Il cobalto si trova al centro dell'anello corrin di vitamina B12 e le importanti cobalamina che ne derivano. Forse sorprendentemente, solo due dei nostri enzimi si preoccupano di usare questi cofattori dolorosamente costruiti e meticolosamente incanalati. Perché le nostre cellule fanno di tutto per ottenere un po' della magia del cobalto e quali proprietà catalitiche potrebbero renderlo così speciale?

Altri metalli essenziali non comuni, come molibdeno, selenio e iodio, sono usati in modo simile solo con parsimonia nelle cellule, eppure manteniamo la capacità di sintetizzare completamente tutti i derivati ​​utili per questi elementi. Per domare il molibdeno, costruiamo un elaborato cofattore di molibdopterina, mentre per sfruttare lo iodio assembliamo la tiroxina. Per incorporare il selenio nelle poche selenoproteine ​​che lo richiedono, l'elaborato macchinario SECIS mescola il codice mRNA per attrarre un tRNA unico, sul quale il suo carico di cisteina viene trasformato in selenocisteina. In ognuno di questi casi, i ricercatori comprendono le proprietà speciali dei metalli coinvolti che li rendono indispensabili.

Ad esempio, rispetto allo zolfo, il selenio è un nucleofilo migliore che reagirà più rapidamente con le specie reattive dell'ossigeno, ma la sua mancanza di carattere di legame π significa che può anche essere ridotto più facilmente. Le selenoproteine ​​come la GPX4 (glutatione perossidasi) sono di conseguenza più resistenti sia alla sovraossidazione che all'inattivazione irreversibile. Allo stesso modo, l'ineluttabile richiesta di molibdeno, un composto redox a due elettroni che può fare la spola tra le coppie redox +4/+5 e +5/+6, riflette diverse abilità non così comuni. Può eseguire reazioni redox diverse ed energeticamente impegnative; può fungere da pozzo di elettroni o sorgente a basso potenziale redox; e (insieme al molto più raro tungsteno) può trasferire efficacemente ossigeno e atomi di zolfo durante reazioni che avvengono a basso potenziale.

Un tentativo degno di nota di indovinare il carattere essenziale del cobalto è stato avanzato in un recente commento in PNAS dallo straordinario geochimico Michael Russell. In bilico tra Fe e Ni nella tavola periodica, Russell osserva che "l'elemento è particolarmente 'denso di energia' con elettroni accoppiati nell'orbita esterna. La sua presenza come lega metallica nelle serpentiniti con una valenza variabile che si estende da Co ⁺ fino a Co₄ ⁺ , i suoi vari stati di rotazione e le sue conformazioni contrastanti lo rendono unico, con contributi incalcolabili da apportare all'elettronica, alla catalisi e all'emergere della vita. In effetti, la cooperazione Co-Fe è stata appena studiata all'estremità opposta dello spettro redox:l'elettrocatalisi dell'O₂ reazione evolutiva. Le sostituzioni di Co sono irrealizzabili, come nel metabolismo e in alcune catalisi a doppio atomo, oppure giacciono in un futuro alquanto remoto."

I commenti di Russell sono in risposta a un precedente articolo di He et. al. che ha dimostrato che la riduzione idrotermale del bicarbonato in idrocarburi a catena lunga (≤24 atomi di carbonio) è possibile attraverso l'uso di metalli ferro e cobalto. Questi risultati spiegano potenzialmente sia l'origine abiogenica del petrolio, sia gli eventi chiave nell'emergere della vita. Dal momento che i resti delle porfirine e delle corrine che sono fondamentali per la vita possono essere trovati tra i depositi di petrolio, una domanda critica diventa:la vita ha inventato queste molecole o ha prima usato facsimili abiotici di queste molecole e solo in seguito ha sviluppato la concomitante capacità di sintetizzarle per se stessi?

La risposta alla mia domanda di Russell è stata che, secondo lui, la vita probabilmente ha inventato la coordinazione simile a corrin per mezzo di un motivo a quattro amminoacidi-peptidi glicina-glicina-istidina in grado di intrappolare l'atomo di cobalto. Curiosamente, le porfirine, che ospitano al centro ferro o rame, e i cloro, che fanno lo stesso con il magnesio, devono essere contratte in corrins per legare il cobalto. Questa specificità apparentemente arriva nonostante i raggi atomici quasi identici (intorno alle 125 pm) per la formazione di elementi Fe, Co, Ni, Cu contigua. Dal punto di vista di Russell, il cobalto (e altri metalli di transizione) necessari all'emergere della vita erano attivi nei depositi della ruggine minerale verde, nota anche come fougerite, in prese d'aria idrotermali alcaline. I corrinoidi di cobalto uniti a grappoli di ferro-zolfo formano il cuore delle vie primitive dell'acetilcoenzima-A degli acetogeni e dei metanogeni che giacciono alla base del nostro albero evolutivo. Questa proteina Co(FeS) media l'attaccamento o il distacco di un gruppo metilico da o verso il monossido di carbonio o un'altra entità coinvolta nella biosintesi dell'acetil-CoA.

La forma di vitamina B12 utilizzata dal nostro enzima metilmalonil-CoA mutasi situato nei mitocondri per la scomposizione degli acidi grassi e degli aminoacidi è nota come adenosilcobalamina (AdoCbl). L'altro enzima che utilizza la cobalamina, la metionina sintasi, agisce nel citosol e utilizza un cofattore metilcobalamina in cui il gruppo adenosilico è sostituito da un gruppo metilico. Le piante e i funghi terrestri non sintetizzano né richiedono cobalamina poiché mancano di metilmalonil-CoA mutasi e hanno diversi tipi di metionina sintasi che non richiedono B12. Quando questi enzimi non funzionano correttamente, le loro molecole precursori possono presumibilmente accumularsi a livelli elevati, causando problemi come malattie demielinizzanti e anemia perniciosa.

Mentre la stabilità termica e l'elevata densità di energia del cobalto lo rendono un componente ideale per i catodi delle batterie al litio, la sua utilità per la vita deriva dalle sue molte altre proprietà uniche, alcune scoperte e altre ancora da trovare.