vitamin B12-koenzym och dess Modellföreningar

Vitamin B12 eller cyanokobalamin isolerades först som en anti-skadlig anemifaktor. Det har länge fascinerat kemister på grund av sin unika komplexa struktur och olika katalytiska aktiviteter. Vitamin B12 är biologiskt inaktiv och dess aktiva former är kända som B12-koenzymer eller kofaktorer som spelar viktiga roller i de väsentliga enzymatiska reaktionerna relaterade till nukleinsyra, protein och lipidsynteser. Vitamin B12 produceras av mikroorganismer (bakterier/svampar) och detta är bara vitamin som innehåller metall (kobolt). Växter producerar inte eller innehåller vitamin B12 och matkällor inkluderar ägg, kött, fisk, mjölk och andra mejeriprodukter.

Lenhert och Crowfoot-Hodgkin 1961 upptäckte att B12-koenzym innehåller en adenosyl-grupp kopplad till koboltcentret med en direkt C-Kakaobligation, vilket för första gången indikerade närvaron av en metall-kolbindning i de biologiska systemen (Fig. 1). Co-Kubi – C-bindningen i B12-koenzym anses vara en av de mest stabila Kubi-organokobaltbindningarna som någonsin rapporterats. Det sågs att det makrocykliska ligandsystemet i vitamin B12 faktiskt påverkar och modifierar egenskaperna hos kobolt avsevärt, vilket gör det möjligt att bilda en mycket stabil Co–C-bindning. Crowfoot-Hodgkin belönades med Nobelpriset i kemi (1964) för att bestämma den komplexa fasta tillståndsstrukturen hos vitamin B12 (tillsammans med strukturerna för andra molekyler av biologisk betydelse, som penicillin och kolesterol) med hjälp av Röntgendiffraktionsspektroskopi.

de kända B12-koenzymerna/kofaktorerna är alkylkobalaminer (RCbl), bestående av ett koboltkomplex av tetrapyrrolmakrocyklisk ligand (korrinring) med en pendent nukleotid (intramolekylärt bunden 5,6-dimetylbensimidazol) som upptar den fem koordinationsstället för en oktaedrisk Co(III) och den sjätte positionen upptas av olika R-grupper i olika kofaktorer, metylkobalamin (MeCbl, R = CH3) och koenzym B12 (5′-deoxiadenosylkobalamin, adokbl, r = 5′ – deoxiadenosyl). I vitamin B12 är den sjätte positionen upptagen av en CN-ligand (cyanokobalamin, CNCbl, R = CN) och det är en biologiskt inaktiv Art. Corrin-ringsystemet i vitamin B12-koenzymer är ungefär plana och kortsidokedjorna (acetamid) sträcker sig över korrinringplanet medan långsidokedjorna (propionamid) sträcker sig under ringplanet. Ur kemisk synvinkel är alkylkobalaminer stabila och syrabeständiga, men termo – och fotolabila organokobaltkomplex. Vitamin B12-koenzymer visar endast hög reaktivitet i närvaro av motsvarande apoenzymer och deras labiliseringshastighet av Co–C–bindning kan ökas med en faktor 1013, vilket indikerar att proteinkonformationsförändringar spelar en viktig roll mot Co-C-bindningsstabilitet och reaktivitet.

alla kända reaktioner av B12-beroende enzymer involverar tillverkning och brytning av Co–C-bindningen. De olika lägena för klyvning av co-Kubi-C-Kubi-bindningarna har postulerats för de två vitamin B12-koenzymerna, AdoCbl och MeCbl. Enzymer som innehåller adenosylkobalamin(AdoCbl) koenzym kräver homolytisk klyvning av Co–C-bindning vilket resulterar i bildning av cob (II)alamin och 5′-deoxiadenosylradikal, t.ex. isomeras-och mutasenzymer, som katalyserar den intramolekylära 1,2-förskjutningen av en väteatom och en elektronegativ grupp.

metylkobalamin (MeCbl)är en kofaktor i metyltransferasenzymer som kräver heteroolytisk klyvning av Co–C-bindning som lämnar båda elektronerna på kobolt vilket resulterar i bildandet av metylkarbokalisering och Co(i) alamin. Dessa enzymer deltar i metylöverföringsreaktionerna, t.ex. metioninsyntas. (Fig. 3).

vitamin B12-Koenzymmodeller

efter Hodgkins pionjärarbete har ett stort antal organokobaltföreningar rapporterats och några av dessa föreningar har föreslagits som modeller av vitamin B12. G. N. Schrauzer och Kohnle 1964 rapporterade att reaktionen av B12-koenzym kan simuleras med mycket enklare Co(III) – komplex av den monoanioniska dimetylglyoximen (dmgH), R-gruppen och B. (Fig. 4).

här är R en organisk grupp som är bunden till kobolt, t.ex. alkyler, och B är en neutral axiell bas ligand trans till Co–C-bindning, t. ex. pyridin, H2O, etc. Dessa föreningar har benämnts som” kobaloximer ” för att betona deras likhet med kobalaminer. Många kobaloximer med olika ekvatoriella dioximer och axiella ligander (R och B) har syntetiserats för att studera effekten av sterisk och elektronisk natur hos ligander på Co–C-bindningsstabiliteten. Dessutom har många andra vitamin B12-analoger syntetiserats med olika Schiff-Bastyp ligander, t.ex. BAE och SALEN (fikon. 5a och 5b). Komplex av typen + (Fig. 5c) med en monoanionisk tetradentatligand rapporterades av Costa, et al. Koboltkomplex med porfyriner och tetraaza makrocykliska ligander (1,4,8,11-tetraazacyklotetradekan) (Fig. 5d) har också studerats som B12-modellföreningar.

Kobaloxim som bättre modell av B12-koenzym

även om många modellföreningar rapporteras har det observerats att de enkla kobaloximerna simulerar reaktionerna av vitamin B12-koenzymer närmare. Ekvatorial dioximer modell korrinringen av B12-koenzymer och kristallografiska data tillgängliga på kobalaminer föreslog de strukturella effekterna av förändring i axiell R-grupp liknar de som finns i kobaloximer. Teoretiska beräkningar har också visat en nära likhet mellan kobalamin och kobaloximer. De två elektronreduktionen av kobaloxim producerar Co (I), som supernukleofil, som vid reaktion med CH3I ger . Denna reaktion är mycket lik B12-koenzymkemin. Studierna av effekter som införts av ekvatoriella dioximer och axiell bas på egenskaperna hos Co–C–bindning ger också insikt i homolys och heterolys klyvning av Co-C-bindning i B12-koenzymer. Bortsett från dessa kan kobaloximer lätt syntetiseras genom ett steg alkylering av Co(I), genererad in situ från de lättillgängliga och billiga utgångsmaterialen (dimetylglyoxim och pyridin), medan de flesta av de andra kelatsystemen kräver syntes av ligand följt av metallkomplexering.

det är lätt att införliva ligander med olika egenskaper i alkylkobaloximen och detta kan inte introduceras så lätt i andra modellsystem. Ännu viktigare är att kobaloximerna är idealiska system för strukturell bestämning av NMR-spektroskopi. Alla dessa fördelar har lett till omfattande studier av kobaloximes egenskaper för att efterlikna egenskaperna hos B12-koenzymer. Nya studier på kobaloximer har dock visat att dessa har odlat sin ursprungliga relevans som en B12-modell. De har förvärvat ett oberoende forskningsfält på grund av deras rika Kemi och mångsidiga tillämpningar som prekursorer i organisk syntes och som katalysatorer i olika organiska transformationsreaktioner inklusive polymerisationsreaktioner.

1. Wikipedia och andra källor på nätet.
2. introduktion till vitamin B12: 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