Biotin - biológia

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

Antibiotikumok baktériumoktól

Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója

Molekuláris iránytű a sejtek igazításához

Mi teszi a levelek öregedését ősszel

A keselyű gyöngytyúk demokráciája

Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek

| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés

A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

Biotin

Biotin, is mint B7-vitamin vagy H-vitamin egy vízben oldódó vitamin a B komplexből. Az enzimek protetikus csoportjaként fontos szerepet játszik az anyagcserében, de fontos a sejtmagban is a génfunkció epigenetikus szabályozásához. [3] [4]

A francia nómenklatúra a biotint gyakran B8-vitaminnak nevezi, míg az „adenilsav” (adenozin-monofoszfát) B8-vitaminként található meg az angolszász és a német szakirodalomban; Néha az inozitolt, amely nem vitamin, vagy a folsavat, amely szintén a B-vitamin komplex része, B8-vitaminnak is nevezik. Az IUPAC által ajánlott név azonban csak biotin.

sztori

Az anyag felfedezése több lépésben történt:

1898 - Steinitz - H-vitamin (tól Haut)
1901 - Eugene Wildiers és Manile Ide - „Bios”: az élesztő vizes kivonata olyan anyagot tartalmaz, amely szükséges az élesztő növekedéséhez
1927 - M. A. Boas - A "protein sérülés szindróma", a dermatitis egyik formájának leírása: A tojásfehérje (avidin) fehérje okozza, amely nagyon szorosan megköti a biotint és csökkenti annak biológiai hozzáférhetőségét.
1931 - Paul György - H-vitamin
1936 - Fritz Kögl és Benno Tönnis - 1,1 mg biotin első izolálása 250 kg szárított tojássárgájából
1940 - György - Annak megállapítása, hogy a biotin azonos a H-vitaminnal és az R koenzimmel
1942 - Vincent du Vigneaud - A kémiai szerkezet tisztázása
1943 - Harris - a biotin kémiai szintézise

Előfordulás és táplálkozás

A biotin nagyon sok ételben található, de többnyire csak az egyjegyű mikrogramm tartományban. A következő példák áttekintést adnak, és mindegyik 100 g élelmiszerre vonatkozik: száraz élesztő (200 μg), marhahús máj (103 μg), tojássárgája (50 μg), szójabab (30 μg), zabpehely (20 μg), dió (19 μg Gomba (12 μg), hámozatlan rizs (12 μg), teljes kiőrlésű liszt (8 μg), hal (7 μg), spenót (6 μg), marhahús és sertéshús (5 μg), banán (5 μg), Tehéntej (3 μg), alma (1 μg). [5]

Az 1940-es évek óta ismert, hogy a normális bélflóra baktériumai más B-vitaminok mellett biotint is termelnek, és a baktériumok típusától és a rendelkezésre álló időtől függően különböző mértékben gazdagítják vele a környezetüket. [6] Ennek egyik következménye, hogy a kiválasztódások több biotint tartalmaznak, mint a korábban elfogyasztott élelmiszerek. [7] Nagyon valószínű, hogy az ebből a forrásból származó biotint bizonyos mennyiségben felhasználja a szervezet, de bizonytalan a hozzájárulás mértéke. [8.]

A Német Táplálkozási Társaság napi 30–60 μg-ot említ az egészséges felnőttek megfelelő bevitelének becsléseként. Ugyanez az ajánlás érvényes terhesség és szoptatás alatt is. Csecsemőknél feltételezzük, hogy a szükséges biotin mennyiség 5–10 μg/nap. [9]

Az európai RDA megállapítja, hogy az egészséges felnőttek számára a kívánatos biotin-bevitel 50 μg/nap; néhány évvel ezelőtt 150 μg/nap-ot adtak. [10]

A pontos igény ismeretlen az értelmes kísérleti vizsgálatok hiánya miatt. Ez szükségessé teszi a biotin-követelményekre vonatkozó információk megalapozottságát a hitelesség szempontjaira alapozva. Csecsemők esetében például az anyatej átlagos biotintartalmát és a napi elfogyasztott mennyiséget veszik alapul a becsléshez. [11] [12]

Gyártás

Számos többlépcsős eljárás létezik a (+) - biotin kémiai szintézisére. A műszakilag releváns szintézisekben a fumársav, az aminosav (R.) Kiindulási anyagként ciszteint vagy tetronsavat használunk. [13] (+) - A biotin gazdaságilag fontos termék a vegyiparban.

jellemzők

A királis biotinnak három sztereogén centruma van, így nyolc sztereoizomer lehetséges. Csak a természetes (+) - biotin (3aS.,4S.,6aR.) A teljes biológiai aktivitás konfigurálása. [14]

fizikai és kémiai tulajdonságok

A biotin olyan anyag, amely színtelen tűkben kristályosodik és szobahőmérsékleten szilárd. A vegyület nem nagyon oldódik hideg vízben, etanolban vagy híg savakban, de jobban oldódik forró vízben és lúgokban. A biotin oldhatatlan a legtöbb szerves oldószerben. [2]

A vitamin ellenáll a légköri oxigénnek vagy az emelkedett hőmérsékletnek; 232-233 ° C-on a biotin megolvad. Erős bázisok vagy savak, oxidálószerek és UV fény bontják a vegyületet. A biotin vizes, semleges vizes oldatai körülbelül 100 ° C-ig stabilak. Helyes tárolás és előkészítés esetén a növényi és állati eredetű élelmiszerek főzésénél a veszteség kevesebb, mint 20%. [2]

Élettani és biokémiai alapok

Biotin anyagcsere

A biotin számos karboxiláz enzim protetikus csoportja, amelyek fontos feladatokat látnak el a fehérje, zsír és szénhidrát anyagcserében. Az élelmiszerekben található viszonylag kis mennyiségű biotin hatékony felhasználása érdekében újrahasznosítási mechanizmust fejlesztettek ki. A biotint úgy építik be a karboxilázokba, hogy a még működésképtelen apokarboxilázok speciális lizinmaradékát egy biotin-molekulához köti a holokarboxiláz-szintetáz enzim, amely funkcionális holokarboxilázokat hoz létre. (Lásd még az apo és a holoenzimeket.) Amikor ezeket a biotintartalmú karboxilázokat proteolízissel újra lebontják, akkor marad a biocitin, a biotin és a lizin aminosav kombinációja. A következő lépésben a biocitint a biotinidáz enzim hasítja és a biotint kinyerik. [11]

Ez a biotin-ciklus azonban nincs teljesen lezárva, mivel a biotin és a biocytin is bejut a vizeletbe, és ily módon ürülhet ki. Ezenkívül a biotin oldallánca a β-oxidáció áldozatává válhat. A keletkező bomlástermékek már nem biológiailag aktívak, és a vizelettel is kiválasztódnak. Ezeknek a veszteségeknek a kompenzálása nem jelent problémát a normál étrenddel rendelkező egészséges emberek számára. Mivel az élelmiszerekben található biotin egy része nem szabad formában van, hanem fehérjéhez kötött, a biotin felszabadítása érdekében a proteolízist követő emésztés során a biotinidáz további hatására is szükség van. Ezenkívül a biotinidáznak a véráramban is van tárolási funkciója, mivel bizonyos mértékben megköti a biotint önmagához, és így megvédi a vesék által történő kiválasztástól. A transzporterfehérjék felelősek a bélből a biotin felvételéért és a test szövetébe történő átviteléért, amelyek közül általában csak a nátriumfüggő multivitamin transzportert (SMVT) azonosították. Biotinhiány esetén az SMVT fokozott képződése fokozhatja a belekből történő felszívódást és a vese tubulusokból történő felépülést. Vannak jelek más szállítók létezésére. [12] [15]

A biotin mint protetikus csoport

A biotin a karboxilázok, pontosabban a karboxi-transzferázok protetikus csoportja. Hatásuk révén a szén-dioxid az állati organizmusban is rögzülhet. Példák:

piruvát-karboxiláz, a glükoneogenezis kulcsfontosságú enzime, amely a piruvátot citromsav-ciklus metabolitjává alakítja;
az acetil-CoA karboxiláz, amely a malonil-CoA-t szolgáltatja a poliketid és a zsírsav bioszintézisének kiindulási lépésében.
Propionil-CoA-karboxiláz, amely szükséges a valin, izoleucin, metionin és treonin aminosavak, valamint a páratlan és elágazó zsírsavak lebontásához.
a metil-krotononil-CoA karboxiláz, amely szükséges a leucin aminosav lebomlásához.

Az ábra a biotin, mint protetikus csoport funkcióját mutatja be a piruvát-karboxiláz által katalizált reakcióban. Mielőtt hozzáadnák a biotinban lévő nitrogénhez, a hidrogén-karbonátként jelen lévő szén-dioxidot ATP-vel aktív formává, karboxifoszfáttá, foszforsav és szénsav vegyes anhidridjévé alakítják. Mint protetikus csoport, a biotin szilárdan kötődik az enzim lizinmaradékához. Az egység (más néven biocitin) egyfajta forgótányérként működik (propeller elv), amelyen keresztül a piruvát kötőhely működtethető. A piruvát enol formájában kötődik oda, ami lehetővé teszi a CO2 maradék közvetlen átvételét. A reakció példaként szolgál egy és ugyanazon enzim protéziscsoportjának alkalmazásával és regenerálásával.

Funkció a magban

A biotin szerepet játszik a sejtmagban is, ahol módosíthatja a hisztonokat. Ismeretes, hogy a H2A, H3 és H4 hisztonok több lizintartalma biotinilálódhat. Ezen hisztonmódosítás révén a biotin hatással van a kromatin szerkezetére és a genetikai információk pillanatnyi olvashatóságára (géncsendesítés). A biotin nagyszámú, valószínűleg több mint 2000 gén expressziójának szabályozásában vesz részt. Vannak arra utaló jelek, hogy a holokarboxiláz-szintetáz és a biotinidáz enzimek át tudják vinni a biotint a hisztonokba, ezáltal a biotinidáz valószínűleg képes a hisztonok debiotinilezésére is. Hogy ezek a folyamatok részletesen haladnak, az a jelenlegi kutatás tárgya. [3] [4]

Biotinhiány

A biotinhiány befolyásolja a szénhidrát-, fehérje- és zsíranyagcserét. Ezek a következmények elsősorban a biotin-függő karboxilázok funkcionális korlátozásából származnak. A klinikai képet ezért általában nevezik többszörös karboxiláz-hiány kijelölt. A tényleges biotinhiány mellett a biotin anyagcsere területén genetikai hibák is kiválthatók. [16] [15]

Tünetek

A következő tüneteket figyelték meg embereknél egy biotinhiány következtében: bőrbetegségek, depresszió, rendkívüli fáradtság, álmosság, izomfájdalom, túlérzékenység, helyi rendellenes érzések, hallucinációk, étvágytalanság, émelygés, hajhullás, a haj színének megváltozása, a törékeny köröm, a megnövekedett koleszterinszint, a páratlan számok rendellenesen magas szintje Zsírsavak, szívműködési rendellenességek, vérszegénység, halványszürke bőrszín, mozgászavarok (ataxia, hipotenzió) és fokozott érzékenység a fertőzésekre (candidiasis, keratoconjunctivitis, glossitis). [11] [12] [7]

Egyéb hatásokat találtak az állatoknál is, például metabolikus változásokat és a szívizom elhízását, zsírmájat, a testmozgás során bekövetkező hipoglikémiás hirtelen pusztulást, az immunrendszer károsodását és a rossz sebgyógyulást. [17] A csirkéknél a biotinhiány jelentősen csökkentette a peték biotintartalmát, ami csökkent csírázási sebességhez és a csirkék gyakori deformációihoz vezetett, bár a tojások száma változatlan maradt. A biotinhiány teratogén hatásait egyes emlősfajokban is leírták. [18]

okoz

Az avidin, a tojásfehérjében található fehérje nagyon szorosan képes megkötni a biotint. Ezenkívül az avidint nem támadják meg az emésztési enzimek. A hevítés denaturálja az avidint és ártalmatlanná teszi. Másrészt, ha a nyers A tojásfehérje minden biotin a belekben, amelyet avidin köt meg. [11] Ez azt jelenti, hogy mind az ételben található biotin, mind a bélflóra által képzett biotin hozzáférhetetlenné válik a szervezet számára. Amint a szervezet saját tartalékai kimerülnek, kialakulnak a biotinhiány tünetei. Az önkéntesekkel végzett kísérlet részeként ez három-négy hét múlva kezdődött. [7] Általában az avidin ezen tulajdonságát arra használják, hogy kísérleti céllal viszonylag gyorsan és megbízhatóan biotinhiányt termeljen emberekben vagy állatokban. [17]
Az intravénás táplálkozástól függő rövid bél szindrómás betegeknél hónapok vagy akár évek alatt hiánytünetek jelentkeznek, ha az infúziók nem tartalmaznak biotint. Ez sokkal gyorsabban történik csecsemőknél. [12] A vékonybél megrövidülése mellett a bélflóra károsodása az egyik kockázati tényező. Az antibiotikumok hosszú távú alkalmazása biotinhiányhoz vezethet. A krónikus alkoholizmus gyakran társul a szervezetben a biotin kimerülésével is. [11]
Biotinhiányt, amelyet kizárólag az alacsony biotintartalmú étrend okoz, emberben alig írtak le. Kivételt képeztek azok a csecsemők, akik olyan kész tápszert kaptak, amely egyedi tápanyagokból állt, és hosszú ideig nem tartalmazott biotint. [12] Néhány állatban, például csirkékben vagy pulykákban, azonban biotinhiány viszonylag könnyen előfordulhat a biotinban szegény takarmány miatt. [18]
Biotinhiányt találtak néhány vesebetegben, akiknek hosszú ideig át kellett esniük a dialízisen. [11]
Úgy tűnik, hogy a görcsoldók befolyásolják a biotin egyensúlyt, így többé-kevésbé súlyos biotinhiány fejeződik ki. [12]
A terhesség alatt a nők mintegy harmadában biokémiai változások találhatók, amelyek enyhe biotinhiányra utalnak. Ez általában nem eredményez külső tüneteket. Feltételezzük, hogy a biotin a terhesség alatt gyorsabban bomlik le, mivel a terhes nők vizeletében kevesebb biotint, de magasabb metabolitkoncentrációkat mérnek. [12] [8]

Túladagolás

Eddig az emberekben a biotin káros hatásai nem jelentek meg. Minden azt jelzi, hogy a terápiás szélesség nagyon nagy. [11] A biotin anyagcsere különféle rendellenességeiben szenvedő betegeknél hosszú távú megfigyelések történtek napi 10 mg biotin/testtömeg-kilogramm bevitelére vonatkozóan. A magas biotin dózis negatív hatásait nem figyelték meg. Néhány beteg azonban visszafordíthatatlan károsodást mutat a biotinnal végzett kezelés miatt túl késő megkezdődött. [16] [19] Az ilyen eredmények anyagcsere-betegektől egészséges egyénekig történő továbbadása természetesen nem lehetséges minden további nélkül.

A nem megfelelő adathelyzet miatt hivatalosan eddig nem adtak meg LOAEL-értéket. [20] (Ez a legalacsonyabb dózis, amely negatív hatásokat okozhat.) Csak néhány olyan állatkísérletet végeztek, amelyekben biotinszintet adtak, amely elég nagy volt ahhoz, hogy negatív hatásokat okozzon. Például egy fiatal, patkányokon végzett, néhány hétig tartó vizsgálat során kiderült, hogy a napi biotin 80 mg/testtömeg-kilogramm dózis negatívan befolyásolta takarmányfelvételüket és növekedésüket, ami a dózis növekedésével tovább nőtt. Átlagolva 65 kg átlagos tömegre, ez napi 5 g-nál nagyobb biotin-bevitelt eredményez, ami a fiziológiai szükséglet 100 000-szeresének felel meg.

Noha a patkányok a normál dózis 5000–10 000-szeresében tolerálták a biotint károsodás nélkül, vemhes nőstény patkányoknál 1 mg biotint/testtömeg-kilogrammnál nagyobb injekció beadása után a magzatok abszorpciója és csökkent ösztrogénképződés történt. [11]

használat

A biotin, mint gyógyszer

A biotinkészítményeket biotinhiány kezelésére és megelőzésére használják. Megelőzésre napi 0,2 mg elegendő. A meglévő hiány rövid időn belüli biztonságos kompenzálása érdekében azonban jelentősen nagyobb dózisra lehet szükség. [11] A biotin gyakran része azoknak a multivitamin-készítményeknek, amelyeket az infúziós oldatokhoz adnak, amikor a betegeket parenterálisan, hosszabb ideig kell táplálni, azaz meg kell kerülni a gyomor-bél traktust. [22]

Az egész életen át tartó kezelés nagyon nagy dózisú biotinnal a következő ritka genetikai anyagcsere-betegségek gyakori és rendkívül hatékony terápiája: [16] [19]

Biotin a molekuláris biotechnológiában

A biotint különböző molekulák jelölésére lehet használni (biotinilezés). A kimutatáshoz a biotin és az avidin vagy a sztreptavidin közötti kölcsönhatást használják. [23]