Protoporfirina

Qué es la protoporfirina

Porfirina procede del griego πορφύρα (porphyra), "púrpura", en alusión al color rojo intenso o violáceo de estos compuestos. El prefijo proto- (del griego πρῶτος, "primero") se emplea aquí dentro del sistema de nomenclatura que el químico alemán Hans Fischer desarrolló para clasificar los distintos tipos de porfirina según sus sustituyentes laterales: existen quince isómeros posibles de protoporfirina, aunque en la naturaleza solo aparece uno, designado protoporfirina IX.

Fischer dedicó buena parte de su carrera a desentrañar la química de estos pigmentos. En 1926 logró la primera síntesis de una porfirina y, en 1929, la de la propia hemina (el complejo de protoporfirina IX con hierro en estado férrico), un trabajo por el que recibió el Premio Nobel de Química en 1930. Suya es también la descripción, tan citada como sencilla, de que las porfirinas son "los compuestos que hacen verde a la hierba y roja a la sangre": la clorofila comparte con el hemo el mismo anillo tetrapirrólico, aunque quelando magnesio en lugar de hierro.

Estructura química

El anillo de la protoporfirina IX está formado por cuatro anillos pirrólicos unidos entre sí mediante puentes de metino, con ocho posiciones periféricas ocupadas por cuatro grupos metilo, dos grupos vinilo y dos grupos propiónicos, dispuestos en un patrón concreto (metilos en 1, 3, 5 y 8; vinilos en 2 y 4; propiónicos en 6 y 7) que la distingue del resto de isómeros posibles. Esta disposición particular de sustituyentes es lo que hace de la IX la única variante biológicamente relevante entre las quince que la química orgánica permite construir.

Biosíntesis y formación del grupo hemo

Todo arranca en la mitocondria, con la condensación de glicina y succinil-CoA para formar ácido delta-aminolevulínico, reacción catalizada por la ácido delta-aminolevulínico sintasa. Ya en el citosol, dos moléculas de ese ácido se combinan para dar porfobilinógeno, del que surgirá, tras varios pasos de ciclación y descarboxilación, el uroporfirinógeno III y después el coproporfirinógeno III. Este último regresa a la mitocondria, donde la coproporfirinógeno oxidasa lo transforma en protoporfirinógeno IX.

El protoporfirinógeno IX es, todavía, un compuesto incoloro e inestable. La enzima protoporfirinógeno oxidasa lo oxida a protoporfirina IX, ya con el sistema de anillos completamente conjugado que explica su color rojo característico. El último paso lo ejecuta la ferroquelatasa, que inserta un ion Fe2+ en el centro del anillo y completa así la molécula de hemo. Cuando el hierro escasea, la misma enzima puede insertar zinc en su lugar, dando protoporfirina de zinc: un subproducto que, medido en el laboratorio, sirve como marcador biológico tanto de la carencia de hierro como de la exposición crónica al plomo, ya que este metal bloquea la incorporación normal del hierro al anillo.

Diferenciación con otras porfirinas y con las porfirias

Conviene no confundir la protoporfirina con el resto de intermediarios de la misma vía: uroporfirinas, coproporfirinas y protoporfirinas se diferencian entre sí por el tipo y el número de sustituyentes laterales, no por su posición en la cadena metabólica. Cada defecto enzimático hereditario de la vía del hemo provoca la acumulación de un intermediario distinto, y de ahí nace la clasificación de las distintas porfirias. La deficiencia de ferroquelatasa, en concreto, provoca la acumulación de protoporfirina y da nombre a la protoporfiria eritropoyética, un trastorno genéticamente distinto de la porfiria eritropoyética congénita (enfermedad de Günther), que se debe a un defecto de una enzima anterior en la vía, la uroporfirinógeno III sintasa. La similitud de nombres entre ambas entidades es fuente frecuente de confusión, incluso en la literatura especializada.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama "proto"-porfirina?

El prefijo remite al griego "primero" y se usa aquí como parte del sistema de clasificación de isómeros de porfirina que consolidó Hans Fischer, no porque sea la primera porfirina descubierta ni la primera en formarse dentro de la célula.

¿La protoporfirina y la porfirina son lo mismo?

No. Porfirina es el nombre genérico de toda una familia de compuestos con anillo tetrapirrólico; protoporfirina es uno de sus miembros, definido por un patrón concreto de sustituyentes laterales.

¿Qué ocurre cuando falta hierro para formar el hemo a partir de la protoporfirina?

La ferroquelatasa puede insertar zinc en lugar de hierro en el anillo, generando protoporfirina de zinc. Esta molécula se acumula en los glóbulos rojos y puede medirse en sangre, lo que la convierte en un marcador de laboratorio útil tanto para detectar carencia de hierro como exposición al plomo, dos causas que interfieren en el mismo paso final de la vía.

¿En qué año se sintetizó por primera vez la hemina a partir de estos conocimientos?

En 1929, obra del químico alemán Hans Fischer, que recibió por ello el Premio Nobel de Química al año siguiente.

Referencias

1. Protoporfirina IX. Wikipedia, la enciclopedia libre. es.wikipedia.org
2. Porfirina. Wikipedia, la enciclopedia libre. es.wikipedia.org
3. Hans Fischer. Biographical / Facts. The Nobel Prize in Chemistry 1930. NobelPrize.org. nobelprize.org
4. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. NTP 160: La ZPP como marcador biológico en la detección precoz y diagnosis del saturnismo. INSST. insst.es