₂ بورفيرين + [ MLₙ _] ^{²⁺ →} _M ⁽ بورفيرينات) _{Lₙ⁻⁴ + 4L} + 2H⁺

• البورفيرينات ومشتقاتها التمثيلية
• 
  مشتقات بروتوبورفيرين IX شائعة في الطبيعة، وهي المادة الأولية للهيمات .
• 
  الأوكتاثيثيلبورفيرين (H ₂ OEP) هو نظير اصطناعي للبروتوبورفيرين IX. على عكس روابط البورفيرين الطبيعية، فإن OEP ²⁻ متناظر للغاية.
• 
  يُعدّ رباعي فينيل بورفيرين (H₂TPP ₎ نظيرًا اصطناعيًا آخر لبروتوبورفيرين IX. وعلى عكس روابط البورفيرين الطبيعية، يتميز TPP²⁻ ^بتناظر عالٍ. ومن الاختلافات الأخرى أن مراكز الميثين فيه تشغلها مجموعات فينيل.
• 
  عرض مبسط للهيم ، وهو مركب من بروتوبورفيرين IX
• 
  نموذج لحلقة نانوية مكونة من 40 جزيء بورفيرين
• 
  صورة مجهر المسح النفقي (STM) لحلقة نانوية مكونة من 40 جزيء بورفيرين

الجيوبورفيرين، المعروف أيضًا باسم البتروبورفيرين، هو بورفيرين ذو أصل جيولوجي. ^{[ 8 ]} يمكن أن يوجد في النفط الخام ، والصخر الزيتي ، والفحم، أو الصخور الرسوبية. ^{[ 8 ] [ 9 ]} يُعد الأبيلسونيت على الأرجح المعدن الوحيد من معادن الجيوبورفيرين، إذ من النادر أن توجد البورفيرينات منفردة وتشكل بلورات. ^{[ 10 ]}

نشأ مجال الكيمياء الجيولوجية العضوية من عزل البورفيرينات من البترول. وقد ساهمت هذه النتائج في تحديد الأصول البيولوجية للبترول. ^{[ 11 ] [ 12 ]} يُكشف أحيانًا عن بصمة البترول من خلال تحليل كميات ضئيلة من بورفيرينات النيكل والفاناديل . تُعدّ البورفيرينات المعدنية عمومًا مركبات عضوية شديدة الاستقرار، وقد أوضحت البنى التفصيلية للمشتقات المستخلصة أنها مشتقة من الكلوروفيل.

في حقيقيات النوى غير ذاتية التغذية الضوئية ، كالحيوانات والحشرات والفطريات والأوليات ، بالإضافة إلى مجموعة بكتيريا ألفا بروتيو، تُعدّ الخطوة الحاسمة في عملية التخليق الحيوي للبورفيرين هي تكوين حمض دلتا-أمينوليفولينيك (δ-ALA، أو 5-ALA، أو dALA) من خلال تفاعل الحمض الأميني جليسين مع سكسينيل-CoA من دورة حمض الستريك . أما في النباتات والطحالب والبكتيريا ( باستثناء مجموعة ألفا بروتيو) والعتائق ، فيُنتَج هذا الحمض من حمض الجلوتاميك عبر غلوتاميل-tRNA وغلوتامات-1-سيميالدهيد . وتشمل الإنزيمات المشاركة في هذا المسار: سينثيتاز غلوتاميل-tRNA ، ومختزلة غلوتاميل-tRNA ، وغلوتامات -1-سيميالدهيد 2،1-أمينوميوتاز . يُعرف هذا المسار باسم مسار C5 أو مسار بيل.

يتحد جزيئان من حمض ديامينوليفولينيك (dALA) بواسطة إنزيم بورفوبيلينوجين سينثاز لتكوين بورفوبيلينوجين (PBG)، الذي يحتوي على حلقة بيرول. ثم تتحد أربعة جزيئات من بورفوبيلينوجين (PBG) عبر عملية نزع الأمين لتكوين هيدروكسي ميثيل بيلان (HMB)، الذي يتحلل مائيًا لتكوين جزيء يوروبورفيرينوجين III ، وهو جزيء رباعي البيرول حلقي . يخضع هذا الجزيء لعدد من التعديلات اللاحقة. تُستخدم المركبات الوسيطة في أنواع مختلفة لتكوين مواد معينة، ولكن في البشر، يتحد الناتج النهائي الرئيسي، بروتوبورفيرين IX، مع الحديد لتكوين الهيم. أصباغ الصفراء هي نواتج تحلل الهيم.

يلخص المخطط التالي عملية التخليق الحيوي للبورفيرينات، مع الإشارة إلى رقم EC وقاعدة بيانات OMIM . كما يوضح المخطط البورفيريا المرتبطة بنقص كل إنزيم.

يُعد تفاعل روثيموند أحد طرق التخليق الشائعة للبورفيرينات ، وقد تم الإبلاغ عنه لأول مرة في عام 1936، ^{[ 13 ] [ 14 ]} وهو أيضًا الأساس للطرق الأحدث التي وصفها أدلر ولونغو. ^{[ 15 ]} المخطط العام هو عملية تكثيف وأكسدة تبدأ بالبيرول والألدهيد .

• 
  بنية لويس لمركب ميزو -تترافينيلبورفيرين
• 
  قراءة الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لمركب ميزو - تترافينيلبورفيرين
• 
  البورفيرين المنشط بالضوء. الأكسجين أحادي الذرة. شيخوخة الخلايا.

• البورفيريا – اضطرابات أيضية تتراكم فيها البورفيرينات في الجسم 
• الهيم – مركب تنسيق كيميائي لأيون الحديد المرتبط بالبورفيرين 
• السيتوكروم P450 – فئة من الإنزيمات التي تحتوي على الهيم
• الكلوروفيل – يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالبورفيرين
• الكورولات – فئة وثيقة الصلة من الجزيئات، بما في ذلك فيتامين ب ₁₂
• يحتوي العامل المساعد F430 على البورفيرين.
• الفثالوسيانين والتترابيرازينوبورفيرازين هما بورفيرينات مستبدلة بالنيتروجين.
• رباعي أنثرابورفيرين – بورفيرين ممتد 

• مجلة البورفيرينات والفثالوسيانينات
• دليل علم البورفيرين
• بورفينيت – موقع إلكتروني غني بالمعلومات حول البورفيرينات والهياكل ذات الصلة