프로토포르피린 IX
1. 개요
프로토포르피린 IX는 네 개의 피롤 고리로 구성된 포르피린 유도체로, 헴, 엽록소 등 생체 내 중요한 보결분자단의 전구체이다. 'proto-'는 '첫 번째'를 의미하며, 헴의 대체 이름은 철 프로토포르피린 IX(철 PPIX)이다. 프로토포르피린 IX는 자연에서 금속 양이온과 복합체를 이루는 형태로 존재하며, 생합성을 통해 생성된다. 프로토포르피린 IX는 5-아미노레불린산 투여로 인한 형광을 이용하여 교모세포종 수술에 활용되며, 자외선 하에서 붉은색 형광을 낸다.
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포르피린 -
헴
헴은 다양한 생물학적 기능을 수행하는 단백질의 조효소로, 헴 B, 헴 A, 헴 C, 헴 O 등 여러 종류가 있으며 포르피린 합성 과정을 통해 생성되고 헴 단백질의 기능은 단백질 내 헴 거대고리의 환경에 의해 조절되며 과다 섭취 시 건강 위험이 있을 수 있다. -
포르피린 -
엽록소 c
엽록소 c는 갈조류, 규조류, 와편모조류 등 해양 조류에서 발견되는 엽록소의 한 종류로, 엽록소 c1, c2, c3를 포함하며 광합성에 관여하고, 엽록소 c2가 가장 흔하며, 엽록소 c3는 구조적 차이가 있고, 엽록소 c1은 엽록소 c2와 유사한 구조를 가지며 다이비닐프로토클로로필라이드에서 생합성된다.
2. 명명법
일반적인 용어인 프로토포르피린은 네 개의 피롤 고리의 바깥쪽 수소 원자가 다른 작용기로 대체된 포르핀 유도체를 지칭한다. 접두사 "proto"는 과학 명명법에서 종종 '첫 번째'를 의미하며, 일산화탄소 한스 피셔는 프로토포르피린을 최초의 포르피린 종류로 명명한 것으로 여겨진다. 피셔는 철이 제거된 헴이 특히 휴고 카머러의 포르피린과 관련하여 "proto-" 포르피린이 된다고 설명했다. 현대에는 'proto-'는 메틸, 비닐, 카르복시에틸/프로피오네이트 곁사슬을 가진 포르피린 종을 구체적으로 나타낸다.
피셔는 또한 15개의 프로토포르피린 유사체를 포함하는 로마 숫자 명명 시스템을 만들었지만, 이 명명 시스템은 체계적이지 않다. 헴의 대체 이름은 철 프로토포르피린 IX(철 PPIX)이다. PPIX는 네 개의 메틸기(-CH3) (M), 두 개의 비닐기(-CH=CH2) (V), 두 개의 프로피온산(-CH2-CH2-COOH) (P)를 포함한다. 접미사 "IX"는 이 곁사슬이 외부 고리 주위에 MV-MV-MP-PM 순서로 c2, c3-c7, c8-c12, c13-c17, c18 위치에 나타남을 의미한다.
PPIX의 메틴기 다리는 알파(c5), 베타(c10), 감마(c15), 델타(c20)로 명명된다. 헴의 맥락에서, 헴 산소화 효소에 의한 대사 생체 변환은 알파-메틴 다리의 선택적 개방으로 이어져 빌리베르딘/빌리루빈을 형성한다. 이 경우, 생성된 빌린은 부모 분자가 알파 위치에서 절단된 프로토포르피린 IX임을 나타내는 접미사 IXα를 갖는다. 비효소적 산화는 다른 다리 위치에서 고리 개방을 초래할 수 있다. 이 맥락에서 그리스 문자의 사용은 1932년 게오르크 바르칸의 선구적인 연구에서 유래되었다.
3. 자연적인 생성
프로토포르피린 IX는 자연에서 내부의 2개의 수소 원자가 2가의 금속 양이온으로 치환된 복합체의 형태로 발견된다. 프로토포르피린 IX이 철(II) 양이온(Fe2+)과 복합체를 이루면 헴이 형성된다. 몇몇 중요 단백질에서 헴은 보결 분자단으로 작용한다. 이러한 헴을 함유하고 있는 단백질에는 헤모글로빈, 미오글로빈, 사이토크롬 c 등이 있다. 또한 아연과 같은 다른 금속 이온과 결합하여 복합체를 형성할 수도 있다.
4. 생합성
프로토포르피린 IX는 자연에서 내부의 2개의 수소 원자가 2가의 금속 양이온으로 치환된 복합체의 형태로 발견된다. 프로토포르피린 IX가 철(II) 양이온(Fe2+)과 복합체를 이루면 헴이 형성된다. 헴은 헤모글로빈, 미오글로빈, 사이토크롬 c와 같은 일부 중요 단백질에서 보결분자단으로 작용한다. 프로토포르피린 IX는 아연과 같은 다른 금속 이온과 결합하여 복합체를 형성할 수도 있다.
프로토포르피린 IX는 비고리형 전구체로부터 모노피롤(포르포빌리노젠), 테트라피롤(포르피리노젠, 구체적으로 유로포르피리노젠 III)을 거쳐 합성된다. 이러한 대사 중간생성물은 프로토포르피리노젠 IX로 전환된 다음, 프로토포르피리노젠 산화효소에 의해 프로토포르피린 IX로 산화된다. 이 반응은 프로토포르피리노젠 산화효소에 의해 촉매된다.
프로토포르피린 IX는 헴, 사이토크롬 c, 엽록소와 같은 생물학적으로 필수적인 보결분자단의 중요한 전구체이다. 많은 생물들은 글리신, 석시닐-CoA, 글루탐산과 같은 기본적인 전구체들로부터 이러한 테트라피롤을 합성할 수 있다. 프로토포르피린 IX를 합성하는 생물은 광범위하게 존재하지만, 이 대사 과정은 고등 식물에서 몇 가지 예외를 제외하고 세균에서 포유류에 이르기까지 대부분 보존되어 있다.
4.1. 금속 킬레이테이스
이들 분자의 생합성 과정에서 금속 양이온은 킬레이테이스라는 효소에 의해 프로토포르피린 IX로 삽입된다. 예를 들어, 페로킬레이테이스는 프로토포르피린 IX를 헴 B(Fe-프로토포르피린 IX 또는 프로토헴 IX)로 전환시킨다. 엽록소 생합성에서 마그네슘 킬레이테이스는 프로토포르피린 IX를 Mg-프로토포르피린 IX로 전환시킨다.
5. 합성 유도체
프로토포르피린 IX는 공기 중의 철염과 반응하여 FeCl(PPIX) 착체를 생성한다. 염소와 배위된 헴은 헤민으로 알려져 있다. Fe 외에도 많은 금속이 프로토포르피린 IX(PPIX)와 배위될 때 헴 유사 착체를 형성한다. 특히 흥미로운 것은 산소 운반체로도 기능하는 코발트 유도체이다. 그 외에 니켈, 주석, 크롬 등 다른 금속도 치료적 가치를 위해 연구되었다.
팔레프론은 프로토포르피린 IX의 이나트륨 염이다.
7. 임상적 중요성
5-아미노레불린산(5-ALA) 투여로 인한 프로토포르피린 IX 형광은 교모세포종의 형광 유도 수술에 사용된다.
8. 성질
자외선을 이 화합물에 비추면 밝은 붉은색으로 형광을 낸다. 또한 달걀 껍질에 특유의 갈색을 부여하는 성분이기도 하다.