Kobalt Neden Yaşam için Gereklidir?
Kobalt, vitamin B12’deki (kobalamin) korrin halkasının merkezinde bulunur ve kobalaminler bizim için en önemli kobalt kaynağıdır. Muhtemelen şaşırtıcı gelecektir ki, enzimlerimizden sadece ikisi, zahmetlice oluşturulmuş ve özenle kanalize edilmiş bu kofaktörleri kullanmakta. Peki neden hücrelerimiz kobaltın mucizesinden biraz elde edebilmek için bu kadar çok uğraşıyor ve hangi katalitik özellikler onu bu kadar özel kılmakta?
Molibden, selenyum ve iyot gibi diğer yaygın olmayan temel metaller de benzer şekilde hücrelerde çok az kullanılır, buna rağmen bu elementler için faydalı türevleri tamamen sentezleyebilme kabiliyetimizi hala korumaktayız. Molibdeni çözümlemek için bir molibdopterin kofaktörünü dikkatlice oluştururken, iyottan yararlanmak için tiroksini oluştururuz. Selenyumu, onu gerektiren birkaç selenoproteine dahil etmek için, ayrıntılı SECIS mekanizması, sistein yükünün selenosistein’e dönüştürüldüğü benzersiz bir tRNA’yı çekmek için mRNA kodunu karıştırır. Bu vakaların her birinde, araştırmacılar, ilgili metallerin onları vazgeçilmez kılan olağanüstü özelliklerini anlatmaktalar.
Örneğin, kükürtle karşılaştırıldığında selenyum, reaktif oksijen türleri ile daha hızlı reaksiyona girebilen daha iyi bir nükleofildir, ancak π-bağ karakterinin olmaması daha da kolay indirgenebileceği anlamına gelir. GPX4 (glutatyon peroksidaz) gibi selenoproteinler buna bağlı olarak hem aşırı oksidasyona hem de geri dönüşü olmayan inaktivasyona karşı daha dirençlidir. Benzer şekilde, +4/+5 ve +5/+6 redoks çiftleri arasında gidip gelebilen iki elektronlu bir redoks bileşiği olan molibden için kaçınılmaz gereksinim, pek yaygın olmayan birkaç özelliğinden gelir. Çeşitli ve enerjik olarak zorlayıcı redoks reaksiyonları gerçekleştirebilir; düşük redoks potansiyelinde bir elektron havuzu veya kaynağı olarak hareket edebilir; ve -çok daha nadir bulunan tungsten ile birlikte- düşük potansiyelde gerçekleşen reaksiyonlar sırasında oksijen ve kükürt atomlarını etkin bir şekilde aktarabilir.
Temel kobalt karakterini keşfetmeye yönelik takdire değer bir girişim, PNAS’ta olağanüstü bir jeokimyacı olan Michael Russell tarafından yapılan yakın tarihli bir açıklamada getirildi. Periyodik tabloda Fe (demir) ve Ni (nikel) arasında dengede duran kobalt için, “element özellikle dış yörüngede çift elektronlar sayesinde ‘enerji yoğunlukludur’. Co+’dan Co4+’ya uzanan değişken değerlikli serpantinitlerde bir metal alaşımı olarak ortaya çıkışı, elektroniğe, katalize ve yaşamın ortaya çıkışına yapılacak anlatılmamış katkılarla, çeşitli dönüş durumları ve zıt konformasyonları onu benzersiz kılıyor. Aslında, Co-Fe işbirliği redoks spektrumunun karşı ucunda (oksijen gazı çıkış reaksiyonunun elektrokatalizi) araştırıldı. Kobaltın yer değiştirme reaksiyonu hem metabolizmada ve bazı çift atomlu katalizlerde olduğu gibi mümkün değil hem de biraz uzak bir gelecektedir” diye ifade ediyor Russell.
Russell’ın açıklamaları, bikarbonatın hidrotermal olarak uzun zincirli hidrokarbonlara (≤24 karbon) indirgenmesinin demir ve kobalt metallerinin kullanılmasıyla mümkün olduğunu kanıtlayan He ve diğerleri tarafından yayınlanan daha önceki bir makaleye yanıt niteliğindedir. Bu bulgular potansiyel olarak hem petrolün abiyojenik kökenini hem de yaşamın ortaya çıkışındaki kilit olayları açıklıyor. Yaşam için kritik olan porfirinlerin ve korrinlerin kalıntıları petrol birikintilerinin ortasında bulunabileceğinden, kritik bir soru ortaya çıkıyor: Bu molekülleri canlılık mı ortaya çıkardı, yoksa önce bu moleküllerin abiyotik kopyalarını kullandılar ve daha sonra kendileri için onları sentezleyebilme yeteneğini mi geliştirdiler?
Russell’ın soruma verdiği yanıt, onun görüşüne göre, yaşamın muhtemelen kobalt atomunu hapsedebilen dört amino asitli peptit glisin-glisin-histidin motifi yoluyla korrin benzeri koordinasyonu icat ettiğiydi. İlginçtir ki, merkezlerinde demir veya bakır barındıran porfirinler ve magnezyum ile aynı işi yapan klorlar, kobalt bağlamak için korrinlere büzülmelidir. Bu özgünlük, bitişik Fe, Co, Ni, Cu element dizisi için neredeyse aynı atom yarıçaplarına (yaklaşık 125 pm) rağmen ortaya çıkıyor. Russell’ın görüşüne göre, yaşamın ortaya çıkışında gerekli olan kobalt (ve diğer geçiş metalleri), alkali hidrotermal menfezlerde fougerit olarak da bilinen bu mineral yeşil pas birikintilerinde aktifti. Demir-kükürt kümeleriyle birleşen kobalt korinoid, evrim ağacımızın altında yatan asetojenlerin ve metanojenlerin ilkel asetil koenzim-A yollarının kalbini oluşturur. Bu Co(FeS) proteini, bir metil grubunun karbon monoksite veya asetil-CoA’nın biyosentezinde yer alan başka bir varlığa bağlanmasına veya ayrılmasına aracılık eder.
Mitokondride bulunan metilmalonil-CoA mutaz enzimimizin yağ asidi ve amino asit yıkımı için kullandığı B12 vitamini formu adenosilkobalamin (AdoCbl) olarak bilinir. Diğer kobalamin kullanan enzim, metionin sentaz, sitozolde etki eder ve bir metilkobalamin kofaktörü kullanır, burada adenosil grubu bir metil grubu ile değiştirilir. Kara bitkileri ve mantarlar, metilmalonil-CoA mutazından yoksun oldukları ve B12 gerektirmeyen farklı türde metionin sentazları olduğu için ne sentezler ne de kobalamin gerektirirler. Bu enzimler düzgün çalışmadığında, öncü molekülleri muhtemelen yüksek seviyelere çıkarak demiyelinizan hastalık ve pernisiyöz anemi gibi sorunlara neden olabilir.
Kobaltın termal kararlılığı ve yüksek enerji yoğunluğu, onu lityum pillerin katotları için ideal bir bileşen haline getirirken, yaşam için yararlılığı, bazıları keşfedilen ve bazıları henüz bulunmamış olan diğer birçok benzersiz özelliğinden kaynaklanmaktadır.
Kaynak: phys.org
