Кобальт и биосинтез соединений редких элементов
Кобальт - металл 9 группы и 4 периода периодической системы химических элементов. Такие элементы редко находят себе применение у живых организмов. Они могут быть использованы как части коферментов (малых неорганических соединений, работающих вместе с ферментом), либо как ресурс дыхания (но если только хорошо распространен в среде).
Небезызвестен витамин B12 - он же кобаламин. Как нетрудно догадаться, в нем есть кобальт, причем в виде единственного атома в углеродно-азотном кольце. Удивительно, но только два из всего разнообразия наших ферментов используют этот сложный и с трудом собранный по частям кофермент.
И другие "необычные" элементы используются в клетках: чтобы стабилизировать молибден, мы синтезируем сложный кофактор молибдоптерина, а чтобы использовать редкий галоген йод, происходит сборка тироксина. Чтобы вмонтировать селен в белки, необходимо создать селеноцистеин, а затем перетасовать генные механизмы, чтобы эта молекула попала туда, куда ей следует. Так или иначе, все эти манипуляции с элементами наш организм способен без труда провести, а вот кобальт мы фиксировать не можем. В связи с чем?
Свойства кобальта, а также объяснение его возникновения в ферментах
Заслуживающая внимания попытка привлечь общественность к вопросу была сделана геохимиком Майклом Расселом. Находясь между железом и никелем, этот элемент "особенно энергоемок" со спаренными электронами на внешнем уровне. Его появление в серпентинитах с переменной валентностью, степенями от Co+ до Co4+, различными спиновыми состояниями и возможностью к катализу реакций, вероятно, стало одним из главных факторов появления жизни. "Сотрудничество" кобальт-железо недавно было исследовано, и результаты показывают, что кобальт во многих случаях невозможно заменить на другой атом.
Мысли Рассела наводят на другое рассуждение: изобрела жизнь кобаламин или же он и так существовал на планете? Существуют доказательства в пользу обоих положений:
- Вероятно, в живом организме кобаламин был создан сочетанием веществ глицина и гистидина, способных захватывать в центр кобальт. Любопытно, что что порфирины, которые содержат железо или медь в своих центрах, и хлорины, которые делают то же самое с магнием, должны сжиматься в корриновое кольцо, чтобы связать кобальт.
- Некоторые статьи демонстрируют восстановление бикарбонатов в углеводы с длинной цепью в примерно 24 атома может произойти за счет кобальта, а такие элементы можно встретить в отложениях зеленой ржавчины (фужерита) внутри гидротермальных источников, что приводит еще одно основание в пользу зарождения жизни в последних.
Первое использование кобальта бактериями в корыстных целях и дальнейшая эксплуатация
В любом случае, если обратиться к эволюции метаболических путей обмена веществ, то можно увидеть, как корриноид кобальта вместе с железными и серными кластерами образует сердцевину древней биохимической машины метаногенов, управляющей примитивными путями превращений кофермента А.
И с тех пор необычный во всех отношениях элемент кобальт используют нечасто и немного, но там, где он есть, лучше него ничего не придумаешь: полезность для жизни проистекает из уникальных свойств, некоторые из которых уже известны, но большинство человечеству только предстоит изучить.