Cтраница 2
Очень важным свойством этих соединений является способность образовывать комплексы с металлами, присущая всем макроциклическим тетрапирролам. В лаборатории относительно просто - синтезировать комплексы многих других металлов. [16]
Желчные пигменты, которые будут рассматриваться в этой же главе, но позже, являются тетрапирролами с открытой цепью; в их молекулах, как и в молекулах порфиринов, четыре пиррольных кольца соединены друг с другом углеродными мостиками между а-углеродными атомами пиррольных колец. Желчные пигменты различаются между собой числом и положением ненасыщенных углеродных мостиков, а также, подобно порфиринам, природой и расположением заместителей при 3-углеродных атомах пиррольных колец. У некоторых желчных пигментов имеются также различные заместители при внешних а-углеродных атомах двух концевых пирролов. [17]
Неочищенные ферментные препараты, например разрушенные клетки Chlorella или Rhodopseudomonas spheroides и гемолизированные эритроциты человека или птиц, образуют уропорфириногены I и III и другие тетрапирролы из ПБГ. Такие же препараты, если их перед инкубацией с субстратом предварительно нагреть ( например, препараты из Chlorella нагревают при 55 в течение 30 мин), образуют только изомер I, хотя никаких изменений в скорости потребления ПБГ при этом не обнаруживается. Разобщение потребления ПБГ и синтеза уропорфириногена I, с одной стороны, и образования уропорфириногена III - с другой, наблюдающееся при нагревании в мягких условиях, дает возможность предполагать, что в синтезе уропорфириногена III из ПБГ, по-видимому, участвуют два фермента. [18]
В красных водорослях ( Rhodophyceae), в основном содержащих только хлорофилл а, присутствуют в больших количествах фикобилины - комплексы между белками и линейными тетрапирролами, подобными фикоэритрину ( 10.13; гл. [19]
К числу фикобшшнов относятся, например, фикоциа-ны и фикоэритрины сине-зеленых и красных водорослей. Фикобилины являются сложными белками - хромопро-теидами ( фикобилипротеидами) с хромофорными группами, представляющими собой тетрапирролы, у которых, в отличие от хлорофилла, четыре пиррола не соединены в общее порфириновое кольцо, а имеют вид открытой цепи. [20]
Такого рода заболевания часто сопровождаются избыточным продуцированием, запасанием и выделением порфиринов. Сравнительно высокая молекулярная масса тетрапир-ролов, доминирующий эффект большого плоского ароматического кольца в циклической системе, а также низкая летучесть большинства этих соединений создают значительные трудности для их разделения и очистки с помощью таких классических методов, как перегонка, кристаллизация и возгонка. С другой стороны, все описанные здесь тетрапирролы обладают интенсивной окраской, многие из них флуоресцируют, поэтому их обнаружение, как визуальное, так и с помощью спектрофотометрии, представляет собой сравнительно простую задачу. Если принять во внимание все вышеизложенное, то покажется неудивительным, что в первых экспериментах по хроматографии, предпринятых Цветом [2], в качестве объекта были использованы пигменты листьев растений и что в настоящее время наилучшим методом выделения, разделения, очистки и анализа тетрапирро-лов является хроматография. [21]
Бриттона становится ясным, что иа этот вопрос следует дать отрицательный ответ. Действительно, шесть рассматриваемых в книге крупных групп природных пигментов - - каротиноиды, хиноны, О-гетероциклические пигменты ( главным образом флавоноиды), тетрапирролы ( гем, хлорофиллы, билииы, кобал-амины и др.), прочие N-гетероциклические пигменты ( флавины, феиазины, феноксазины, беталаины и др.) и меланины - во многом, а в некоторых случаях и полностью отличаются друг от друга как по биогенетическим путям, так и по функциям и распространению в природе. [22]
Из наиболее важных и интересных можно назвать сирогем 6.89, фактор F43o 6.90 и тунихлорин 6.91. Первый из них имеет большое значение для жизни некоторых бактерий, грибов и растений. Он входит в состав ферментов, восстанавливающих ион нитрита до аммиака. Эта реакция важна как одна из стадий усвоения неорганического азота. Два других названных тетрапиррола интересны как специфические хелаторы никеля. Фактор F43o выделен из метано-синтезирующих бактерий. Он входит в состав фермента, участвующего в биосинтезе метана ( см. разд. Второй никелевый комплекс 6.91 найден у морского беспозвоночного оболочника Trididemnum solidum, обитающего в Карибском море. Его физиологическая функция неизвестна. [23]
Детали структуры белка и ультраструктуры фитохрома полностью не установлены; структура белка у разных видов растений, по-видимому, различна. Тетрапиррольный хромофор, который может быть выделен (5.44), оказался сходным с фикобилинами водорослей. Точно характер связи хромофора с белком еще не известен, но ясно, что эта связь отличается от той, которая имеется у фикобилипротеинов. На рис. 5.16 показаны предполагаемое связывание тетрапиррол - белок у Рг-формы фитохрома и механизм ее превращения в Pfr-форму. [24]
Однако сам по себе он участвовать в этом преобразовании не может. Процесс фотосинтеза осуществляется в органел-лах растительных клеток, называемых хлоропластами. В них хлорофилл, ка-ротиноиды, структурные и ферментные белки образуют сложную пространственную структуру, в которой тетрапирролы 6.84 выполняют лишь один из этапов многоступенчатого каскада физических и химических явлений, конечный результат которого - синтез углевода из углекислого газа и воды. По своей химической структуре это комплексное координационное производное кобальтосодержащей кобириновой кислоты 6.85. Для простоты его формулу изображают в виде 6.86, где четырехугольником обозначен полный амид кислоты 6.85. К биосинтезу корриноида 6.86 способны некоторые бактерии, грибы и растения. Млекопитающие должны получать его с пищей. Кобаламин, как иначе называют витамин В, принадлежит к важнейшим ингредиентам ее. В форме цианида 6.86 витамин легче выделяется из природных источников. В нативном же состоянии цианид-ион заменен группой ОНГ или молекулой воды. [25]
Разнообразные по своей природе периферические заместители в молекулах производных тетрапиррола определяют как стабильность этих соединений, так и выбор хроматографическо-го метода, наиболее подходящего для их очистки. В случае же металлосодержащих производных необходимо учитывать еще и дополнительные факторы, поскольку образование комплекса сопряжено с изменением суммарного заряда молекулы, растворимости соединения и, следовательно, его стабильности и характера взаимодействия с сорбентом и подвижной фазой. Такое разнообразие химических и физических свойств не позволяет не только сделать какие-либо обобщения относительно предпочтительного метода хроматографирования порфиринов и родственных им тетрапирролов, но и предложить простую классификацию самих этих соединений. В силу вышеизложенного мы предпочли разбить все рассматриваемые соединения на две основные группы ( гидрофобные и гидрофильные) и по отдельности, в соответствии со структурой хромофоров, обсудить различные методы их разделения. Тем не менее представляется возможным сделать некоторые замечания общего характера, касающиеся, в частности, стабильности и способов обнаружения производных тетрапиррола. [26]
Многие из соединений группы тетрапиррола могут выполнять роль фотосенсибилизаторов в процессах перехода кислорода из основного триплетного состояния в синглетное. Поскольку двойные связи конъюгированных ароматических систем, а также ненасыщенные боковые заместители способны взаимодействовать с кислородом в синглетном состоянии, целесообразно - по меньшей мере в тех случаях, когда неизвестны химические свойства компонентов анализируемой смеси, - осуществ-лять хроматографическое разделение в отсутствие света ( обычно достаточно обернуть колонку или хроматографическую камеру алюминиевой фольгой) и защищать вещество от воздействия света до и после хроматографирования. Кроме того, ароматический характер тетрапирролов способствует как одноэлектронному окислению циклической части молекулы, так и аутоокисле-нию периферических заместителей, протекающему через промежуточное образование радикалов типа бензила. Когда молекулы адсорбированы на большой поверхности неподвижной фазы, скорость указанных реакций может существенно возрасти под действием света или окислителей, например присутствующих в растворителях пероксидов. Таким образом, как и в случае большинства других хроматографических экспериментов, для разделения рассматриваемых соединений следует использовать растворители подходящей квалификации. В силу того что тетрапирролы обладают высоким сродством к ионам металлов, необходимо позаботиться о том, чтобы растворители и сорбент не содержали примесей ионов тяжелых металлов, способных образовывать комплексы с хроматографируемыми соединениями. На практике, когда проводят выделение достаточно больших количеств вещества, это свойство тетрапирролов, как правило не создает особых проблем. Однако при работе на аналитическом уровне, особенно если соединения экстрагированы из природных источников, будь то биологические ткани или геологические образцы, необходимо отдавать себе отчет в том, что присутствие ионов металлов может привести к некоторому искажению хроматографической картины. [27]
С другой стороны, при работе с металлосодержащими производными тетрапиррола необходимо избегать условий, благоприятствующих деметаллированию этих комплексов. Большинство металлопорфиринов с трудом подвергается деметаллированию, однако это правило имеет и некоторые исключения. Например, магнийсодержащие порфирины теряют ион металла в присутствии даже следовых количеств соляной кислоты, которые содержатся в хлороформе, а также под воздействием сульфата магния, иногда используемого в качестве осушителя. Легкость деметаллирования магнийсодержащих хлорофиллов и бактериохлорофиллов с образованием соответствующих феофи-тинов создает одну из основных проблем, с которой приходится сталкиваться в ходе выделения и хроматографического разделения пигментов фотосинтезирующих клеток. В сущности, именно чрезвычайная чувствительность производных тетрапиррола к внешним воздействиям и заставила разработать описанные ниже очень мягкие методы выделения и хро-матографирования этих соединений. [28]