Porphyrine - Définition
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Introduction
Les porphyrines sont des molécules à structures cycliques impliquées dans le transport de l’oxygène et pouvant jouer le rôle de cofacteur lié (groupement prosthétique) de certaines enzymes.
Elles entrent dans la composition de l’hémoglobine et ont donc une place importante dans le métabolisme respiratoire.
Les propriétés physiques de ces structures en font également des fluorophores de choix pour marquer des réactifs biologiques (anticorps, nucléotides...).
Historique
Le terme porphyrine provient du grec porphura qui signifie violet (pourpre), cette couleur était celle d'un pigment extrait d'un coquillage utilisé dans l'antiquité pour teindre les tissus.
La découverte des porphyrines est intimement liée aux travaux menés sur la chlorophylle.
C'est en 1844 que Verdeil suggère un lien entre le pigment vert responsable de la couleur des feuilles et l'hème qui donne sa couleur rouge au sang. En 1896, Nencki propose pour la première fois une structure chimique des porphyrines basée sur le motif pyrrolique.
Synthèse des porphyrines
Biosynthèse
Voici une représentation schématique de la biosynthèse des porphyrines, avec des références selon leur nomenclature EC et la base de données OMIM. Les porphyries associées avec la déficience en chacune des enzymes sont également indiquées :
| Enzyme | Substrat | Produit | Chromosome | EC | OMIM | Porphyrie |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ALA synthase | Glycine, succinyl CoA | Acide delta-aminolévulinique (Acide δ-aminolévulinique) | 3 | Aucune | ||
| ALA déshydratase | Acide delta-aminolévulinique | Porphobilinogène | 9 | Hépatique aiguë | ||
| PBG désaminase | Porphobilinogène | Hydroxyméthyl bilane | 11 | Intermittente aiguë | ||
| Uroporphyrinogène III synthase | Hydroxyméthyl bilane | Uroporphyrinogène III | 10 | Congénitale érythropoïétique | ||
| Uroporphyrinogène III décarboxylase | Uroporphyrinogène III | Coproporphyrinogène III | 1 | Cutanea tarda | ||
| Coproporphyrinogène III oxydase | Coproporphyrinogène III | Protoporphyrinogène IX | 3 | Coproporphyrie | ||
| Protoporphyrinogène oxydase | Protoporphyrinogène IX | Protoporphyrine IX | 1 | Variegate | ||
| Ferrochélatase | Protoporphyrine IX | Hème | 18 | Protoporphyrie |
Structure chimique
Une porphyrine est un macrocycle hétérocyclique constitué de quatre sous-unités de pyrrole jointes sur les carbones "alpha" par quatre ponts méthine. Le macrocycle est donc complètement aromatique, à l'inverse des proches corrines ou chlorines.
Les porphyrines peuvent se combiner avec des métaux, s'associant ainsi avec eux dans la cavité centrale. On connaît des porphyrines contenant un atome de manganèse, de fer, de cobalt, de nickel, de cuivre, de zinc..., et de nombreux autres métaux sont insérables. Une porphyrine dont aucun métal n'est inséré est dite "base libre".
Certaines porphyrines de fer sont appelées hèmes, et les protéines contenant de l'hème, ou hémoprotéines, présentent un grand rôle en biochimie.
Si l'un des quatre pyrroles du macrocycle est réduit, on obtient une chlorine, comme par exemple dans la structure de la chlorophylle. Si deux des quatre pyrroles sont réduits, on obtient soit une bactériochlorine (comme dans quelques bactéries de photosynthèse), soit une isobactériochlorine, selon les positions relatives des pyrroles qui ont été réduits.
