コバラミン生合成

酵素CobAは 2つのメチル化を触媒し、プレコリン-2を生成する：^{[ 20 ]}

（１ａ）ウロポルフィリノーゲンIII + S-アデノシルメチオニン${\displaystyle \rightleftharpoons }$ プレコリン-1 + S-アデノシル-L-ホモシステイン

（１b）プレコリン-１＋S-アデノシルメチオニン${\displaystyle \rightleftharpoons }$ プレコリン-2 + S-アデノシル-L-ホモシステイン

酵素CobIはこれをプレコリン-3Aに変換する。^{[ 18 ]}

プレコリン-2 + S-アデノシルメチオニン ${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-3A + S-アデノシル-L-ホモシステイン

次に、酵素CobGがプレコリン-3Aをプレコリン-3Bに変換する：^{[ 18 ]}

プレコリン-3A + NADH + H ⁺ + O ₂${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-3B + NAD ⁺ + H ₂ O

この酵素は酸素を必要とする酸化還元酵素であり、そのため反応は好気性条件下でのみ進行する。これらのプレコリンが3Aおよび3Bと命名されたのは、それぞれがウロポルフィリノーゲンIIIよりも3つ多くのメチル基を持つが構造が異なるという事実を反映している。特に、プレコリン-3Bは、環Aの酢酸側鎖がマクロサイクルに閉じて形成された内部γ-ラクトン環を持つ。

酵素CobJはメチル基挿入のテーマを引き継いでいる。重要なことに、この段階でマクロサイクル環が収縮し、生成物には初めてコバラミンを特徴づけるコリンコアが含まれるようになる。^{[ 18 ]}

プレコリン-3B + S-アデノシルメチオニン ${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-4 + S-アデノシル-L-ホモシステイン

酵素CobMがプレコリン-4に作用すると、メチル基の挿入が続く: ^{[ 21 ]}

プレコリン-4 + S-アデノシルメチオニン${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-5 + S-アデノシル-L-ホモシステイン

新たに挿入されたメチル基は、環Cのメチレン（CH₂）架橋を介して環Bに結合した炭素に付加される。_これはコバラミン上の最終的な位置ではなく、後の段階で隣接する環炭素への転位が起こる。

酵素CobFは、プレコリン-4の環系の1位にあるアセチル基を除去し、新たに導入されたメチル基に置き換える。生成物の名称であるプレコリン-6Aは、この時点までにウロポルフィリノーゲンIIIに合計6つのメチル基が付加されたという事実を反映している。しかし、これらのうち1つがアセチル基とともに押し出されたため、プレコリン-6Aの構造には残りの5つだけが含まれている。^{[ 21 ]}

プレコリン-5 + S-アデノシルメチオニン+ _H₂O${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-6A + S-アデノシル-L-ホモシステイン + 酢酸

酵素CobKはNADPHを使用してD環の二重結合を還元します: ^{[ 21 ]}

プレコリン-6A + NADPH + H ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-6B + NADP ⁺

したがって、プレコリン-6Bは、プレコリン-6Aと比べて、水素原子が2個多いという点のみ構造的に異なっている。

酵素CobLには2つの活性部位があり、1つは2つのメチル基の付加を触媒し、もう1つはD環上の_CH2COOH基の脱炭酸を触媒して、この置換基を単純なメチル基にする：^{[ 21 ]}

プレコリン-6B + 2S-アデノシルメチオニン${\displaystyle \rightleftharpoons }$プレコリン-8X + 2S-アデノシル-L-ホモシステイン + _CO2

酵素CobHは転位反応を触媒し、その結果、環Cに付加されたメチル基が最終的な位置に異性化され、分子内転移の一例となる。^{[ 22 ]}

プレコリン-8X${\displaystyle \rightleftharpoons }$水素オビリネート

経路の次の酵素であるCobBは、8つのカルボン酸基のうち2つを選択的に第一級アミドに変換します。ATPはアミド結合形成のエネルギー源として使用され、転移されるアンモニアはグルタミンから供給されます。^{[ 23 ]}

水素ビリン酸 + 2 ATP + 2 グルタミン + 2 _H₂O${\displaystyle \rightleftharpoons }$水素ビリン酸α,c-ジアミド + 2 ADP + 2 リン酸 + 2 グルタミン酸

コバルト(II)のマクロサイクルへの挿入は、コバルトキレート化酵素(CobNST)によって触媒される: ^{[ 24 ]}

水素ビリン酸α,c-ジアミド + Co ²⁺ + ATP + H ₂ O${\displaystyle \rightleftharpoons }$コブ(II)イリン酸α,c-ジアミド + ADP + リン酸 + H ⁺

この段階で好気性経路と嫌気性経路が合流し、それ以降の段階は化学的に同一となる。

これらの経路の主な違いは、嫌気性生物ではコバルトが早期に取り込まれることであり、まずプレコリン-2が完全に芳香族化されたシロヒドロクロリンに酸化され、次にその化合物のコバルト(II)錯体になる。^{[ 26 ]}これらの反応はCysGとシロヒドロクロリンコバルトケラターゼによって触媒される。^{[ 27 ]}

好気性経路と同様に、3番目のメチル基はメチルトランスフェラーゼ酵素CbiLによって導入される：^{[ 26 ]}

コバルトシロヒドロクロリン + S-アデノシルメチオニン ${\displaystyle \rightleftharpoons }$コバルト因子III + S-アデノシル-L-ホモシステイン

次に、コバルト因子IIIメチルトランスフェラーゼ（CbiH、 EC 2.1.1.272）^{[ 28 ]}酵素によって触媒されるメチル化と環収縮が起こり、コリンマクロサイクルが形成される。

コバルト因子III + S-アデノシルメチオニン ${\displaystyle \rightleftharpoons }$コバルト-プレコリン-4 + S-アデノシル-L-ホモシステイン

この経路では、生成される物質はプレコリン-3Bのγ-ラクトン（5員環）ではなく、δ-ラクトン（6員環）を含む。

次の段階でのC-11へのメチル基の導入は、コバルトプレコリン-4メチルトランスフェラーゼ（CbiF、EC 2.1.1.271）^{[ 29 ]によって触媒される。}

コバルト-プレコリン-4 + S-アデノシルメチオニン ${\displaystyle \rightleftharpoons }$コバルト-プレコリン-5 + S-アデノシル-L-ホモシステイン

これで、好気性経路でプレコリン-6Aの形成時に放出される酢酸に対応する2炭素断片の排出の準備が整いました。この場合、放出される断片はアセトアルデヒドであり、これはCbiGによって触媒されます: ^{[ 29 ]}

コバルト-プレコリン-5A + _H₂O${\displaystyle \rightleftharpoons }$コバルト-プレコリン-5B + アセトアルデヒド + 2 H ⁺

嫌気性経路におけるコバルト-プレコリン-5Bからコビリン酸α,c-ジアミドへのステップは、好気性経路におけるステップと化学的に本質的に同一である。中間体は、コバルト-プレコリン-6A、コバルト-プレコリン-6B、コバルト-プレコリン-8、およびコビリン酸と呼ばれる。この経路の酵素は、 CbiD、^{[ 30 ]}コバルト-プレコリン-6A還元酵素（CbiJ、EC 1.3.1.106）、^{[ 31 ]} CbiT、コバルト-プレコリン-8メチルムターゼ（CbiC、EC 5.4.99.60）、およびCbiAである。最終酵素は、 2つの経路が収束する際にコビリン酸α,c-ジアミドを形成する。^{[ 5 ]}

コバルト(II)は酵素CobRによってコバルト(I)に還元され、次に酵素CobOがアデノシル配位子を金属に結合させる。次に、酵素CobQが環D上のプロピオン酸を除くすべてのカルボン酸を第一級アミドに変換する。 ^{[ 7 ] [ 21 ]}

好気性生物では、酵素CobCD が(R)-1-アミノ-2-プロパノール(トレオニン由来) をプロピオン酸に付加し、アデノシルコビナミドを形成し、酵素CobU が 末端ヒドロキシ基をリン酸化してアデノシルコビナミドリン酸を形成する。 ^{[ 21 ]}嫌気性生物では、アデノシルコビリン酸と (R)-1-アミノ-2-プロパノール O-2-リン酸 (酵素CobDによりトレオニン-O-リン酸から生成) が酵素CbiBによって直接反応し、同じ最終生成物が形成される。^{[ 5 ]}

経路の別の分岐では、5,6-ジメチルベンズイミダゾールは、酵素5,6-ジメチルベンズイミダゾールシンターゼによってフラビンモノヌクレオチドから生合成され、CobTによってα-リバゾール5'リン酸に変換されます。次に、酵素CobUがアデノシルコビナミド-GDPの形成によってアデノシルコビナミドリン酸を活性化し、CobVが2つの基質を連結してアデノシルコバラミン-5'-リン酸を形成します。補酵素への最終段階では、CobCが5'リン酸基を除去します: ^{[ 32 ] [ 33 ]}

アデノシルコバラミン-5'-リン酸+ _H₂O${\displaystyle \rightleftharpoons }$アデノシルコバラミン＋リン酸

完全な生合成経路は、約25の酵素反応を必要とする長い直線的な経路である。

多くの原核生物種はアデノシルコバラミンを生合成できないが、コバラミンから合成することができる。これらの生物はコバラミンを細胞内に輸送し、必要な補酵素型に変換する能力を持っている。^{[ 34 ]}コバラミンを合成できるサルモネラ菌（Salmonella typhimurium）のような生物でさえ、外部から入手可能な場合はそれを同化する。 ^{[ 5 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}細胞への取り込みは、細胞膜を通してコバラミンを吸収するABCトランスポーターによって促進される。 ^{[ 38 ]}

ヒトでは、食事由来のコバラミンは摂取後にトランスコバラミンとして結合します。^{[ 39 ]}その後、使用される補酵素型に変換されます。メチルマロン酸尿症およびホモシスチン尿症C型タンパク質は、シアノコバラミンの脱シアン化、およびメチルコバラミンやアデノシルコバラミンを含むアルキルコバラミンの脱アルキル化を触媒する酵素です。^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}