Biotină - biologie

Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?

Antibiotice din bacterii

Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute

Busolă moleculară pentru alinierea celulelor

Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna

Democrația bibilicilor vultur

Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise

| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor

Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice

Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?

Biotina

Biotina, de asemenea ca Vitamina B7 sau Vitamina H. este o vitamină solubilă în apă din complexul B. Ca grup protetic de enzime, joacă un rol important în metabolism, dar este important și în nucleul celular pentru reglarea epigenetică a funcției genice. [3] [4]

Nomenclatura franceză numește adesea biotina drept vitamina B8, în timp ce „acidul adenilic” (adenozin monofosfat) se găsește ca vitamina B8 în literatura anglo-saxonă și germană; Uneori, inozitolul, care nu este o vitamină, sau acidul folic, care face parte, de asemenea, din complexul vitaminei B, este denumit și vitamina B8. Cu toate acestea, numele recomandat de IUPAC este doar biotină.

poveste

Descoperirea substanței a avut loc în mai mulți pași:

1898 - Steinitz - Vitamina H (din Haut)
1901 - Eugene Wildiers și Manile Ide - „Bios”: un extract apos din drojdie conține o substanță necesară pentru ca drojdia să crească
1927 - M. A. Boas - Descrierea „sindromului leziunii proteinelor”, o formă de dermatită: cauzată de o proteină conținută în albușul de ou (avidina) care leagă foarte bine biotina și îi reduce disponibilitatea biologică.
1931 - Paul György - Vitamina H
1936 - Fritz Kögl și Benno Tönnis - Prima izolare a 1,1 mg biotină din 250 kg gălbenuș de ou uscat
1940 - György - Constatarea faptului că biotina este identică cu vitamina H și coenzima R.
1942 - Vincent du Vigneaud - Elucidarea structurii chimice
1943 - Harris - sinteza chimică a biotinei

Apariție și nutriție

Biotina este conținută într-o mulțime de alimente, dar mai ales numai în intervalul de micrograme cu o singură cifră. Următoarele exemple oferă o imagine de ansamblu și fiecare se referă la 100 g de alimente: drojdie uscată (200 μg), ficat de vită (103 μg), gălbenuș de ou (50 μg), soia (30 μg), fulgi de ovăz (20 μg), nuci (19 μg ), Ciuperci (12 μg), orez necojit (12 μg), făină integrală de grâu (8 μg), pește (7 μg), spanac (6 μg), carne de vită și porc (5 μg), banane (5 μg), Lapte de vacă (3 μg), mere (1 μg). [5]

Se știe încă din anii 1940 că bacteriile conținute în flora intestinală normală produc biotină în plus față de alte vitamine din grupul B și, în funcție de tipul de bacterii și de timpul disponibil, își îmbogățesc mediul înconjurător în diferite grade. [6] O consecință este că excrețiile conțin mai multă biotină decât alimentele consumate anterior. [7] Este foarte probabil ca biotina din această sursă să fie utilizată în anumite cantități de către organism, dar există incertitudine cu privire la valoarea acestei contribuții. [A 8-a]

Societatea germană de nutriție citează 30-60 μg/zi ca estimare a aportului adecvat la adulții sănătoși. Aceeași recomandare se aplică în timpul sarcinii și alăptării. Pentru sugari, se presupune că cantitatea necesară de biotină este de 5-10 μg/zi. [9]

ADR european afirmă că aportul dorit de biotină pentru adulții sănătoși este de 50 μg/zi; în urmă cu câțiva ani, s-au administrat 150 μg/zi. [10]

Necesitatea exactă este necunoscută din cauza lipsei unor studii experimentale semnificative. Acest lucru face necesară bazarea informațiilor privind cerințele de biotină pe considerente de plauzibilitate. În cazul sugarilor, de exemplu, conținutul mediu de biotină din laptele matern și cantitatea zilnică consumată sunt utilizate ca bază pentru estimare. [11] [12]

de fabricație

Există numeroase procese în mai multe etape pentru sinteza chimică a (+) - biotinei. În sintezele relevante din punct de vedere tehnic, acidul fumaric, aminoacidul (R.) Cisteina sau acidul tetronic sunt utilizate ca materie primă. [13] (+) - Biotina este un produs important din punct de vedere economic în industria chimică.

caracteristici

Biotina chirală are trei centri stereogenici, astfel încât sunt posibili opt stereoizomeri. Cu toate acestea, numai biotina naturală (+) cu (3aS.,Al 4-leaS.,6aR.) Configurarea activității biologice complete. [14]

proprietati fizice si chimice

Biotina este o substanță care cristalizează în ace incolore și este solidă la temperatura camerei. Compusul nu se dizolvă foarte mult în apă rece, etanol sau acizi diluați, dar este mai solubil în apă fierbinte și în alcalii. Biotina este insolubilă în majoritatea solvenților organici. [2]

Vitamina este rezistentă la oxigenul atmosferic sau la temperaturi ridicate; la 232-233 ° C, biotina se topește. Bazele sau acizii puternici, agenții oxidanți și lumina UV descompun compusul. Soluțiile apoase și neutre de biotină în apă sunt stabile până la aproximativ 100 ° C. Cu depozitare și pregătire corecte, pierderile la gătirea alimentelor pentru plante și animale sunt mai mici de 20%. [2]

Bazele fiziologice și biochimice

Metabolismul biotinei

Biotina este grupul protetic al mai multor enzime carboxilazice care îndeplinesc sarcini importante în metabolismul proteinelor, grăsimilor și glucidelor. Pentru a utiliza în mod eficient cantitățile relativ mici de biotină conținute în alimente, a fost dezvoltat un mecanism de reciclare. Biotina este încorporată în carboxilaze prin conectarea unui reziduu special de lizină al apocarboxilazelor încă inoperabile la o moleculă de biotină de către enzima holocarboxilază sintetază, care creează holocarboxilaze funcționale. (Vezi și apo și holoenzime.) Când aceste carboxilaze care conțin biotină sunt descompuse din nou prin proteoliză, ceea ce rămâne este biocitina, o combinație de biotină și aminoacid lizină. În etapa următoare, biocitina este scindată de enzima biotinidază și biotina este recuperată. [11]

Cu toate acestea, acest ciclu de biotină nu este complet închis, deoarece atât biotina cât și biocitina intră în urină și pot fi excretate în acest fel. În plus, lanțul lateral al biotinei poate fi victima β-oxidării. Produsele de degradare rezultate nu mai sunt biologic active și sunt, de asemenea, excretate cu urina. Compensarea acestor pierderi nu este o problemă pentru persoanele sănătoase cu o dietă normală. Deoarece o parte din biotina conținută în alimente nu este în formă liberă, ci legată de proteine, acțiunea suplimentară a biotinidazei este necesară și în timpul digestiei după proteoliză, pentru a elibera biotină. În plus, biotinidaza are o funcție de stocare în fluxul sanguin, deoarece leagă biotina de ea însăși într-o anumită măsură și, astfel, o protejează de a fi excretată de rinichi. Proteinele transportoare sunt responsabile pentru absorbția biotinei din intestin și transferul acesteia în țesutul corpului, dintre care doar transportorul multivitaminic dependent de sodiu (SMVT) a fost identificat până acum în general. În cazul unui deficit de biotină, formarea crescută a SMVT poate intensifica absorbția din intestin și recuperarea din tubulii renali. Există indicii ale existenței altor transportatori. [12] [15]

Biotina ca grup protetic

Biotina este grupul protetic al carboxilazelor, mai exact carboxi transferazele. Prin acțiunea lor, dioxidul de carbon poate fi fixat și în organismul animal. Exemple sunt:

piruvat carboxilaza, o enzimă cheie în gluconeogeneză care transformă piruvatul într-un metabolit al ciclului acidului citric;
acetil-CoA carboxilaza, care furnizează malonil-CoA pentru etapa inițială a biosintezei polichetidelor și a acizilor grași.
Propionil-CoA-carboxilaza, care este necesară pentru descompunerea aminoacizilor valină, izoleucină, metionină și treonină, precum și a acizilor grași impari și ramificați.
metilcrotonil-CoA carboxilaza, care este necesară pentru descompunerea aminoacidului leucină.

Figura arată funcția biotinei ca grup protetic în reacția catalizată de piruvat carboxilaza. Înainte de a fi adăugat la azotul din biotină, dioxidul de carbon, care este prezent ca hidrogen carbonat, este transformat cu ATP într-o formă activă, carboxifosfatul, o anhidridă mixtă de acid fosforic și carbonic. Ca grup protetic, biotina este legată ferm de un reziduu de lizină al enzimei. Unitatea (numită și biocitină) acționează ca un fel de platan rotativ (principiul elicei) prin care poate fi acționat situl de legare a piruvatului. Piruvatul este legat acolo sub forma sa de enol, ceea ce permite preluarea directă a reziduului de CO2. Reacția exemplifică utilizarea și regenerarea unui grup protetic pe una și aceeași enzimă.

Funcția în nucleu

Biotina joacă, de asemenea, un rol în nucleul celular, unde poate modifica histonele. Se știe că mai multe reziduuri de lizină ale histonelor H2A, H3 și H4 pot apărea biotinilate. Prin această modificare a histonelor, biotina are o influență asupra structurii cromatinei și a lizibilității instantanee a informațiilor genetice (mutarea genei). Biotina este implicată în reglarea expresiei unui număr mare de gene, probabil peste 2000. Există indicii că enzimele holocarboxilază sintetază și biotinidază pot transfera biotina la histone, prin care biotinidaza este probabil, de asemenea, capabilă să debiotinilate histone. Modul în care aceste procese funcționează în detaliu face obiectul cercetărilor actuale. [3] [4]

Deficitul de biotină

Un deficit de biotină afectează metabolismul carbohidraților, proteinelor și grăsimilor. Aceste consecințe rezultă în primul rând dintr-o restricție funcțională a carboxilazelor dependente de biotină. Prin urmare, tabloul clinic este denumit în general deficit carboxilazic multiplu desemnat. În plus față de un deficit real de biotină, defectele genetice în zona metabolismului biotinei sunt, de asemenea, posibile declanșatoare. [16] [15]

Simptome

Următoarele simptome au fost observate la om ca urmare a unui deficit de biotină: tulburări ale pielii, depresie, oboseală extremă, somnolență, dureri musculare, hipersensibilitate, senzații locale anormale, halucinații, pierderea poftei de mâncare, greață, căderea părului, modificări ale culorii părului, unghii fragile, niveluri crescute de colesterol, niveluri anormal de ridicate de număr impar Acizi grași, tulburări cardiace, anemie, culoarea cenușie a pielii, tulburări de mișcare (ataxie, hipotensiune arterială) și susceptibilitate crescută la infecții (candidoză, cheratoconjunctivită, glossită). [11] [12] [7]

Alte efecte s-au găsit și la animale, cum ar fi modificările metabolice și obezitatea mușchiului inimii, ficatul gras, moartea subită din cauza hipoglicemiei în timpul exercițiilor fizice, afectarea sistemului imunitar și vindecarea slabă a rănilor. [17] La găini, deficitul de biotină a redus semnificativ conținutul de biotină al ouălor, ceea ce a dus la o rată redusă de eclozare și la deformări frecvente ale puilor, deși numărul ouălor depuse a rămas neschimbat. Efectele teratogene ale deficitului de biotină au fost descrise și la unele specii de mamifere. [18]

cauzele

Avidina, o proteină care se găsește în albușurile de ou, este capabilă să lege biotina foarte strâns. În plus, avidina nu este atacată de enzimele digestive. Încălzirea denaturează avidina și o face inofensivă. Pe de altă parte, dacă consumul de brut Albusul de ou este toată biotina din intestin legată de avidină. [11] Aceasta înseamnă că atât biotina conținută în alimente, cât și biotina formată de flora intestinală devin inaccesibile organismului. De îndată ce rezervele proprii ale organismului sunt epuizate, simptomele deficitului de biotină se dezvoltă. Ca parte a unui experiment cu voluntari, acest lucru a început după trei până la patru săptămâni. [7] Această proprietate a avidinei este în general utilizată pentru a produce un deficit de biotină relativ rapid și fiabil la oameni sau animale în scopuri experimentale. [17]
Pacienții cu sindrom de intestin scurt care sunt dependenți de nutriția intravenoasă dezvoltă simptome de deficit în câteva luni sau chiar ani, dacă perfuziile nu conțin biotină. Acest lucru se întâmplă mult mai repede la copii. [12] Pe lângă scurtarea intestinului subțire, deteriorarea florei intestinale este, de asemenea, unul dintre factorii de risc. Utilizarea pe termen lung a antibioticelor poate duce la un deficit de biotină. Alcoolismul cronic este, de asemenea, adesea asociat cu o epuizare a biotinei în organism. [11]
Un deficit de biotină, care este cauzat doar de o dietă săracă în biotină, a fost greu descris la om. O excepție au fost sugarii cărora li s-a administrat o formă de hrană gata de consum, formată din substanțe nutritive individuale care nu conțineau biotină pentru o lungă perioadă de timp. [12] La unele animale, cum ar fi găinile sau curcanii, cu toate acestea, o deficiență de biotină poate apărea relativ ușor din cauza hranei cu conținut scăzut de biotină. [18]
Deficitul de biotină a fost găsit la unii pacienți cu rinichi care au fost supuși unui tratament de dializă pentru o lungă perioadă de timp. [11]
Anticonvulsivantele par să influențeze echilibrul biotinei, astfel încât se exprimă un deficit de biotină mai mult sau mai puțin sever. [12]
În timpul sarcinii, aproximativ o treime dintre femei au modificări biochimice care indică un deficit ușor de biotină. Acest lucru nu duce de obicei la niciun simptom extern. Se presupune că biotina se descompune mai rapid în timpul sarcinii, deoarece mai puține biotine, dar concentrații crescute ale metaboliților săi sunt măsurate în urina femeilor însărcinate. [12] [8]

Supradozaj

Până în prezent, la om nu au apărut efecte nocive ale biotinei. Totul indică faptul că lățimea terapeutică este foarte mare. [11] La pacienții cu diferite tulburări ale metabolismului biotinei, au existat observații pe termen lung cu privire la aportul de până la 10 mg de biotină pe kilogram de greutate corporală pe zi. Efectele negative ale dozei mari de biotină nu au fost observate. Cu toate acestea, unii dintre pacienți prezintă daune ireversibile din cauza tratamentului cu biotină prea tarziu a început. [16] [19] Desigur, transferul unor astfel de rezultate de la pacienții metabolici la oameni sănătoși nu este ușor posibil.

Datorită situației inadecvate a datelor, până în prezent nu a fost dată oficial nicio valoare LOAEL. [20] (Aceasta este cea mai mică doză care poate provoca efecte negative.) Puține studii au fost efectuate pe animale la care biotina a fost administrată în cantități suficiente pentru a produce efecte negative. De exemplu, într-un test care a durat câteva săptămâni pe șobolani tineri, s-a constatat că o doză zilnică de biotină de aproximativ 80 mg pe kilogram de greutate corporală le-a afectat în mod negativ aportul de furaje și creșterea, care a fost în continuare crescută odată cu creșterea dozei. Transformat într-o greutate medie de 65 kg, acest lucru ar rezulta într-un aport zilnic de peste 5 g de biotină, ceea ce corespunde de 100.000 ori cerința fiziologică.

Deși biotina a fost tolerată de șobolani în doze de 5.000 până la 10.000 de ori mai mari decât doza normală fără afectare, la șobolanii femele gravide după injecții cu mai mult de 1 mg de biotină pe kilogram corp, a avut loc absorbția de către fături, combinată cu formarea de estrogeni afectată. [11]

utilizare

Biotina ca medicament

Preparatele de biotină sunt utilizate pentru tratamentul și profilaxia unui deficit de biotină. Pentru profilaxie, 0,2 mg/zi este suficient. Pentru a compensa o deficiență existentă într-o perioadă scurtă de timp, poate fi necesară o doză mult mai mare. [11] Biotina face adesea parte din preparatele multivitamine care se adaugă soluțiilor de perfuzie atunci când pacienții trebuie hrăniți parenteral pe o perioadă mai lungă de timp, adică ocolind tractul gastro-intestinal. [22]

Tratamentul pe tot parcursul vieții cu doze foarte mari de biotină este terapia obișnuită și extrem de eficientă pentru următoarele boli metabolice rare, cauzate genetic: [16] [19]

Biotina în biotehnologia moleculară

Biotina poate fi utilizată pentru a marca diverse molecule (biotinilare). Interacțiunea dintre biotină și avidină sau streptavidină este utilizată pentru detectare. [23]