El cobalto se encuentra en el centro del anillo corrin de la vitamina B12 y las importantes cobalaminas que derivamos de él. Quizás sorprendentemente, solo dos de nuestras enzimas se molestan en usar estos cofactores dolorosamente construidos y meticulosamente canalizados. ¿Por qué nuestras células se esfuerzan tanto para obtener un poco de la magia del cobalto y qué propiedades catalíticas podrían hacerlo tan especial?

Otros metales esenciales poco comunes, como el molibdeno, el selenio y el yodo, se usan de manera similar solo con moderación en las células y, sin embargo, conservamos la capacidad de sintetizar completamente todos los derivados útiles de estos elementos. Para domar el molibdeno, construimos un cofactor elaborado de molibdopterina, mientras que para aprovechar el yodo, ensamblamos tiroxina. Para incorporar selenio en las pocas selenoproteínas que lo requieren, la elaborada maquinaria SECIS mezcla el código de ARNm para atraer un ARNt único, sobre el cual su carga de cisteína se transforma en selenocisteína. En cada uno de estos casos, los investigadores entienden las propiedades especiales de los metales involucrados que los hacen indispensables.

Por ejemplo, en comparación con el azufre, el selenio es un mejor nucleófilo que reaccionará con especies reactivas de oxígeno más rápido, pero su falta de carácter de enlace π significa que también se puede reducir más fácilmente. Las selenoproteínas como GPX4 (glutatión peroxidasa) son correspondientemente más resistentes tanto a la sobreoxidación como a la inactivación irreversible. De manera similar, el requerimiento ineludible de molibdeno, un compuesto redox de dos electrones que puede alternar entre las parejas redox +4/+5 y +5/+6, refleja varias habilidades no tan comunes. Puede realizar reacciones redox diversas y energéticamente desafiantes; puede actuar como sumidero o fuente de electrones a bajo potencial redox; y (junto con el mucho más raro tungsteno) puede transferir de manera efectiva átomos de oxígeno y azufre durante las reacciones que tienen lugar a bajo potencial.

En un comentario reciente en PNAS se adelantó un intento notable de adivinar el carácter esencial del cobalto. por el extraordinario geoquímico Michael Russell. Colocado entre Fe y Ni en la tabla periódica, Russell señala que "el elemento es particularmente 'denso en energía' con pares de electrones en la órbita exterior. Su aparición como una aleación metálica en serpentinitas con una valencia variable que se extiende desde Co ⁺ hasta Co₄ ⁺ , sus diversos estados de espín y sus conformaciones contrastantes lo hacen único, con incalculables contribuciones por hacer a la electrónica, la catálisis y el surgimiento de la vida. De hecho, la cooperación Co-Fe acaba de investigarse en el extremo opuesto del espectro redox:la electrocatálisis del O₂ reacción de evolución. Las sustituciones de Co son inviables, como en el metabolismo y en algunas catálisis de dos átomos, o se encuentran en un futuro algo remoto".

Los comentarios de Russell son en respuesta a un artículo anterior de He et. Alabama. quien demostró que la reducción hidrotermal del bicarbonato a hidrocarburos de cadena larga (≤24 carbonos) es posible mediante el uso de metales de hierro y cobalto. Estos hallazgos explican potencialmente tanto el origen abiogénico del petróleo como los eventos clave en el surgimiento de la vida. Dado que los restos de las porfirinas y corrinas que son fundamentales para la vida se pueden encontrar en medio de los depósitos de petróleo, una pregunta crítica es:¿La vida inventó estas moléculas, o primero usó facsímiles abióticos de estas moléculas y solo más tarde desarrolló la capacidad concomitante para sintetizarlas? por sí mismos?

La respuesta a mi pregunta de Russell fue que, en su opinión, la vida probablemente inventó la coordinación similar a la corrina por medio de un motivo de glicina-glicina-histidina de cuatro aminoácidos-péptido capaz de atrapar el átomo de cobalto. Curiosamente, las porfirinas, que albergan hierro o cobre en su centro, y las clorinas, que hacen lo mismo con el magnesio, deben contraerse en corrinas para unir cobalto. Esta especificidad aparentemente se produce a pesar de los radios atómicos casi idénticos (alrededor de 125 pm) para la alineación elemental contigua de Fe, Co, Ni, Cu. En opinión de Russell, el cobalto (y otros metales de transición) requeridos en el surgimiento de la vida estaban activos en los depósitos de la roya verde mineral, también conocida como fougerita, en los respiraderos hidrotermales alcalinos. El corrinoide de cobalto junto con los grupos de hierro y azufre forman el corazón de las vías primitivas de acetil coenzima-A de los acetógenos y los metanógenos que se encuentran en la parte inferior de nuestro árbol evolutivo. Esta proteína Co(FeS) interviene en la unión o separación de un grupo metilo hacia o desde el monóxido de carbono u otra entidad involucrada en la biosíntesis de acetil-CoA.

La forma de vitamina B12 utilizada por nuestra enzima metilmalonil-CoA mutasa ubicada en las mitocondrias para la descomposición de ácidos grasos y aminoácidos se conoce como adenosilcobalamina (AdoCbl). La otra enzima que utiliza cobalamina, la metionina sintasa, actúa en el citosol y usa un cofactor de metilcobalamina en el que el grupo adenosilo se reemplaza por un grupo metilo. Las plantas terrestres y los hongos no sintetizan ni requieren cobalamina, ya que carecen de metilmalonil-CoA mutasa y tienen un tipo diferente de metionina sintasa que no requiere B12. Cuando estas enzimas no funcionan correctamente, es posible que sus moléculas precursoras se acumulen hasta niveles elevados, causando problemas como enfermedades desmielinizantes y anemia perniciosa.

Si bien la estabilidad térmica y la alta densidad de energía del cobalto lo convierten en un componente ideal para los cátodos de las baterías de litio, su utilidad para la vida proviene de sus muchas otras propiedades únicas, algunas descubiertas y otras aún por descubrir.