СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ГИДРОКСИЛИРОВАННОГО C-ЛАКТАМА ЦИАНОКОБАЛАМИНА
Аннотация
При взаимодействии системы O2 – аскорбиновая кислота – CuSO4 с цианокобаламином получен его гидроксилированный по атому углерода C5 c-лактам. Строение синтезированного соединения доказано методами спектрофотометрии, MALDI масс-спектрометрии и 1H ЯМР. С использованием циклической вольтамперометрии показано, что восстановление Co(III) → Co(I) в модифицированном цианокобаламине происходит при более положительном потенциале, чем восстановление цианокобаламина (CNCbl) и его мезо-бромированного производного (мезо-BrCNCbl). Сделан вывод о том, что благодаря электроноакцепторным свойствам лактамной группы ион кобальта в синтезированном гидроксилированном по атому углерода C5 c-лактаме цианокобаламина обладает более выраженными окислительными свойствами, чем в CNCbl и мезо-BrCNCbl. Восстановление Co(III) → Co(I) в модифицированном цианокобаламине является необратимым. Это связано с децианированием комплекса: после восстановления кобальт теряет цианидный лиганд, и повторное его присоединение в ходе следующего цикла становится невозможным. Показано, что гидроксилирование и образование лактамного кольца приводит к значительному повышению концентрации комплекса с нарушенной связью Co – 5,6-диметилбензимидазол в водных растворах (base-off формы комплекса) по сравнению с цианокобаламином. Это значительно расширяет возможности модифицированного цианокобаламина как комплексообразователя. Установлено, что в присутствии гидроксилированного с-лактама цианокобаламина реакция окисления L-цистеина кислородом воздуха протекает со значительно большей скоростью, чем в его отсутствие и в присутствии цианокобаламина. Наличие выраженных каталитических свойств модифицированного цианокобаламина объясняется повышением окислительных свойств центрального иона кобальта, а также концентрации base-off формы, имеющей свободную α-позицию.
Для цитирования:
Макаров С.В., Молодцов П.А., Осокин В.С., Макарова А.С. Синтез и свойства гидроксилированного c-лактама цианокобаламина. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 6. С. 70-77. DOI: 10.6060/ivkkt.20266906.7133.
Литература
Marques H.M. The inorganic chemistry of the cobalt corrinoids – an update. J. Inorg. Biochem. 2023. V. 242. P. 112154. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2023.112154.
Marques H.M. Corrins and porphyrins: two of nature’s pigments of life. J. Coord. Chem. 2024. V. 77. N 11. P. 1161-1210. DOI: 10.1080/00958972.2024.2343109.
Erina A.A., Borodulin V.B., Dereven’kov I.A., Makarov S.V., Ishchenko A.A. Destruction of vitamin B12 during interaction with active oxygen forms. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 7. P. 6-18 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.7043.
Proinsias K., Giedyk M., Gryko D. Vitamin B12: chemical modifications. Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 6605-6619. DOI: 10.1039/c3cs60062a.
Wierzba A.J, Wincenciuk A., Karczewski M., Vullev V.I., Gryko D. meso-Modified cobalamins – synthesis, structure and properties. Chem. Eur. J. 2018. V. 24. N 41. P. 10344-10350. DOI: 10.1002/chem.201801807.
Brenig C., Mosberger L., Baumann K., Blacque O., Zelder F. Redox-Neutral Syntheses and Electrochemical Studies of 10-Bromo-Substituted Light-Stable Antivitamin B12 Candidates. Helv. Chim. Acta. 2021. V. 104. N 8. P. e2100067. DOI: 10.1002/hlca.202100067.
Osokin V.S., Dereven’kov I.A., Makarova A.S., Molodtsov P.A., Makarov S.V. meso-Bromination Greatly Enhances Reactivity of Cyanocobalamin towards Hydrogen Sulfide. Macroheterocycles. 2024. V. 17. N 4. P. 285-289. DOI: 10.6060/mhc245823o.
Dereven’kov I.A., Osokin V.S., Khodov I.A., Soborno-va V.V., Ershov N.A., Makarov S.V. meso-Bromination of cyano- and aquacobalamins facilitates their processing into Co(II)-species by glutathione. JBIC J. Biol. Inorg. Chem. 2023. V. 28. P. 571-581. DOI: 10.1007/s00775-023-02009-x.
Matthews J.H. Cyanocobalamin [c-lactam] Inhibits Vitamin B12 and Causes Cytotoxicity in HL60 Cells: Methi-onine Protects Cells Completely. Blood. 1997. V. 89. N 12. P. 4600-4607. DOI: 10.1182/blood.V89.12.4600.
Rzepka Z., Rok J., Maszczyk M., Beberok A., Her-manowicz J.M., Pawlak D., Gryko D., Wrześniok D. Response of Glioblastoma Cells to Vitamin B12 Defi-ciency: A Study Using the Non-Toxic Cobalamin Antagonist. Biology (Basel). 2021. V. 10. N 1. P. 69. DOI: 10.3390/biology10010069.
Zelder F., Sonnay M., Prieto L. Antivitamins for medic-inal applications. ChemBioChem. 2015. V. 16. P.1264-1278. DOI: 10.1002/cbic.201500072.
Temova Rakuša Ž., Roškar R., Hickey N., Geremia S. Vitamin B12 in Foods, Food Supplements, and Medicines - A Review of Its Role and Properties with a Focus on Its Stability. Molecules. 2022. V. 28. N 1. P. 240. DOI: 10.3390/molecules28010240.
Dereven’kov I.A., Osokin V.S., Ershov N.A. Makarov S.V. meso-Halogenated nitrosylcobalamins: Formation and aerobic stability. J. Porph. Phthalocyanines. 2024. V. 28. N 4. P. 217-224. DOI: 10.1442/S1088424624500135.
Osokin V.S., Fugina D.O., Dereven’kov I.A., Khodov I.A., Makarov S.V. c-Lactone ring increases the reactivi-ty of cyanocobalamins toward glutathione. J. Porph. Phthalocyanines. 2024. V. 28. N 9-10. P. 639-646. DOI: 10.1142/S1088424624500378.
Dereven’kov I.A., Sakharova E.S., Osokin V.S., Makarov S.V. Aquacobalamin accelerates Orange II de-struction by peroxymonosulfate via the transient formation of secocorrinoid: a mechanistic study. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 19. P. 11907. DOI: 10.3390/ijms231911907.
Wingert V., Mukherjee S., Esser A.J., Behringer S., Tanimowo S., Klenzendorf M., Derevenkov I.A., Makarov S.V., Jacobsen D.W., Spiekerkoetter U., Hannibal L. Thiolatocobalamins repair the activity of pathogenic variants of the human cobalamin processing enzyme CblC. Biochimie, 2021. V. 183. P. 108-125. DOI: 10.1016/j.biochi.2020.10.006.
Salnikov D.S., Dereven’kov I.A., Makarov S.V., Lupan A., Surducan M., Silaghi-Dumitrescu R. Kinetics of re-duction of cobalamin by sulfoxylate in aqueous solutions. Rev. Roum. Chim. 2012. V. 57. N 4-5. P. 353-359.
Molodtsov P.A., Makarov S.V., Kuchina D.E., Naidenko E.V. Influence of aquacobalamin on the interaction of the cucurbit[7]uril-sulfur complex with thiols. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2026. V. 69. N 1. P. 14-20 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20266901.7278.
Salnikov D.S., Dereven’kov I.A., Artyushina E.N., Makarov S.V. Interaction of cyanocobalamin with sulfur-containing reducing agents in aqueous solutions. Russ. J. Phys. Chem. A. 2013. V. 87. N 1. P. 44-48. DOI: 10.1134/ S0036024413010226.
Eyer P., Worek F., Kiderlen D., Sinko G., Stuglin A., Simeon-Rudolf V., Reiner E. Molar absorption coeffi-cients for the reduced Ellman reagent: Reassessment. Anal. Biochem. 2003. V. 312. P. 224–227. DOI: 10.1016/S0003-2697(02)00506-7.
Holze G., Gossauer A., Ernst L. Struktur und Reaktivität von Xanthocorrinoiden. IV. Hydroxylierung an C(15) des Corrin-Chromophors bei der Reaktion von Cyano-cob(III)alamin mit Udenfriend-Reagenz. Helv. Chim. Ac-ta. 1986. V. 69. N 7. P. 1567-1570. DOI: 10.1002/hlca.19860690707.
Nazhat N.B., Golding B.T., Alastair Johnson G.R., Jones P. Destruction of vitamin B12 by reaction with ascorbate: The role of hydrogen peroxide and the oxidation state of cobalt. J. Inorg. Biochem. 1989. V. 36. N 2. P. 75-81. DOI: 10.1016/0162-0134(89)80014-5.
Ding Y., Lim P.J., Goh J., Lin Q., Johns P.W. Effects of redox active agents on cyanocobalamin stability in heated milk. Int. J. Food Sci. Technol. 2023. V. 58. N 12. P. 6296-6306. DOI: 10.1111/ijfs.16734.
Pugina R.A., Denisova E.A., Ivlev P.A., Salnikov D.S., Makarov S.V. Synthesis of vitamin B12 derivatives with sodium hydroxymethanesulfinate. J. Porph. Phthalocyanines. 2018. V. 22. N 12. P. 1092-1098. DOI: 10.1142/ S1088424618501092.
Calafat A.M., Marzilli L.G. Investigations of B12 Derivatives with Inorganic Ligands Using 2D NMR Spec-troscopy. Ligand-Responsive Shifts Suggest That the Deoxyadenosyl Moiety in Coenzyme B12 Has a Steric Trans Influence. J. Am. Chem. Soc. 1993. V. 115. N 20. Р. 9182-9190. DOI: 10.1021/ja00073a037.
Johns P.W., Das A., Kuil E.M., Jacobs W.A., Schimp K.J., Schmitz D.J. Cocoa polyphenols accelerate vitamin B12 degradation in heated chocolate milk. Int. J. Food Technol. 2015. V. 56. P. 421-430. DOI: 10.1111/ijfs.12632.
Ono K., Kitamura Y., Zhang T., Tsutsuki H., Rahman A., Ihara T., Akaike T., Sawa T. Cysteine Hydropersul-fide Inactivates β-Lactam Antibiotics with Formation of Ring-Opened Carbothioic S-Acids in Bacteria. ACS Chem. Biol. 2021. V. 16. P. 731-739. DOI: 10.1021/acschembio.1c00027.
Gayatri, Brewitz L., Ibbotson L., Salah E., Basak S., Choudhry H., Schofield C.J. Thiophene-fused γ-lactams inhibit the SARS-CoV-2 main protease via reversible covalent acylation. Chem. Sci. 2024. V. 15. P. 7667-7678. DOI: 10.1039/D4SC01027B.
