Biosíntesis de cobalamina

La enzima CobA cataliza dos metilaciones , para dar precorrina-2 : ^{[ 20 ]}

(1a) uroporfirinógeno III + S-adenosilmetionina${\displaystyle \rightleftharpoons }$ precorrina-1 + S-adenosil-L-homocisteína

(1b) precorrina-1 + S-adenosilmetionina${\displaystyle \rightleftharpoons }$ precorrina-2 + S-adenosil-L-homocisteína

La enzima CobI luego convierte esto en precorrina-3A: ^{[ 18 ]}

precorrina-2 + S-adenosilmetionina ${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-3A + S-adenosil-L-homocisteína

A continuación, la enzima CobG transforma la precorrina-3A en precorrina-3B: ^{[ 18 ]}

precorrina-3A + NADH + H ⁺ + O ₂${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-3B + NAD ⁺ + H ₂ O

Esta enzima es una oxidorreductasa que requiere oxígeno, por lo que la reacción solo puede llevarse a cabo en condiciones aeróbicas. La denominación de estas precorrinas como 3A y 3B refleja que cada una contiene tres grupos metilo más que el uroporfirinógeno III, pero con estructuras diferentes: en particular, la precorrina-3B tiene un anillo interno de γ-lactona formado a partir de la cadena lateral de ácido acético del anillo A que se cierra sobre el macrociclo.

La enzima CobJ continúa con el tema de la inserción del grupo metilo. Es importante destacar que, durante este paso, el anillo del macrociclo se contrae de manera que el producto contiene por primera vez el núcleo de corrina que caracteriza a la cobalamina. ^{[ 18 ]}

precorrina-3B + S-adenosilmetionina ${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-4 + S-adenosil-L-homocisteína

Las inserciones de grupos metilo continúan a medida que la enzima CobM actúa sobre la precorrina-4: ^{[ 21 ]}

precorrina-4 + S-adenosilmetionina${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-5 + S-adenosil-L-homocisteína

El grupo metilo recién insertado se añade al anillo C en el carbono unido al puente de metileno (CH₂ ₎ que une el anillo B. Esta no es su ubicación final en la cobalamina, ya que un paso posterior implica su reordenamiento a un carbono de anillo adyacente.

La enzima CobF elimina el grupo acetilo situado en la posición 1 del sistema de anillos de la precorrina-4 y lo sustituye por un nuevo grupo metilo. El nombre del producto, precorrina-6A, refleja que hasta este punto se han añadido seis grupos metilo al uroporfirinógeno III. Sin embargo, dado que uno de ellos se ha eliminado junto con el grupo acetato, la estructura de la precorrina-6A contiene solo los cinco restantes. ^{[ 21 ]}

precorrina-5 + S-adenosilmetionina + H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-6A + S-adenosil-L-homocisteína + acetato

La enzima CobK ahora reduce un doble enlace en el anillo D usando NADPH : ^{[ 21 ]}

precorrina-6A + NADPH + H ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-6B + NADP ⁺

Por lo tanto, la precorrina-6B se diferencia estructuralmente de la precorrina-6A únicamente por tener dos átomos de hidrógeno adicionales.

La enzima CobL tiene dos sitios activos, uno que cataliza dos adiciones de grupos metilo y el otro la descarboxilación del grupo CH ₂ COOH en el anillo D, de modo que este sustituyente se convierte en un grupo metilo simple: ^{[ 21 ]}

precorrina-6B + 2 S-adenosilmetionina${\displaystyle \rightleftharpoons }$precorrina-8X + 2 S-adenosil-L-homocisteína + CO ₂

La enzima CobH cataliza una reacción de reordenamiento, con el resultado de que el grupo metilo que se había añadido al anillo C se isomeriza a su ubicación final, un ejemplo de transferencia intramolecular : ^{[ 22 ]}

precorrin-8X${\displaystyle \rightleftharpoons }$hidrogenobirinato

La siguiente enzima en la vía, CobB , convierte selectivamente dos de los ocho grupos de ácido carboxílico en sus amidas primarias. El ATP se utiliza para proporcionar la energía para la formación del enlace amida, con el amoníaco transferido proveniente de la glutamina : ^{[ 23 ]}

ácido hidrogenobirínico + 2 ATP + 2 glutamina + 2 H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$ácido hidrogenobirínico α,γ-diamida + 2 ADP + 2 fosfato + 2 ácido glutámico

La inserción de cobalto(II) en el macrociclo es catalizada por la enzima cobalto quelatasa (CobNST): ^{[ 24 ]}

ácido hidrogenobirínico a,c-diamida + Co ²⁺ + ATP + H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$ácido cob(II)irínico a,c-diamida + ADP + fosfato + H ⁺

Es en esta etapa donde la vía aeróbica y la vía anaeróbica se fusionan, siendo los pasos posteriores químicamente idénticos.

La diferencia clave en las vías metabólicas es que el cobalto se inserta tempranamente en los organismos anaeróbicos mediante la oxidación inicial de la precorrina-2 a su forma totalmente aromatizada, la sirohidroclorina , y posteriormente al complejo de cobalto(II) de dicho compuesto . ^{[ 26 ]} Estas reacciones son catalizadas por CysG y la sirohidroclorina cobaltoquelatasa . ^{[ 27 ]}

Como en la vía aeróbica, el tercer grupo metilo es introducido por una enzima metiltransferasa, CbiL : ^{[ 26 ]}

cobalto-sirohidroclorina + S-adenosilmetionina ${\displaystyle \rightleftharpoons }$factor III de cobalto + S-adenosil-L-homocisteína

A continuación se produce la metilación y la contracción del anillo para formar el macrociclo corrina, catalizada por la enzima metiltransferasa del factor III cobalto (CbiH, EC 2.1.1.272 ) ^{[ 28 ].}

factor III de cobalto + S-adenosilmetionina ${\displaystyle \rightleftharpoons }$cobalto-precorrina-4 + S-adenosil-L-homocisteína

En esta vía metabólica, el material resultante contiene una δ-lactona, un anillo de seis miembros, en lugar de la γ-lactona (anillo de cinco miembros) de la precorrina-3B.

La introducción del grupo metilo en C-11 en el siguiente paso es catalizada por la cobalto-precorrina-4 metiltransferasa (CbiF, EC 2.1.1.271 ) ^{[ 29 ].}

cobalto-precorrina-4 + S-adenosilmetionina ${\displaystyle \rightleftharpoons }$cobalto-precorrina-5 + S-adenosil-L-homocisteína

Ahora se dan las condiciones para la extrusión del fragmento de dos carbonos correspondiente al acetato liberado en la formación de precorrina-6A en la vía aeróbica. En este caso, el fragmento liberado es acetaldehído y esta reacción es catalizada por CbiG : ^{[ 29 ]}

cobalto-precorrina-5A + H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$cobalto-precorrina-5B + acetaldehído + 2 H ⁺

Los pasos desde la cobalt-precorrina-5B hasta el ácido cob(II)irínico a,c-diamida en la vía anaeróbica son esencialmente idénticos químicamente a los de la secuencia aeróbica. Los intermediarios se denominan cobalt-precorrina-6A, cobalt-precorrina-6B, cobalt-precorrina-8 y ácido cobirínico. Las enzimas en secuencia son CbiD ; ^{[ 30 ]} Cobalt-precorrina-6A reductasa (CbiJ, EC 1.3.1.106 ); ^{[ 31 ]} CbiT , Cobalt-precorrina-8 metilmutasa (CbiC, EC 5.4.99.60 ) y CbiA . La enzima final forma ácido cob(II)irínico a,c-diamida cuando convergen las dos vías. ^{[ 5 ]}

El cobalto(II) se reduce a cobalto(I) por acción de la enzima CobR , y luego la enzima CobO une un ligando adenosilo al metal. A continuación, la enzima CobQ convierte todos los ácidos carboxílicos, excepto el ácido propiónico del anillo D, en sus amidas primarias. ^{[ 7 ] [ 21 ]}

En organismos aerobios, la enzima CobCD ahora une (R)-1-amino-2-propanol (derivado de la treonina ) al ácido propiónico, formando adenosilcobinamida y la enzima CobU fosforila el grupo hidroxilo terminal para formar adenosilcobinamida fosfato. ^{[ 21 ]} El mismo producto final se forma en organismos anaerobios por reacción directa del ácido adenosilcobírico con (R)-1-amino-2-propanol O-2-fosfato (derivado de la treonina-O-fosfato por la enzima CobD ) catalizada por la enzima CbiB . ^{[ 5 ]}

En una rama separada de la vía, el 5,6-dimetilbencimidazol se biosintetiza a partir de flavina mononucleótido por la enzima 5,6-dimetilbencimidazol sintasa y CobT lo convierte en alfa-ribazol 5' fosfato. Luego, la enzima CobU activa el adenosilcobinamida fosfato mediante la formación de adenosilcobinamida-GDP y CobV une los dos sustratos para formar adenosilcobalamina-5'-fosfato. En el paso final a la coenzima, CobC elimina el grupo fosfato 5': ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Adenosilcobalamina-5'-fosfato + H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$adenosilcobalamina + fosfato

La ruta biosintética completa implica un largo proceso lineal que requiere aproximadamente 25 pasos enzimáticos.

Muchas especies procariotas no pueden biosintetizar adenosilcobalamina, pero pueden producirla a partir de cobalamina. Estos organismos son capaces de transportar cobalamina al interior de la célula y convertirla en la forma de coenzima requerida. ^{[ 34 ]} Incluso organismos como Salmonella typhimurium , que pueden producir cobalamina, también la asimilan de fuentes externas cuando está disponible. ^{[ 5 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} La captación en las células se facilita mediante transportadores ABC que absorben la cobalamina a través de la membrana celular. ^{[ 38 ]}

En los seres humanos, las fuentes dietéticas de cobalamina se unen después de la ingestión como transcobalaminas . ^{[ 39 ]} Luego se convierten en las formas de coenzima en las que se utilizan. La proteína C de la aciduria metilmalónica y la homocistinuria es la enzima que cataliza la descianación de la cianocobalamina , así como la desalquilación de las alquilcobalaminas, incluyendo la metilcobalamina y la adenosilcobalamina. ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}