Kobolt sitter i mitten av corrinringen av vitamin B12 och de viktiga kobalaminer vi får från det. Kanske överraskande, bara två av våra enzymer bryr sig om att använda dessa smärtsamt konstruerade och noggrant kanaliserade kofaktorer. Varför går våra celler så långt för att få lite av koboltmagin, och vilka katalytiska egenskaper kan göra den så speciell?

Andra ovanliga essentiella metaller, som molybden, selen och jod, används på liknande sätt endast sparsamt i celler, och ändå behåller vi förmågan att fullständigt syntetisera alla användbara derivat för dessa grundämnen. För att tämja molybden konstruerar vi en utarbetad molybdopterin-kofaktor, medan vi för att utnyttja jod sätter ihop tyroxin. För att införliva selen i de få selenoproteiner som kräver det, blandar det utarbetade SECIS-maskineriet mRNA-koden för att attrahera ett unikt tRNA, på vilket dess cysteinlast omvandlas till selenocystein. I vart och ett av dessa fall förstår forskarna de speciella egenskaperna hos de inblandade metallerna som gör dem oumbärliga.

Till exempel, jämfört med svavel, är selen en bättre nukleofil som kommer att reagera med reaktiva syreämnen snabbare, men dess avsaknad av π-bindningskaraktär gör att den också lättare kan reduceras. Selenoproteiner som GPX4 (glutationperoxidas) är på motsvarande sätt mer resistenta mot både överoxidation och irreversibel inaktivering. På liknande sätt reflekterar det ofrånkomliga kravet på molybden, en redoxförening med två elektroner som kan pendla mellan +4/+5 och +5/+6 redoxparen, flera inte så vanliga färdigheter. Den kan utföra olika och energiskt utmanande redoxreaktioner; den kan fungera som en elektronsänka eller källa vid låg redoxpotential; och (tillsammans med mycket sällsyntare volfram) kan effektivt överföra syre- och svavelatomer under reaktioner som äger rum vid låg potential.

Ett anmärkningsvärt försök att förutse den väsentliga koboltkaraktären framfördes i en nyligen kommenterad kommentar i PNAS av den extraordinära geokemisten Michael Russell. I balans mellan Fe och Ni i det periodiska systemet, noterar Russell att "elementet är särskilt 'energität' med parade elektroner i den yttre omloppsbanan. Dess förekomst som en metallegering i serpentiniter med en variabel valens som sträcker sig från Co ⁺ fram till Co₄ ⁺ , dess olika spinntillstånd och dess kontrasterande konformationer gör den unik, med obeskrivliga bidrag att göra till elektronik, katalys och livets uppkomst. I själva verket har Co-Fe-samarbete just undersökts i den motsatta änden av redoxspektrumet - elektrokatalysen av O₂ evolutionsreaktion. Substitutioner av Co är antingen omöjliga, som i metabolism och i viss dubbelatomkatalys, eller så ligger de i en något avlägsen framtid."

Russells kommentarer är ett svar på en tidigare artikel av He et. al. som visade att hydrotermisk reduktion av bikarbonat till långkedjiga kolväten (≤24 kol) är möjlig genom användning av järn och koboltmetaller. Dessa fynd förklarar potentiellt både petroleums abiogena ursprung och viktiga händelser i livets uppkomst. Eftersom rester av porfyriner och korriner som är livsviktiga kan hittas bland petroleumfyndigheter, blir en kritisk fråga:Uppfann livet dessa molekyler, eller använde de först abiotiska faksimiler av dessa molekyler och utvecklade först senare den åtföljande förmågan att syntetisera dem för sig själva?

Svaret på min fråga från Russell var att, enligt hans åsikt, livet sannolikt uppfann corrin-liknande koordination genom ett fyra-aminosyror-peptid glycin-glycin-histidin-motiv som kunde fånga in koboltatomen. Märkligt nog måste porfyriner, som innehåller järn eller koppar i sina centra, och klorer, som gör samma sak med magnesium, dras samman till korriner för att binda kobolt. Denna specificitet kommer till synes trots de nästan identiska atomradierna (cirka 125 pm) för den sammanhängande Fe, Co, Ni, Cu elementaruppställningen. Enligt Russells uppfattning var kobolt (och andra övergångsmetaller) som krävs vid livets uppkomst aktiva i avlagringar av mineralet grönrost, även känd som fougerit, vid alkaliska hydrotermiska ventiler. Koboltkorrinoid förenad med järn-svavelkluster bildar hjärtat av primitiva acetylkoenzym-A-vägar för acetogenerna och de metanogener som ligger på botten av vårt evolutionära träd. Detta Co(FeS)-protein förmedlar vidhäftning eller lösgöring av en metylgrupp till eller från kolmonoxid eller en annan enhet som är involverad i biosyntesen av acetyl-CoA.

Den form av vitamin B12 som används av vårt metylmalonyl-CoA-mutasenzym som finns i mitokondrier för nedbrytning av fettsyror och aminosyror är känd som adenosylkobalamin (AdoCbl). Det andra kobalaminanvändande enzymet, metioninsyntas, verkar i cytosolen och använder en metylkobalaminkofaktor där adenosylgruppen ersätts med en metylgrupp. Landväxter och svampar varken syntetiserar eller kräver kobalamin eftersom de saknar metylmalonyl-CoA-mutas och har olika typer av metioninsyntas som inte kräver B12. När dessa enzymer inte fungerar korrekt, kan deras prekursormolekyler antagligen byggas upp till höga nivåer, vilket orsakar problem som demyeliniserande sjukdom och perniciös anemi.

Medan kobolts termiska stabilitet och höga energitäthet gör den till en idealisk komponent för katoderna i litiumbatterier, kommer dess användbarhet för livet från dess många andra unika egenskaper, några upptäckta och några ännu inte hittade.