Cobalamin biosynthesis
कोबालामिन जैवसंश्लेषण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा बैक्टीरिया और आर्किया कोबालामिन, विटामिन बी 12 बनाते हैं। यूरोपोरफिरिनोजेन III और एडेनोसिलकोबाइरिक एसिड के माध्यम से एमिनोलेवुलिनिक एसिड को अंतिम रूप में परिवर्तित करने में कई चरण शामिल हैं जिसमें इसका उपयोग उत्पादक जीवों और अन्य प्रजातियों दोनों में एंजाइमों द्वारा किया जाता है, जिसमें मनुष्य भी शामिल हैं जो इसे अपने आहार के माध्यम से प्राप्त करते हैं। दो मुख्य जैवसंश्लेषक मार्गों को अलग करने वाली विशेषता यह है कि क्या कोबाल्ट जो सह-एंजाइम में उत्प्रेरक स्थल पर है, उसे जल्दी (अवायवीय जीवों में) या देर से (वायवीय जीवों में) शामिल किया जाता है और क्या ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। दोनों ही मामलों में, मैक्रोसाइकिल जो कोबाल्ट आयन के साथ एक समन्वय परिसर बनाएगा, एक कोरिन रिंग है, विशेष रूप से सात कार्बोक्सिलेट समूहों के साथ एक जिसे कोबिरिनिक एसिड कहा जाता है। तत्पश्चात, कार्बोक्सिलेट्स में से एक को छोड़कर सभी पर एमाइड समूह बनते हैं, जो कोबिरिक एसिड देते हैं, और कोबाल्ट को एक एडेनोसिल समूह द्वारा संयोजित किया जाता है। जैवसंश्लेषण के अंतिम भाग में, जो सभी जीवों के लिए सामान्य है, एक मुक्त कार्बोक्जिलिक समूह में एक एमिनोप्रोपेनॉल साइडचेन जोड़ा जाता है और न्यूक्लियोटाइड लूप की असेंबली, जो कोबाल्ट के लिए दूसरा लिगैंड प्रदान करेगी, पूरी हो जाती है। कई प्रोकैरियोटिक प्रजातियाँ एडेनोसिलकोबालामिन को जैवसंश्लेषित नहीं कर सकती हैं, लेकिन इसे कोबालामिन से बना सकती हैं जिसे वे बाहरी स्रोतों से आत्मसात करते हैं। मनुष्यों में, कोबालामिन के आहार स्रोत अंतर्ग्रहण के बाद ट्रांसकोबालामिन के रूप में बंधे होते हैं और सह-एंजाइम रूपों में परिवर्तित हो जाते हैं जिसमें उनका उपयोग किया जाता है। कोबालामिन कोबालामिन (विटामिन बी12) सबसे बड़ा और संरचनात्मक रूप से सबसे जटिल विटामिन है। इसमें एक केंद्रीय रूप से चिलेटेड कोबाल्ट आयन के साथ एक संशोधित टेट्रापिरोल, एक कोरिन होता है और यह आमतौर पर दो जैविक रूप से सक्रिय रूपों में से एक में पाया जाता हैः मिथाइलकोबालामिन और एडेनोसिलकोबालामिन। अधिकांश प्रोकैरियोट्स के साथ-साथ जानवरों में कोबालामिन-निर्भर एंजाइम होते हैं जो इसे एक सह-कारक के रूप में उपयोग करते हैं, जबकि पौधे और कवक इसका उपयोग नहीं करते हैं। बैक्टीरिया और आर्किया में, इन एंजाइमों में मेथियोनीन सिंथेस, रिबोन्यूक्लियोटाइड रिडक्टेस, ग्लूटामेट और मिथाइलमैलोनिल-सीओए उत्परिवर्तन, इथेनोलामाइन अमोनिया-लाइज़ और डायोल डिहाइड्रेटेज शामिल हैं। कुछ स्तनधारियों में, कोबालामिन आहार के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, और मेथियोनीन सिंथेस और मिथाइलमैलोनिल-कोए उत्परिवर्तन के लिए आवश्यक है। मनुष्यों में, यह फोलेट चयापचय और साइट्रिक एसिड चक्र मध्यवर्ती, सक्सिनिल-सीओए के संश्लेषण में आवश्यक भूमिका निभाता है। कोबालामिन जैवसंश्लेषण का अवलोकन बैक्टीरिया में कम से कम दो अलग-अलग कोबालामिन जैवसंश्लेषक मार्ग हैंः एरोबिक मार्ग जिसमें ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है और जिसमें कोबाल्ट को मार्ग में देर से डाला जाता है; स्यूडोमोनास डेनिट्रिफिकेशन और रोडोबैक्टर कैप्सुलेटस में पाया जाता है। एनारोबिक मार्ग जिसमें कोबाल्ट सम्मिलन कोबालामिन संश्लेषण की दिशा में पहला प्रतिबद्ध कदम है; साल्मोनेला टाइफिम्यूरियम, बेसिलस मेगाटेरियम और प्रोपियोनिबैक्टीरियम फ्रायडेनरीची उपवर्ग में पाया जाता है। शेरमनी। किसी भी मार्ग को दो भागों में विभाजित किया जा सकता हैः कोरिन रिंग संश्लेषण जो सात कार्बोक्सिलेट समूहों के साथ कोबिरिनिक एसिड की ओर ले जाता है। अवायवीय मार्ग में इसमें पहले से ही कोबाल्ट होता है लेकिन एरोबिक मार्ग में उस स्तर पर बनी सामग्री हाइड्रोजन-बायरिनिक एसिड होती है, जिसमें बाध्य कोबाल्ट नहीं होता है। कोबाल्ट का सम्मिलन, जहां पहले से मौजूद नहीं है; कोबरिक एसिड देने के लिए कार्बोक्सिलेट समूहों में से एक को छोड़कर सभी पर एमाइड्स का गठन; कोबाल्ट के लिए लिगैंड के रूप में एक एडेनोसिल समूह का लगाव; एक मुक्त कार्बोक्सिलिक समूह के लिए एक एमिनोप्रोपेनॉल साइडचेन का लगाव और न्यूक्लियोटाइड लूप की असेंबली जो कोबाल्ट के लिए दूसरा लिगैंड प्रदान करेगी। एक और प्रकार का संश्लेषण एक बचाव मार्ग के माध्यम से होता है, जहां बाहरी कोरिनॉइड्स को बी 12 बनाने के लिए अवशोषित किया जाता है। निम्नलिखित वंश और निम्नलिखित अलग-अलग प्रजातियों की प्रजातियां कोबालामिन को संश्लेषित करने के लिए जानी जाती हैंः प्रोपियोनिबैक्टीरियम शेरमनी, स्यूडोमोनास डेनिट्रिफिकेशन, स्ट्रेप्टोमाइसेस ग्रिसियस, एसीटोबैक्टीरियम, एरोबैक्टर, एग्रोबैक्टीरियम, एल्केलिजेन्स, एज़ोटोबैक्टर, बेसिलस, क्लोस्ट्रिडियम, कोरिनेबैक्टीरियम, फ्लेवोबैक्टीरियम, लैक्टोबैसिलस, माइक्रोमोनोस्पोरा, माइकोबैक्टीरियम, नोकार्डिया, प्रोटियस, राइज़ोबियम, साल्मोनेला, सेरेटिया, स्ट्रेप्टोकोकस और ज़ैंथोमोनास। यूरोपोर्फिरिनोजेन III के गठन तक के चरणों का विवरण जैव संश्लेषण के शुरुआती चरणों में, एंजाइम डीअमिनेज़ और कॉसिंथेटेज़ द्वारा एक टेट्रापिरोलिक संरचनात्मक ढांचा बनाया जाता है जो पोर्फोबिलिनोजेन और हाइड्रॉक्सीमिथाइलबिलेन के माध्यम से एमिनोलिवुलिनिक एसिड को यूरोपोर्फिरिनोजेन III में बदल देता है। बाद वाला पहला मैक्रोसाइक्लिक मध्यवर्ती है जो हेम, क्लोरोफिल, सिरोहेम और कोबालामिन के लिए आम है। एरोबिक जीवों में यूरोपोरफिरिनोजेन III से एसिड ए, सी-डायमाइड तक के चरणों का विवरण कोबालामिन का जैव संश्लेषण यूरोपोरफ्रिनोजेन III में हेम और क्लोरोफिल से अलग हो जाता हैः इसके परिवर्तन में मिथाइल (सीएच3) समूहों का क्रमिक जोड़ शामिल होता है ताकि मध्यवर्ती दिए जा सकें जिन्हें इन समूहों की संख्या के अनुसार तुच्छ नाम दिए गए थे जिन्हें शामिल किया गया है। इसलिए, पहला मध्यवर्ती प्रीकोरिन-1 है, अगला प्रीकोरिन-2 है और इसी तरह। कोबिरिक एसिड में पाए जाने वाले सभी आठ अतिरिक्त मिथाइल समूहों के समावेश की जांच 13 सी मिथाइल-लेबल एस-एडेनोसिल मेथियोनीन का उपयोग करके की गई थी। यह तब तक नहीं था जब तक कि रोन-पोलेन्क रोरर के वैज्ञानिकों ने स्यूडोमोनास डेनिट्रिफिकेशन के आनुवंशिक रूप से इंजीनियर स्ट्रेन का उपयोग नहीं किया था, जिसमें विटामिन के जैव संश्लेषण में शामिल आठ कॉब जीन अत्यधिक अभिव्यक्त किए गए थे, कि मिथाइलेशन और अन्य चरणों का पूरा अनुक्रम निर्धारित किया जा सकता था, इस प्रकार मार्ग में सभी मध्यवर्ती पूरी तरह से स्थापित हो गए। यूरोपोरफिरिनोजेन III से प्रीकोरिन-2 तक एंजाइम कोबा दो मिथाइलेशन को उत्प्रेरित करता है, प्रीकोरिन-2 देने के लिएः (1ए) यूरोपोरफिरिनोजेन III + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन प्रीकोरिन-1 + एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन (1बी) प्रीकोरिन-1 + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन प्रीकोरिन-2 + एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन प्रीकोरिन-2 से प्रीकोरिन-3ए एंजाइम कोबी फिर इसे प्रीकोरिन-3ए में परिवर्तित करता हैः प्रीकोरिन-2 + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन प्रीकोरिन-3ए + एस-एडेनोसिल-एल 3ए और 3बी के रूप में इन प्रीकोरिन का नामकरण इस तथ्य को दर्शाता है कि प्रत्येक में यूरोपोरफिरिनोजेन III की तुलना में तीन अधिक मिथाइल समूह होते हैं, लेकिन अलग-अलग संरचनाओं के साथः विशेष रूप से, प्रीकोरिन-3बी में एक आंतरिक γ-लैक्टोन रिंग होती है जो रिंग ए एसिटिक एसिड साइडचेन से बनती है जो मैक्रोसाइकिल को वापस बंद करती है। प्रीकोरिन-3बी से लेकर प्रीकोरिन-4 तक एंजाइम कॉबजे मिथाइल समूह सम्मिलन के विषय को जारी रखता है। महत्वपूर्ण रूप से, इस चरण के दौरान मैक्रोसाइकिल रिंग-अनुबंध करता है ताकि उत्पाद में पहली बार कोरिन कोर हो जो कोबालामिन की विशेषता है। प्रीकोरिन-4 से प्रीकोरिन-5 तक मिथाइल समूह सम्मिलन जारी रहता है क्योंकि एंजाइम सी. ओ. बी. एम. प्रीकोरिन-4: प्रीकोरिन-4 + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन प्रीकोरिन-5 + एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन पर कार्य करता है। यह कोबालामिन पर इसका अंतिम स्थान नहीं है क्योंकि बाद के चरण में इसे एक निकटवर्ती वलय कार्बन में पुनर्व्यवस्थित करना शामिल है। प्रीकोरिन-5 से प्रीकोरिन-6ए तक एंजाइम कॉबएफ अब प्रीकोरिन-4 में रिंग सिस्टम की स्थिति 1 पर स्थित एसिटाइल समूह को हटा देता है और इसे एक नए शुरू किए गए मिथाइल समूह के साथ बदल देता है। उत्पाद का नाम, प्रीकोरिन-6ए, इस तथ्य को दर्शाता है कि इस बिंदु तक यूरोपोरफिरिनोजेन III में कुल छह मिथाइल समूहों को जोड़ा गया है। हालाँकि, चूंकि इनमें से एक को एसीटेट समूह के साथ बाहर निकाला गया है, इसलिए प्रीकोरिन-6ए की संरचना में केवल शेष पाँच शामिल हैं। प्रीकोरिन-5 + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन + एच2ओ प्रीकोरिन-6ए + एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन + एसीटेट प्रीकोरिन-6ए से प्रीकोरिन-6बी तक एंजाइम कॉबके अब एनएडीपीएच का उपयोग करके रिंग डी में एक दोहरे बंधन को कम करता हैः प्रीकोरिन-6ए + एनएडीपीएच + एच + प्रीकोरिन-6बी + एनएडीपी + प्रीकोरिन-6बी इसलिए संरचना में प्रीकोरिन-6ए से केवल दो अतिरिक्त हाइड्रोजन परमाणु होने से भिन्न होता है। प्रीकोरिन-6बी से प्रीकोरिन-8 तक एंजाइम कोबल में दो सक्रिय स्थल होते हैं, एक दो मिथाइल समूह परिवर्धनों को उत्प्रेरित करता है और दूसरा रिंग डी पर सीएच2सीओओएच समूह का डीकार्बोक्सिलेशन, ताकि यह प्रतिस्थापन एक सरल मिथाइल समूह बन जाएः प्रीकोरिन-6बी + 2 एस-एडेनोसिल मेथियोनीन प्रीकोरिन-8एक्स + 2 एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन + सीओ2 प्रीकोरिन-8 से हाइड्रोजनओबिरिनिक एसिड एंजाइम कोबल एक पुनर्व्यवस्था प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप रिंग सी में जोड़ा गया मिथाइल समूह अपने अंतिम स्थान पर आइसोमेराइज़ हो जाता है, जो इंट्रामोलिकुलर का एक उदाहरण है। ग्लूटामाइन से आने वाले स्थानांतरित अमोनिया के साथ एमाइड बंधन निर्माण के लिए ऊर्जा प्रदान करने के लिए ए. टी. पी. का उपयोग किया जाता हैः हाइड्रोजनोबिरीनिक एसिड + 2 ए. टी. पी. + 2 ग्लूटामाइन + 2 एच. 2. ओ. हाइड्रोजनोबिरीनिक एसिड ए, सी-डायमाइड + 2 ए. डी. पी. + 2 फॉस्फेट + 2 ग्लूटामिक एसिड हाइड्रोजनोबिरीनिक एसिड ए, सी-डायमाइड से एसिड ए, सी-डायमाइड कोबाल्ट (II) मैक्रोसाइकल में सम्मिलन को एंजाइम कोबाल्ट चेलेटस (सी. ओ. बी. एन. एस. टी.) द्वारा उत्प्रेरित किया जाता हैः हाइड्रोजनोबिरीनिक एसिड ए, सी-डायमाइड + सी. ओ. 2 + ए. टी. पी. + एच. ओ. ओ एसिड ए, सी-डायमाइड अवायवीय जीवों में यूरोपोर्फिरिनोजेन III से ए, सी-डायमाइड तक के चरणों का विवरण बैसिलस मेगाटेरियम जैसे अवायवीय जीवों में यूरोपोर्फिरिनोजेन III से परे कई चरणों में रासायनिक रूप से एरोबिक मार्ग में समान लेकिन आनुवंशिक रूप से अलग परिवर्तन शामिल हैं। प्रीकोरिन-2 से कोबाल्ट-सिरोहाइड्रोक्लोरिन तक मार्गों में प्रमुख अंतर यह है कि कोबाल्ट को अवायवीय जीवों में पहले प्रीकोरिन-2 को उसके पूरी तरह से सुगंधित रूप सिरोहाइड्रोक्लोरिन और फिर उस यौगिक के कोबाल्ट (II) परिसर में ऑक्सीकृत करके डाला जाता है। इन प्रतिक्रियाओं को सी. आई. एस. जी. और सिरोहाइड्रोक्लोरिन कोबाल्टोचेलेटेज द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है। कोबाल्ट-सिरोहाइड्रोक्लोरिन से कोबाल्ट-कारक III तक जैसा कि एरोबिक मार्ग में होता है, तीसरा मिथाइल समूह एक मिथाइलट्रांसफेरेज एंजाइम, सी. बी. आई. एल.: कोबाल्ट-सिरोहाइड्रोक्लोरिन + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन कोबाल्ट-कारक III + एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन द्वारा पेश किया जाता है। कोबाल्ट-प्रिकोरिन-4 से कोबाल्ट-प्रिकोरिन-5ए तक अगले चरण में सी-11 में मिथाइल समूह की शुरूआत कोबाल्ट-प्रिकोरिन-4 मिथाइलट्रांसफेरेज (सी. बी. आई. एफ.,) कोबाल्ट-प्रिकोरिन-4 + एस-एडेनोसिल मेथियोनीन कोबाल्ट-प्रिकोरिन-5 + एस-एडेनोसिल-एल-होमोसिस्टीन द्वारा उत्प्रेरित की जाती है। इस मामले में जारी किया गया टुकड़ा एसिटाल्डिहाइड है और यह सी. बी. आई. जी. द्वारा उत्प्रेरित होता हैः कोबाल्ट-प्रीकोरिन-5ए + एच2ओ कोबाल्ट-प्रीकोरिन-5बी + एसिटाल्डिहाइड + 2एच + कोबाल्ट-प्रीकोरिन-5बी से एसिड ए, सी-डायमाइड अवायवीय मार्ग में कोबाल्ट-प्रीकोरिन-5बी से एसिड ए, सी-डायमाइड तक के चरण अनिवार्य रूप से रासायनिक रूप से एरोबिक अनुक्रम में समान हैं। मध्यवर्ती कोबाल्ट-प्रीकोरिन-6ए, कोबाल्ट-प्रीकोरिन-6बी, कोबाल्ट-प्रीकोरिन-8 और कोबिरिनिक एसिड कहा जाता है। अनुक्रम में एंजाइम हैं सी. बी. आई. डी.; कोबाल्ट-प्रीकोरिन-6ए रिडक्टेस (सी. बी. आई. जे.); सी. बी. आई. टी., कोबाल्ट-प्रीकोरिन-8 मिथाइलम्यूटेज (सी. बी. आई. सी.) और सी. बी. आई. ए.। अंतिम एंजाइम एसिड ए, सी-डायमाइड बनाता है क्योंकि दोनों मार्ग अभिसरण करते हैं। एसिड ए, सी-डायमाइड से लेकर एडेनोसिलकोबालामिन एरोबिक और अवायवीय जीवों तक के चरणों का विवरण एसिड ए, सी-डायमाइड से परे एक ही रासायनिक मार्ग साझा करते हैं और यह कोब जीन उत्पादों के लिए सचित्र है। एसिड ए, सी-डायमाइड से एडेनोसिलकोबाइरिक एसिड कोबाल्ट (II) को एंजाइम सी. ओ. बी. आर. द्वारा कम किया जाता है और फिर एंजाइम सी. ओ. बी. ओ. धातु के साथ एक एडेनोसिल लिगैंड को जोड़ता है। इसके बाद, एंजाइम कोबक्यू, रिंग डी पर प्रोपियोनिक एसिड को छोड़कर सभी कार्बोक्जिलिक एसिड को उनके प्राथमिक एमाइड्स में परिवर्तित कर देता है। एरोबिक जीवों में, एंजाइम CobCD अब (R)-1-एमिनो-2-प्रोपेनॉल (थ्रेओनिन से प्राप्त) को प्रोपियोनिक एसिड से जोड़ता है, जिससे एडेनोसिलकोबिनमाइड बनता है और एंजाइम CobU फॉस्फोरिलेट अंतिम हाइड्रॉक्सी समूह को एडेनोसिलकोबिनमाइड फॉस्फेट बनाने के लिए बनाता है। वही अंतिम उत्पाद अवायवीय जीवों में (आर)-1-एमिनो-2-प्रोपेनॉल ओ-2-फॉस्फेट (एंजाइम सी. बी. आई. बी. द्वारा उत्प्रेरित थ्रेओनिन-ओ-फॉस्फेट से प्राप्त) के साथ एडेनोसाइलकोबाइरिक एसिड की सीधी प्रतिक्रिया से बनता है। एडेनोसिलकोबिनामाइड फॉस्फेट से एडेनोसिलकोबालामिन तक मार्ग की एक अलग शाखा में, 5,6-डाइमिथाइलबेन्ज़ीमिडाज़ोल को फ्लेविन मोनोन्यूक्लियोटाइड से एंजाइम 5,6-डाइमिथाइलबेन्ज़ीमिडाज़ोल सिंथेस द्वारा जैवसंश्लेषित किया जाता है और सी. ओ. बी. टी. द्वारा अल्फ़ा-रिबाज़ोल 5 'फॉस्फेट में परिवर्तित किया जाता है। फिर एंजाइम सी. ओ. बी. यू. एडेनोसिलकोबिनामाइड-जी. डी. पी. के निर्माण द्वारा एडेनोसिलकोबिनामाइड फॉस्फेट को सक्रिय करता है और सी. ओ. बी. वी. दोनों सब्सट्रेट को जोड़कर एडेनोसिलकोबालामिन-5 '-फॉस्फेट बनाता है। सह-एंजाइम के अंतिम चरण में, सी. ओ. बी. सी. 5 'फॉस्फेट समूह को हटा देता हैः एडेनोसिलकोबालामिन-5'-फॉस्फेट + एच2ओ एडेनोसिलकोबालामिन + फॉस्फेट पूर्ण जैवसंश्लेषक मार्ग में एक लंबा रैखिक मार्ग शामिल होता है जिसमें लगभग 25 योगदान करने वाले एंजाइम चरणों की आवश्यकता होती है। प्रोकैरियोट्स में कोबालामिन चयापचय के अन्य मार्ग बचाव मार्ग कई प्रोकैरियोटिक प्रजातियां एडेनोसिलकोबालामिन को जैवसंश्लेषित नहीं कर सकती हैं, लेकिन इसे कोबालामिन से बना सकती हैं। ये जीव कोबालामिन को कोशिका में परिवहन करने और आवश्यक सह-एंजाइम रूप में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। यहां तक कि साल्मोनेला टाइफिम्यूरियम जैसे जीव जो कोबालामिन बना सकते हैं, वे भी उपलब्ध होने पर इसे बाहरी स्रोतों से आत्मसात करते हैं। कोशिकाओं में ग्रहण को ए. बी. सी. ट्रांसपोर्टरों द्वारा सुगम बनाया जाता है जो कोशिका झिल्ली के माध्यम से कोबालामिन को अवशोषित करते हैं। मनुष्यों में कोबालामिन चयापचय मनुष्यों में, कोबालामिन के आहार स्रोत अंतर्ग्रहण के बाद ट्रांसकोबालामिन के रूप में बंधे होते हैं। फिर उन्हें सह-एंजाइम रूपों में परिवर्तित किया जाता है जिसमें उनका उपयोग किया जाता है। मिथाइलमैलोनिक एसिडुरिया और होमोसिस्टिनुरिया प्रकार सी प्रोटीन वह एंजाइम है जो साइनोकोबलामिन के क्षय के साथ-साथ मिथाइलकोबलामिन और एडेनोसिलकोबलामिन सहित एल्किलकोबलामिन के विलवणीकरण को उत्प्रेरित करता है। आगे पढ़ने के संदर्भ बाहरी लिंक प्रो. सर एलन बैटर्सबीः विटामिन बी12 का जैवसंश्लेषण सेंट कैथरीन कॉलेज, कैम्ब्रिज, वीडियो प्रोटीन परिवार विटामिन बी12 जैवसंश्लेषण