プロトポルフィリンIX

プロトポルフィリンIXは、ポルフィリン類に分類される有機化合物であり、ヘム（ヘモグロビン）やクロロフィルなどの重要な化合物の前駆体として、生物体内で重要な役割を果たしています。濃い色の固体で、水には溶けません。名称はしばしばPPIXと略されます。

プロトポルフィリンIXは、顕著な芳香族性を持つテトラピロール大環状構造であるポルフィン骨格を含んでいる。プロトポルフィリンIXは、環の平面から反対方向（トランス方向）に曲がったNH結合を除いて、基本的に平面構造である。^{[ 2 ]}

プロトポルフィリンという一般用語は、4つのピロール環の外側の水素原子が他の官能基に置き換えられたポルフィン誘導体を指します。接頭辞プロトは科学命名法ではしばしば「最初の」を意味するため（例えば、炭素プロトオキシド）、ハンス・フィッシャーがポルフィリンの最初のクラスとしてプロトポルフィリンという名前を考案したと考えられています。^{[ 3 ]}フィッシャーは、鉄欠乏ヘムが「プロト」ポルフィリンになると記述しており、特にヒューゴ・カメラーのポルフィリンに言及しています。^{[ 4 ] [ 5 ]} 現代では、「プロト」はメチル基、ビニル基、カルボキシエチル基/プロピオン酸基の側鎖を持つポルフィリン種を指します。^{[ 6 ]}

フィッシャーは、 15 のプロトポルフィリン類似体を含むローマ数字命名システムも考案したが、この命名システムは体系的ではない。 ^{[ 7 ]}ヘムの別名は鉄プロトポルフィリン IX (鉄 PPIX) である。PPIX は、4 つのメチル基−CH ₃ (M)、2 つのビニル基−CH=CH ₂ (V)、および 2 つのプロピオン酸基−CH 2 _−CH 2 _−COOH ( P) を含む。接尾辞「IX」は、これらの鎖が、外側の環の周りで次のそれぞれの位置で MV-MV-MP-PM の環状順序で出現することを示している: c2、c3-c7、c8-c12、c13-c17、c18。^{[ 7 ]}

PPIX のメチン架橋は、 α (c5)、β (c10)、γ (c15)、δ (c20) と名付けられています。ヘムの文脈では、ヘムオキシゲナーゼによる代謝的生体変換により、α-メチン架橋が選択的に開裂してビリベルジン/ビリルビンが形成されます。この場合、生成されたビリンには接尾辞 IXα が付き、これは親分子がα 位で切断されたプロトポルフィリン IX であることを示しています。非酵素的酸化により、他の架橋位置で環が開裂する可能性があります。^{[ 8 ]}この文脈でのギリシャ文字の使用は、1932 年のGeorg Barkanの先駆的な研究に由来します。 ^{[ 9 ]}

• この化合物に紫外線を照射すると、鮮やかな赤色に蛍光を発する。
• 卵殻に特徴的な茶色を与える成分は、卵殻の成分である。 ^{[ 10 ]}

この化合物は、内部の 2 つの水素原子が二価の金属カチオンに置き換えられた錯体の形で自然界に存在します。鉄 (II) (二価鉄) カチオンFe ²⁺と錯体を形成すると、この分子はヘムと呼ばれます。ヘムは、いくつかの重要なタンパク質の補欠分子族です。これらのヘム含有タンパク質には、ヘモグロビン、ミオグロビン、シトクロム cなどがあります。亜鉛などの他の金属イオンとも錯体を形成することができます。^{[ 11 ]}

この化合物は、モノピロール（ポルホビリノーゲン）からテトラピロール（ポルフィリノーゲン、特にウロポルフィリノーゲンIII）を経て、非環状前駆体から合成される。この前駆体はプロトポルフィリノーゲンIXに変換され、プロトポルフィリンIXに酸化される。^{[ 11 ]}最後のステップは、プロトポルフィリノーゲンオキシダーゼという酵素によって媒介される。^{[ 12 ]}

プロトポルフィリノーゲンIX

 

3 O ₂

3 _H₂O₂​_​

3 O ₂

3 _H₂O₂​_​

 

プロトポルフィリンIX

プロトポルフィリンIXは、ヘム、シトクロムc、クロロフィルなどの生物学的に必須な補欠分子族の重要な前駆体です。そのため、多くの生物は、グリシンやスクシニルCoA、グルタミン酸などの基本的な前駆体からこのテトラピロールを合成することができます。プロトポルフィリンIXを合成する生物は多岐にわたりますが、そのプロセスは細菌から哺乳類までほぼ保存されており、高等植物にはいくつかの明確な例外があります。^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

これらの分子の生合成では、金属カチオンがキレート酵素と呼ばれる酵素によってプロトポルフィリンIXに挿入される。例えば、フェロキレート酵素は、マクロサイクルの中心に二価鉄を挿入することによって、それをヘムBに変換する。^{[ 16 ]}

プロトポルフィリンIX

 

Fe ²⁺

2 H ⁺

 

 

 

ヘムB

クロロフィル生合成において、マグネシウムキレート化酵素はそれをMg-プロトポルフィリンIXに変換する。

プロトポルフィリンIXは空気中で鉄塩と反応して錯体FeCl(PPIX)を生成する。^{[ 17 ]}塩素と配位したヘムはヘミンとして知られている。Fe以外の多くの金属はPPIXに配位するとヘム様錯体を形成する。特に興味深いのはコバルト誘導体で、これらは酸素キャリアとしても機能する。^{[ 18 ]}ニッケル、スズ、クロムなどの他の金属は治療価値について研究されている。^{[ 19 ]}

パレプロンはプロトポルフィリンIXの二ナトリウム塩である。^{[ 20 ]}

レイドローは1904年に初めてPPIXを単離した可能性がある。^{[ 5 ]}

5-ALA投与によるプロトポルフィリンIX蛍光は、膠芽腫の蛍光誘導手術に利用されている。^{[ 21 ] [ 22 ]}

• 一酸化炭素放出分子
• ヘムオキシゲナーゼ
• クロロフィルの生合成
• ヘムの生合成