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维生素团队里的另类奇才

 大科技杂志社 2019-11-08

维生素团队的独行侠

维生素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。从大的分类上论,维生素总体上都是有机化合物,而有机化合物的一个重要标志就是含碳,如果不含碳,就是无机化合物了。不过,什么事物都不是那么绝对,总体上都是有机化合物的维生素团队中,还真就有一个异类,它就是维生素B12。维生素B12的怪异之处,不仅仅是因为它本身呈现出的迷人的红色,更因为它是唯一一种含有金属元素的维生素。其中的金属就是钴。

与钙、铁、锌相比,钴给人们的感觉是比较陌生的。它位于元素周期表上的27号位,和铁同属一族,性质与铁也有几分相像。它有多种价态,可以是正一价、正二价,也可以是正三价,而这些价态之间的转换就使得它可以参与多种多样的氧化还原反应。不同价态的钴在溶液中都有着漂亮的颜色,维生素B12溶液的红色就源自正三价的钴。

维生素B12中的钴与铁的性质的确有相似之处,很容易让人把它们联想到一起。但如果只把钴当做“山寨版”的铁,就大错特错了,钴有着自己独一无二的特技——转移碳原子。正因为钴的这项绝技,使得它成为了构建基因密码过程中不可或缺的幕后工作者,并成为了维生素团队中不可或缺的一位奇才。如果缺乏维生素B12,人的体内核酸代谢就会受到影响,就会造成贫血、神经系统损伤等很多种疾病。

奇才绝技大曝光

为什么说转移碳原子是钴的一种绝技呢?这就要从金属与非金属的相互结合说起了。

金属与非金属的结合,除了它们的正负离子依靠静电力相互吸引以外,主要是通过配位的方式,来实现彼此结合的。所谓的配位,是说金属离子提供空余的电子轨道,非金属原子提供闲置的成对电子,凑在一起形成配位键;当配位键形成后,配位也就完成了。当两者断开时,非金属原子把自己的一对电子原封不动地拿走,彼此不会因此产生什么新的产物,也没有后续的化学反应。所以这种结合方式,完全没有什么创造性。但钴这种金属与非金属的结合方式就不同了,它创造了一种神奇的结合方式,而且其作用也相当重要。

除了会用配位键于非金属结合以外,钴还可以与非金属中的碳原子形成一种特别的金属-碳键。这种键断开的方式也与配位键有所不同,当碳-钴键断开时,双方将一对成键电子平分,形成低一价的钴(从正三价到正二价)和一个带单电子的碳自由基。由这种金属与非金属结合和断开方式产生的碳自由基,是个异常活跃的分子,它遇到谁都要跟人家反应。正是这类活跃分子的出现,让钴的身价大幅提升。

研究证实,生物体内DNA和RNA分子的合成,要靠一种特殊分子在体内的不断再生做保证,而这种分子要想再生,就得需要得到钴的大力配合,因为钴可以通过自身的金属-碳键,为这种分子的再生创造最基本的条件。

现在看来,为传达基因密码默默做着贡献的幕后英雄——钴,跻身到维生素团队里还真是众望所归,因为它确实具有类似维生素的作用,而且也真不愧是这个团队里的奇才。

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