Vitamina B12 o cianocobalamina è stato isolato come fattore di anemia anti-perniciosa. Ha a lungo affascinato i chimici a causa della sua struttura complessa unica e delle diverse attività catalitiche. La vitamina B12 è biologicamente inattiva e le sue forme attive sono conosciute come coenzimi o cofattori B12 che svolgono un ruolo importante nelle reazioni enzimatiche essenziali legate all’acido nucleico, alle proteine e alle sintesi lipidiche. La vitamina B12 è prodotta dal microrganismo (batteri/funghi) e questa è solo vitamina che contiene metallo (cobalto). Le piante non producono o contengono vitamina B12 e le fonti alimentari includono uova, carne, pesce, latte e altri prodotti caseari.
Lenhert e Crowfoot-Hodgkin nel 1961 scoprirono che il coenzima B12 contiene un gruppo adenosilico legato al centro del cobalto da un legame diretto C in Co, che indicava, per la prima volta, la presenza di un legame metallo-carbonio nei sistemi biologici (Fig. 1). Il legame Coocerc nel coenzima B12 è considerato uno dei legami σ-organocobalt più stabili mai riportati. Si è visto che, il sistema di ligandi macrociclici nella vitamina B12, in realtà influenza e modifica significativamente le proprietà del cobalto, permettendogli di formare un legame Co–C altamente stabile. Crowfoot-Hodgkin è stato premiato con il Premio Nobel per la chimica (1964) per determinare la complessa struttura allo stato solido della vitamina B12 (insieme alle strutture di altre molecole di significato biologico, come la penicillina e il colesterolo) utilizzando la spettroscopia di diffrazione a raggi X.
Il noto B12 coenzimi/cofattori sono alchil cobalamins (RCbl), composto di cobalto complesso di tetrapyrrole macrociclici ligando (corrin anello) con un pendente nucleotide (intra-molecolare associato 5,6-dimethylbenzimidazole) che occupa cinque coordinamento sito di un ottaedrica Co(III), e la sesta posizione, occupata da diversi R gruppi in diversi cofattori, metilcobalamina (MeCbl, R = CH3) e coenzima B12 (5′-centro, AdoCbl, R = 5′-deoxyadenosyl). Nella vitamina B12, la sesta posizione è occupata da un ligando CN (cianocobalamina, CNCbl, R = CN) ed è una specie biologicamente inattiva. Il sistema dell’anello di corrin nei coenzimi della vitamina B12 è approssimativamente planare e le catene laterali corte (acetamide) si estendono sopra il piano dell’anello di corrin mentre le catene laterali lunghe (propionamide) si estendono sotto il piano dell’anello. Dal punto di vista chimico, le cobalamine alchiliche sono stabili e resistenti agli acidi, ma complessi organocobalt termo – e foto-labili. I coenzimi della vitamina B12 mostrano un’elevata reattività solo in presenza di apoenzimi corrispondenti e il loro tasso di labilizzazione del legame Co–C potrebbe essere aumentato di un fattore 1013, questo indica che i cambiamenti conformazionali delle proteine svolgono un ruolo importante verso la stabilità e la reattività del legame Co–C.
Tutte le reazioni note di enzimi dipendenti da B12 comportano la creazione e la rottura del legame Co-C. Le diverse modalità di scissione dei legami Cooc C σ sono state postulate per i due coenzimi della vitamina B12, AdoCbl e MeCbl. Enzimi contenenti adenosilcobalamina(AdoCbl) coenzima richiedono la scissione omolitica del legame Co–C con conseguente formazione di cob (II)alamina e 5′-deossiadenosil radicale, ad esempio, isomerasi e mutasi enzimi, che catalizzano lo spostamento intramolecolare 1,2 di un atomo di idrogeno e un gruppo elettronegativo.
Figura 2: Reazione catalizzata da AdoCbl
La metilcobalamina (MeCbl)è un cofattore degli enzimi metiltransferasi che richiedono la scissione eterolitica del legame Co–C lasciando entrambi gli elettroni sul cobalto che provoca la formazione di metil carbocation e Co(I) alamina. Questi enzimi partecipano alle reazioni di trasferimento di metile, ad esempio metionina sintasi. (Fico. 3).
Figura 3: Reazione catalizzata da MeCbl
Modelli di coenzima vitamina B12
Dopo il lavoro pionieristico di Hodgkin, è stato riportato un gran numero di composti organocobalt e alcuni di questi composti sono stati proposti come modelli di vitamina B12. G. N. Schrauzer e Kohnle nel 1964 hanno riferito che la reazione del coenzima B12 può essere simulata con complessi Co(III) molto più semplici della dimetilglyoxima monoanionica (dmgH), gruppo R e B. (Fig. 4).
Figura 4: Cobaloxima
Qui, R è un gruppo organico σ-legato al cobalto, ad esempio alchili, e B è un legante base assiale neutro trans al legame Co–C, ad esempio piridina, H2O, ecc. Questi composti sono stati nominati come “cobaloximes” per sottolineare la loro somiglianza con le cobalamine. Numerose cobalossime con diverse diossime equatoriali e ligandi assiali (R e B) sono state sintetizzate per studiare l’effetto della natura sterica ed elettronica dei ligandi sulla stabilità del legame Co–C. Inoltre, numerosi altri analoghi della vitamina B12 sono stati sintetizzati con varietà di leganti di tipo Schiff-base, ad esempio, BAE e SALEN (fichi. 5a e 5b). Complessi del tipo +(Fig. 5c) con un ligando tetradentato monoanionico è stato riportato da Costa, et al. Complessi di cobalto con porfirine e leganti macrociclici tetraaza (1,4,8,11-tetraazaciclotetradecano) (Fig. 5d) sono stati studiati anche come composti modello B12.
Figura 5
Cobaloxime come migliore modello del coenzima B12
Sebbene molti composti del modello siano riportati, è stato osservato che i cobaloxime semplici simulano più da vicino le reazioni dei coenzimi della vitamina B12. Modello delle diossime equatoriali l’anello corrinico dei coenzimi B12 e i dati cristallografici disponibili sulle cobalamine hanno suggerito che gli effetti strutturali del cambiamento nel gruppo R assiale sono simili a quelli trovati nelle cobaloxime. I calcoli teorici hanno anche mostrato una stretta somiglianza tra cobalamina e cobaloxime. La riduzione a due elettroni di cobaloxima, produce Co (I), come super nucleofilo, che su reazione con CH3I dà . Questa reazione è molto simile alla chimica del coenzima B12. Inoltre, gli studi sugli effetti imposti dalle diossime equatoriali e dalla base assiale sulle proprietà del legame Co–C forniscono informazioni sulla scissione dell’omolisi e dell’eterolisi del legame Co–C nei coenzimi B12. Oltre a questi, i cobaloximes possono essere sintetizzati facilmente da un’alchilazione di punto di Co (I), generata in situ dai materiali iniziali prontamente disponibili ed economici (dimethylglyoxime e piridina), mentre la maggior parte degli altri sistemi del chelato richiede la sintesi del legante seguita dalla complessazione del metallo.
È facile incorporare ligandi con proprietà diverse nell’alchil cobaloxima e questo non può essere introdotto così facilmente in altri sistemi modello. Ancora più importante, i cobaloximes sono il sistema ideale per la determinazione strutturale mediante spettroscopia NMR. Tutti questi vantaggi hanno portato ad un ampio studio delle proprietà delle cobalossime per imitare le caratteristiche dei coenzimi B12. Tuttavia, recenti studi sui cobaloximes hanno indicato che questi hanno superato la loro rilevanza iniziale come modello B12. Hanno acquisito un campo di ricerca indipendente a causa della loro chimica ricca e applicazioni versatili come precursori nella sintesi organica e come catalizzatori in varie reazioni di trasformazione organica comprese le reazioni di polimerizzazione.
- Wikipedia e altre fonti online.
- Introduzione alla vitamina B12: Link
- Noble prize in chemistry 1964 Link
- G. N. Schrauzer, Organocobalt chemistry of vitamin B12 model compounds (cobaloximes), Acc. Chem. Res.1968, 1497-103
- aand in Vitamin B12 Model Compounds, Angew. Chem. 1976, 15 (7), 417-426
- K. H. Reddy, Coordination compounds in Biology, Resonance, June 1999. Link
- Synthesis of cobaloxime derivatives: Link