Metalloporphyrins क्या है ? Hemoglobin के Example से समझिये.

इस लेख में, हम बायोइनऑर्गेनिक अणुओं में मेटालोपोर्फिरिन (Metalloporphyrins) के बारे में जानेगें। ये केमिस्ट्री नोट्स BSc MSc केमिस्ट्री के छात्रों के लिए मददगार हैं और CSIR NET, UGC GATE, या किसी अन्य सरकारी परीक्षा की तैयारी करने वाले छात्रों के लिए भी मददगार हैं।

Metalloporphyrins क्या है?

मेटालोपोर्फिरिन (metalloporphyrins), बायोइनऑर्गेनिक अणु (bioinorganic molecules) होते हैं जिसमें एक धातु आयन एक वर्ग प्लानर ज्यामिति (square planar geometry) में पोर्फिरिन रिंग की गुहा (cavity) के अंदर चार नाइट्रोजन परमाणुओं के साथ समन्वित होता है।

• अक्षीय स्थल (5वें और 6ठे स्थान) अन्य लिगेंड्स के लिए उपलब्ध हैं।
• मेटालोपोर्फिरिन के कुछ उदाहरण हीमोग्लोबिन, मायोग्लोबिन, साइटोक्रोम और क्लोरोफिल हैं।
• पोर्फिरिन के छल्ले पोर्फिन नामक मैक्रोसाइक्लिक लिगैंड के डेरिवेटिव हैं।
• पोर्फिरिन के छल्ले में विभिन्न समूह पोर्फिन अणु की परिधि से जुड़े होते हैं।
• पोर्फिरिन के छल्ले दो हाइड्रोजन आयनों को डायकेशन (यानी +2 डायसिड) बनाने के लिए स्वीकार कर सकते हैं या डायनियन बनाने के लिए दो प्रोटॉन दान कर सकते हैं।
• मेटालोपोर्फिरिन परिसरों में आंतरिक हाइड्रोजन परमाणुओं को द्विध्रुवीय धातु आयनों द्वारा प्रोटॉन के रूप में प्रतिस्थापित किया जाता है।
• इसलिए, धातु मुक्त पोर्फिरिन लिगैंड में -2 चार्ज होते हैं।
• चूंकि, इस मैक्रोसाइक्लिक लिगैंड की परिधि के चारों ओर -बॉन्ड की एक प्लेनर संयुग्मित प्रणाली है; यह क्राउन ईथर की तुलना में बहुत अधिक कठोर मैक्रोसाइक्लिक लिगैंड है।
• इसलिए, मुकुट ईथर की तुलना में कुछ धातु परमाणुओं के लिए लिगैंड अधिक चयनात्मक है।
• इसकी d8 Ni2+ आयन के लिए मजबूत प्राथमिकताएं हैं।
• अन्य धातु आयन वर्ग तल के ऊपर या नीचे जोड़ सकते हैं।
• परिधि के चारों ओर -इलेक्ट्रॉनों के निरूपण के कारण पोर्फिरीन के छल्ले कठोर होते हैं।
• पोर्फिरिन रिंग के केंद्र में गुहा का आकार पहली संक्रमण श्रृंखला के धातु आयनों के आवास के लिए आदर्श है।
• यदि धातु आयन बहुत छोटा है जैसे कि Ni2+, तो धातु आयन के नाइट्रोजन परमाणुओं के करीब पहुंचने की अनुमति देने के लिए रिंग को रफ किया जाता है।
• दूसरी ओर, यदि धातु आयन बहुत बड़ा है, तो यह गुहा में फिट नहीं हो सकता है और रिंग के ऊपर की स्थिति में रहता है जो कि गुंबद भी बन जाता है।
• हीम समूह के पोर्फिन अणु, मेटालोपोर्फिरिन और फे-प्रोटोपोर्फिरिन IX की संरचना को दिखाया गया है।

Figure 1: Porphine

Figure 2: Metalloporphyrin

Figure 3: Fe-protoporphyrin IX

जीवित प्रणालियों में आयरन की भूमिका (Role of Iron in living systems)

• आयरन जीवित प्रणालियों में शामिल सबसे महत्वपूर्ण संक्रमण धातु है, जो पौधों और जानवरों दोनों के लिए महत्वपूर्ण है।
• जीवित प्रणालियों में, लोहे में तीन अच्छी तरह से विशेषता प्रणालियां होती हैं:
• प्रोटीन जिसमें एक या एक से अधिक पोर्फिरीन रिंग होते हैं जैसे हीमोग्लोबिन, मायोग्लोबिन और साइटोक्रोम P-450।
• प्रोटीन जिनमें नॉन-हीम आयरन होता है जैसे आयरन-सल्फर यौगिक (रूबरडॉक्सिन, फेरेडॉक्सिन और नाइट्रोजनेज)।
• गैर-हीम डी-आयरन ऑक्सो-ब्रिज्ड यौगिक जैसे कार्बोक्सिलेट्स (हेमरीथ्रिन, राइबोन्यूक्लियोटाइड रिडक्टेस, और मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज)।

हीमोग्लोबिन की संरचना (Structure of Hemoglobin)

हीमोग्लोबिन में दो भाग होते हैं:

1. Heme groups
2. Globin proteins

आयरन (Fe) परमाणु युक्त पोर्फिरीन रिंग को हीम समूह कहा जाता है। प्रत्येक हीमोग्लोबिन अणु चार उप-इकाइयों से बना होता है, जिनमें से प्रत्येक में मुड़े हुए हेलिक्स या सर्पिल के रूप में एक ग्लोबिन प्रोटीन होता है। हीमोग्लोबिन को उसके चार उप-इकाइयों के कारण टेट्रामर कहा जाता है।

ग्लोबिन प्रोटीन दो प्रकार के होते हैं:

1. दो अल्फा प्रोटीन (141 अमीनो एसिड)
2. दो बीटा-प्रोटीन (146 अमीनो एसिड)

प्रत्येक प्रोटीन में एक ध्रुवीय और एक गैर-ध्रुवीय समूह होता है। चार ग्लोबिन प्रोटीन सबयूनिट्स (aऔर b) से बना है, प्रत्येक प्रोटीन आंशिक रूप से एक हीम समूह (Heme groups) को घेरता है।

दो अल्फा प्रोटीन (141 अमीनो एसिड)

Figure 4: Structure of Haemoglobin

इसमें चार सबयूनिट होते हैं;

(a) 2 अल्फा चेन जो प्रत्येक 141 एमिनो एसिड हैं

(b) 2 बीटा चेन जो प्रत्येक 146 एमिनो एसिड हैं,

 

दो बीटा-प्रोटीन (146 अमीनो एसिड)

Figure 5: Structure of Haemoglobin

प्रत्येक हीम समूह पोर्फिरीन पॉकेट में होता है।

(a) लोहे की एक अक्षीय स्थिति प्रोटीन से इमिडाज़ोल नाइट्रोजन के लिए बाध्य है।

(b) एक अक्षीय स्थिति उपलब्ध/खाली है या H₂O इसके लिए बाध्य है।