B12-vitamin koenzim és Modellvegyületei

a B12-vitamint vagy a cianokobalamint először anti-káros anaemia faktorként izolálták. Régóta lenyűgözte a vegyészeket egyedülálló összetett szerkezete és változatos katalitikus aktivitása miatt. A B12-Vitamin biológiailag inaktív, aktív formáit B12 koenzimeknek vagy kofaktoroknak nevezik, amelyek fontos szerepet játszanak a nukleinsav -, fehérje-és lipidszintézissel kapcsolatos esszenciális enzimatikus reakciókban. A B12-vitamint mikroorganizmusok (baktériumok/gombák) termelik, és ez csak fémet (kobaltot) tartalmazó vitamin. A növények nem termelnek vagy tartalmaznak B12-vitamint, és az élelmiszerforrások közé tartozik a tojás, a hús, a hal, a tej és más tejtermékek.

Lenhert és Crowfoot-Hodgkin 1961-ben felfedezték, hogy a B12 koenzim egy adenozilcsoportot tartalmaz, amely a kobaltközponthoz kapcsolódik egy közvetlen C-C-C-C kötéssel, ami először jelezte a fém-szén kötés jelenlétét a biológiai rendszerekben (ábra. 1). A B12 koenzimben lévő Co-C-kötést az egyik legstabilabb, valaha jelentett szerves-szerves-kobalt-kötésnek tekintik. Megfigyelték, hogy a B12-vitamin makrociklusos ligandumrendszere jelentősen befolyásolja és módosítja a kobalt tulajdonságait, lehetővé téve, hogy rendkívül stabil Co–C kötést képezzen. Crowfoot-Hodgkin elnyerte a kémiai Nobel-díjat (1964) a B12-vitamin komplex szilárdtest-szerkezetének meghatározásáért (más biológiai jelentőségű molekulák, például a penicillin és a koleszterin szerkezetével együtt) röntgendiffrakciós spektroszkópiával.

az ismert B12 koenzimek/kofaktorok az alkil-kobalaminok (RCbl), amelyek egy tetrapirrol makrociklusos ligandum kobalt komplexéből (corrin gyűrű) állnak, függő nukleotiddal (molekulán belül kötött 5,6-dimetil-benzimidazol), amely az oktaéderes Co(III) öt koordinációs helyét foglalja el, a hatodik helyet pedig különböző r csoportok foglalják el különböző kofaktorokban, metil-kobalamin (MeCbl, R = CH3) és koenzim B12 (5′ – dezoxiadenozil-kobalamin, adocbl, R = 5′ – dezoxiadenozil). A B12-vitaminban a hatodik helyet egy CN ligandum (cianokobalamin, CNCbl, R = CN) foglalja el, biológiailag inaktív faj. A B12-vitamin koenzimekben a corrin gyűrűrendszer nagyjából sík, a rövid oldalláncok (acetamid) a corrin gyűrűs síkja fölé nyúlnak, míg a hosszú oldalláncok (propionamid) a gyűrűs sík alá nyúlnak. Kémiai szempontból az alkil-kobalaminok stabilak és savállóak, de termo – és Foto-labilis organokobalt komplexek. A B12-vitamin koenzimek csak a megfelelő apoenzimek jelenlétében mutatnak nagy reaktivitást, és a Co–C kötés labilizációjának sebessége 1013–as faktorral növelhető, ez azt jelzi, hogy a fehérje konformációs változásai nagy szerepet játszanak a Co-C kötés stabilitásában és reaktivitásában.

a B12-függő enzimek összes ismert reakciója magában foglalja a Co–C kötés létrehozását és megszakítását. A két B12-vitamin koenzimre, az AdoCbl-re és a MeCbl-re feltételezték a Co-C-C-C-kötések különböző hasítási módjait. Az adenozil–kobalamin (AdoCbl) koenzimet tartalmazó enzimek megkövetelik a Co-C kötés homolitikus hasítását, ami cob(II)alamin és 5′-dezoxiadenozilgyök képződését eredményezi, pl. izomeráz és mutáz enzimek, amelyek egy hidrogénatom és egy elektronegatív csoport intramolekuláris 1,2-eltolódását katalizálják.

a metilkobalamin (MeCbl)egy kofaktor a metiltranszferáz enzimekben, amelyek a co–C kötés heterolitikus hasítását igénylik, így mindkét elektron a kobalton marad, ami metil-karbokáció és Co(I) alamin képződését eredményezi. Ezek az enzimek részt vesznek a metil-transzferreakciókban, például metionin-szintáz. (Ábra. 3).

B12-vitamin koenzim modellek

Hodgkin úttörő munkáját követően számos organokobaltvegyületet jelentettek, és ezek közül néhányat javasoltak a B12-vitamin modelljeként. G. N. Schrauzer és Kohnle 1964-ben arról számoltak be, hogy a B12 koenzim reakcióját a monoanionos dimetil-glioxim(dmgH), az R csoport és a B. csoport sokkal egyszerűbb Co (III) komplexeivel lehet szimulálni. 4).

itt R egy szerves csoport, amely kobalthoz kötődik, például alkilokhoz, B pedig semleges axiális bázis ligandum transz-Co-C kötés, például piridin, H2O stb. Ezeket a vegyületeket “kobaloximoknak” nevezték el, hogy hangsúlyozzák a kobalaminokkal való hasonlóságukat. Számos kobaloximot szintetizáltak különböző Egyenlítői dioximokkal és axiális ligandumokkal (R és B), hogy tanulmányozzák a ligandumok szterikus és elektronikus természetének a Co–C kötés stabilitására gyakorolt hatását. Ezenkívül számos más B12-vitamin analógot szintetizáltak különböző Schiff-bázis típusú ligandumokkal, például BAE és SALEN (füge. 5a és 5b). A + típusú komplexek (ábra. 5c) monoanionos tetradentát ligandummal Costa számolt be, et al. Kobalt komplexek porfirinekkel és tetraaza makrociklikus ligandumokkal (1,4,8,11-tetraazaciklotetradekán) (ábra. 5d) is vizsgálták, mint a B12 modell vegyületek.

Kobaloxim, mint a B12 koenzim jobb modellje

bár sok modellvegyületről számoltak be, megfigyelték, hogy az egyszerű kobaloximok jobban szimulálják a B12-vitamin koenzimek reakcióit. Egyenlítői dioximok modellezik a B12 koenzimek corrin gyűrűjét és a kobalaminokon rendelkezésre álló kristálytani adatok arra utalnak, hogy az axiális R csoport változásának szerkezeti hatásai hasonlóak a kobaloximokban találhatókhoz. Az elméleti számítások szoros hasonlóságot mutattak a kobalamin és a kobaloximok között. A kobaloxim két elektron redukciója co(I) – t termel, mint szuper nukleofil, amely a ch-vel való reakció után3i ad . Ez a reakció nagyon hasonlít a B12 koenzim kémiájához. Az egyenlítői dioximok és axiális bázisok által a Co–C kötés tulajdonságaira gyakorolt hatások vizsgálata betekintést nyújt a Co–C kötés homolízisébe és heterolízisébe a B12 koenzimekben. Ezeken kívül a kobaloximok könnyen szintetizálhatók a Co(I) egylépéses alkilezésével, amelyet in situ állítanak elő a könnyen hozzáférhető és olcsó kiindulási anyagokból (dimetil-glioxim és piridin), míg a többi kelátrendszer többsége ligandum szintézisét, majd fémkomplexációt igényel.

könnyű különböző tulajdonságokkal rendelkező ligandumokat beépíteni az alkil-kobaloximba, és ez nem vezethető be ilyen könnyen más modellrendszerekbe. Ennél is fontosabb, hogy a kobaloximok ideális rendszer az NMR spektroszkópiával történő szerkezeti meghatározáshoz. Mindezek az előnyök a kobaloximok tulajdonságainak széles körű tanulmányozásához vezettek, hogy utánozzák a B12 koenzimek jellemzőit. A kobaloximokkal kapcsolatos legújabb tanulmányok azonban azt mutatták, hogy ezek kinőtték kezdeti jelentőségüket B12 modellként. Független kutatási területet szereztek gazdag kémiájuk és sokoldalú alkalmazásuk miatt, mint a szerves szintézis prekurzorai és katalizátorai különböző szerves transzformációs reakciókban, beleértve a polimerizációs reakciókat is.

1. Wikipédia és más online források.
2. Bevezetés a B12-vitaminba: Link
3. Noble prize in chemistry 1964 Link
4. G. N. Schrauzer, Organocobalt chemistry of vitamin B12 model compounds (cobaloximes), Acc. Chem. Res.1968, 1497-103
5. aand in Vitamin B12 Model Compounds, Angew. Chem. 1976, 15 (7), 417-426
6. K. H. Reddy, Coordination compounds in Biology, Resonance, June 1999. Link
7. Synthesis of cobaloxime derivatives: Link