Porfirin adalah molekul cincin besar yang terdiri dari 4 pirol, yang merupakan cincin lebih kecil yang terbuat dari 4 karbon dan 1 nitrogen. Molekul pirol ini dihubungkan bersama melalui serangkaian ikatan tunggal dan rangkap yang membentuk molekul menjadi sebuah cincin besar.
Nama teknis untuk 4 pirol yang terhubung bersama adalah tetrapirol. Cincin itu datar pada ruang, dan distribusi elektron cukup sama di sekitar lingkar cincin. Untuk alasan ini, porfirin dianggap sebagai senyawa aromatik. Ini berarti molekul porfirin sangat stabil. Model porfirin umum disebut porfin. Molekul ini jarang ditemukan di alam sebagai zat antara, tetapi merupakan basis dari semua molekul porfirin. Porfin dapat dilihat di bawah ini.
Bagian biru molekul mewakili cincin aromatik yang membentuk dasar dari semua molekul porfirin. Molekul dan ikatan hitam pada akhirnya akan diganti dengan rantai samping yang kompleks. Molekul-molekul ini akan memungkinkan mesin seluler untuk menempel dan menggunakan porfirin. Porfirin juga mampu menyerap panjang gelombang cahaya tertentu, terutama jika dikaitkan dengan ion yang berbeda. Porfirin menyebabkan warna merah darah dan warna hijau tanaman, seperti dibahas di bawah ini.
Molekul porfirin melayani sejumlah fungsi pada hewan, tumbuhan, dan bahkan bakteri. Karena alasan ini porfirin dianggap sebagai molekul yang dilestarikan secara evolusi. Ini berarti bahwa karena kegunaannya, garis organisme yang tak terhitung jumlahnya telah menggunakan dan memodifikasi porfirin agar sesuai dengan kebutuhan mereka. Jenis Porfirin akan diuraikan di bawah ini.
Porfirin pada Hewan
Penggunaan utama molekul porfirin pada hewan adalah dalam pembangunan kelompok heme. Molekul-molekul ini hanyalah molekul porfirin dengan berbagai rantai samping disubstitusi di sekitar cincin utama. Dalam heme, cincin porfirin berfungsi penting. Molekul nitrogen di pusat cincin mampu “menampung” molekul besi. Ini adalah struktur porfirin, memegang besi, yang memberi darah warna merah. Walaupun nitrogen secara teknis tidak mengikat pada molekul besi, nitrogen tetap terikat oleh pengaruh molekul nitrogen dan distribusinya di ruang. Heme umum dapat dilihat di bawah ini.
Fungsi umum heme adalah untuk mengangkut oksigen. Ini bisa dilihat pada gambar di atas. Ketika oksigen terikat ke heme, oksigen dapat diangkut dengan cepat ke seluruh tubuh dan melalui sel. Ada protein spesifik yang terkait dengan setiap bagian tubuh yang menggunakan heme untuk mengangkut oksigen. Sel darah merah memiliki protein hemoglobin, yang menahan heme di tempatnya. Protein ini juga memberikan fungsionalitas pada heme. Ketika hemoglobin berada dalam lingkungan yang asam, misalnya, ia berubah bentuk. Perubahan bentuk ini memaksa oksigen terlepas dari heme. Mekanisme ini telah berkembang karena karbon dioksida membuat darah menjadi asam, dan merupakan produk sampingan dari penggunaan oksigen. Karena itu, ketika karbon dioksida tinggi, sel membutuhkan lebih banyak oksigen. Mekanisme hemoglobin ini memungkinkan oksigen untuk dilepaskan di bagian tubuh yang benar.
Molekul pengikat heme lainnya, mioglobin, berfungsi sebagai molekul pengangkut oksigen di dalam sel otot. Heme ini juga terbuat dari porfirin, dan mengandung zat besi. Myoglobin memiliki rantai samping yang berbeda dari hemoglobin. Dengan demikian, dapat berinteraksi dengan mesin sel otot, dan mengirimkan oksigen dari permukaan sel ke mitokondria yang membutuhkan oksigen fosforilasi oksidatif. Kelompok heme, terbuat dari molekul porfirin, juga terlihat dalam molekul sitokrom rantai transpor elektron. Di sini, molekul besi berfungsi seperti penyimpanan untuk elektron ekstra. Itu mengambil elektron bila perlu, dan melepaskannya di waktu lain. Rantai transpor elektron adalah serangkaian protein sitokrom yang kompleks, masing-masing menyemprotkan kelompok heme. Ini bekerja serempak untuk mentransfer energi dari elektron, menggerakkan pompa proton dan menyimpan energi dalam bentuk ATP.
Molekul porfirin adalah molekul organik, dan harus dibuat dan dihancurkan oleh protein spesifik dalam tubuh. Karena protein diprogram oleh DNA, setiap mutasi pada DNA dapat menyebabkan kegagalan fungsi pada protein yang memproses molekul porfirin. Meskipun biasanya sangat membantu, porfirin yang belum terbentuk dengan benar atau tidak dapat dipecah menjadi ancaman serius bagi tubuh. Molekul porfirin sangat interaktif. Mereka dapat mengganggu membran sel, dan karena mereka memegang molekul besi dengan potensi untuk bertindak sebagai penyerap elektron, mereka mendorong pembentukan radikal bebas.
Kondisi genetik yang menyebabkan penumpukan porfirin karena ketidakmampuannya untuk dipecah atau diciptakan dengan benar disebut Porfiria. Ada banyak jenis Porfiria, berdasarkan mana enzim menjadi bermutasi. Karena itu, ada berbagai gejala dan perawatan untuk versi yang berbeda. Pada akhirnya, molekul porfirin yang menyebabkan masalah ini harus diidentifikasi dan ditangani. Ini bisa berarti mengganti porfirin buatan, atau menempatkan pasien melalui terapi gen untuk membuat tubuh mereka menghasilkan enzim yang tepat. Porfiria sering didiagnosis dengan urin berwarna ungu, disebabkan oleh porfirin tak terputus yang tertinggal dalam urin.
Porfirin dalam Tanaman
Karena molekul porfirin dilestarikan secara evolusioner, kita melihat porfirin yang mengandung zat besi pada tanaman sama seperti pada hewan. Tumbuhan juga menggunakan rantai transpor elektron untuk menghasilkan ATP, dan porfirin yang serupa digunakan seperti pada hewan.
Namun, tanaman juga telah menguasai konfigurasi molekul porfirin yang berbeda, yang memungkinkan mereka menangkap energi di bawah sinar matahari. Klorofil adalah molekul khusus yang dirancang di sekitar basis porfirin. Terlihat di bawah, molekul klorofil memiliki beberapa rantai samping unik dari molekul porfirin. Ini juga memiliki rantai samping yang sangat panjang, terlihat keluar dari bawah. Rantai samping ini sedikit mengubah bentuk dan konfigurasi porfirin dasar.
Anda akan melihat bahwa alih-alih besi (Fe), sekarang ada ion magnesium (Mg) “ditangkap” di dalam porfirin. Tidak seperti kelompok heme, yang mengandung zat besi, magnesium dalam klorofil tidak mampu mentransfer oksigen. Sebagai gantinya, molekul berfungsi untuk menangkap energi dari sinar matahari. Ion magnesium membantu menangkap dan menyimpan elektron selama proses berlangsung. Ion magnesium juga membantu porfirin menyerap cahaya merah dan biru, alih-alih memantulkan cahaya merah seperti halnya dengan darah. Hal ini menyebabkan hanya warna hijau yang kuat, yang memberi warna hijau pada tanaman.
Porfirin lainnya
Di luar tumbuhan dan hewan, ada porfirin hampir di mana-mana di dunia. Bakteri menggunakan porfirin dalam cara yang mirip dengan sel-sel hewan, meskipun molekul akhir yang mereka gunakan mungkin terlihat sangat berbeda dari hewan. Bakteri tertentu juga memiliki kemampuan berfotosintesis, dan seperti tanaman, mereka menggunakan porfirin untuk menangkap energi matahari. Ada juga zat seperti vitamin B12, yang disintesis dari porfirin untuk memulai, tetapi hampir tidak menyerupai yang lengkap.
Porfirin juga dapat disintesis di laboratorium. Molekul-molekul ini, karena mereka bertindak sebagai pigmen, telah digunakan dalam pewarna dan sebagai warna dalam berbagai larutan. Meskipun kita dapat mensintesis banyak porfirin di lab, mereka cenderung lebih simetris daripada porfirin alami. Ini karena tubuh kita menggunakan enzim yang dikembangkan selama ribuan tahun untuk membentuk porfirin menjadi bentuk yang bermanfaat. Pemahaman kita tentang biokimia belum cukup maju untuk mereplikasi proses ini di lab.
Contoh lain yang menarik dari porfirin dapat ditemukan dalam minyak mentah. Rupanya, selama berabad-abad terkubur di bawah Bumi, molekul organik dapat secara alami terbentuk menjadi porfirin. Zat-zat ini ditemukan sebagai produk sampingan ketika minyak mentah diekstraksi dari tanah. Ilmuwan evolusi telah berhipotesis bahwa porfirin ini, dan yang dibuat dengan metode serupa, bisa menjadi bahan awal kehidupan di Bumi pertama kali berkembang.
