Биотин - биологија

Колку е топло премногу топло за живот длабоко под дното на океанот?

Антибиотици од бактерии

Миграција на клетки: новооткриена функција на познат протеин

Молекуларен компас за порамнување на клетките

Она што ги прави лисјата стареат наесен

Демократијата на птиците за мршојадец

Околина на Екембо: Луѓето исто така живееле во отворени пејзажи

| Генетика | Земјоделство, шумарство и сточарство

Разновидноста на пченицата е создадена со вкрстување на диви треви

Колку е топло премногу топло за живот длабоко под дното на океанот?

Биотин

Биотин, исто така како Витамин Б7 или Витамин Х. е витамин растворлив во вода од комплексот Б. Како протетичка група на ензими, таа игра важна улога во метаболизмот, но исто така е важна и во клеточното јадро за епигенетско регулирање на функцијата на генот. [3] [4]

Француската номенклатура често го именува биотин како витамин Б8, додека „аденилна киселина“ (аденозин монофосфат) се наоѓа како витамин Б8 во англосаксонската и германската литература; Понекогаш инозитолот, кој не е витамин, или фолна киселина, која исто така е дел од витамин Б комплекс, исто така се нарекува витамин Б8. Сепак, името препорачано од IUPAC е само биотин.

приказна

Откривањето на супстанцијата се случи во неколку чекори:

1898 година - Штајниц - витамин Х (од Х.авт)
1901 година - Јуџин Вајлдиерс и Маниле Иде - „Биос“: воден екстракт од квасец содржи супстанца неопходна за раст на квасецот
1927 година - М. А. Боаш - Опис на „синдромот на повреди на протеини“, форма на дерматитис: Предизвикан од протеин (авидин) содржан во белка од јајце, кој многу цврсто го врзува биотинот и ја намалува неговата биолошка достапност.
1931 година - Пол öерги - витамин Х.
1936 година - Фриц Когл и Бено Тонис - Прва изолација од 1,1 мг биотин од 250 кг сушена жолчка од јајце
1940 година - öерги - Откривајќи дека биотин е идентичен со витамин Х и коензим Р.
1942 година - Винсент ду Вињо - Разјаснување на хемиската структура
1943 година - Харис - хемиска синтеза на биотин

Појава и исхрана

Биотин е содржан во многу храна, но најмногу само во едноцифрен опсег на микрограми. Следните примери даваат преглед и секој од нив се однесува на 100 гр храна: сув квасец (200 μg), говедско црн дроб (103 μg), жолчка од јајце (50 μg), соја (30 μg), овесна каша (20 μg), ореви (19 μg) ), Печурки (12 μg), неизлупен ориз (12 μg), брашно од цело зрно (8 μg), риба (7 μg), спанаќ (6 μg), говедско и свинско месо (5 μg), банани (5 μg), Кравјо млеко (3 μg), јаболка (1 μg). [5]

Од 40-тите години на 20 век е познато дека бактериите содржани во нормалната флора на цревата, исто така, произведуваат биотин покрај другите витамини од групата Б и, во зависност од видот на бактериите и времето што е на располагање, ја збогатуваат околината со него во различен степен. [6] Една последица е дека екскрециите содржат повеќе биотин отколку претходно консумираната храна. [7] Многу е веројатно дека биотинот од овој извор ќе се користи во одредени количини од организмот, но постои неизвесност за количината на овој придонес. [8-ми]

Германското друштво за исхрана наведува 30-60 μg/ден како проценка за соодветниот внес кај здрави возрасни лица. Истата препорака важи и за време на бременост и доење. За доенчиња, потребната количина на биотин се претпоставува дека е 5-10 μg/ден. [9]

Европската РДА наведува дека посакуваниот внес на биотин за здрави возрасни е 50 μg/ден; пред неколку години се даваше 150 μg/ден. [10]

Точната потреба е непозната поради недостаток на значајни експериментални студии. Ова го прави неопходно да се базираат информациите за барањата за биотин врз основа на размислувања за веродостојност. Во случај на доенчиња, на пример, просечната содржина на биотин во мајчиното млеко и дневната количина се консумираат како основа за проценка. [11] [12]

Производство

Постојат бројни повеќестепени процеси за хемиска синтеза на (+) - биотин. Во техничките релевантни синтези, фумарна киселина, амино киселина (Р.) Цистеин или тетронска киселина се користат како почетен материјал. [13] (+) - Биотин е економски важен производ во хемиската индустрија.

карактеристики

Хиралниот биотин има три стереогени центри, така што се можни осум стереоизомери. Сепак, само природниот (+) - биотин со (3аС.,4-тиС.,6аР.) Конфигурирање на целосната биолошка активност. [14]

физички и хемиски својства

Биотин е супстанца која кристализира во безбојни игли и е солидна на собна температура. Соединението не се раствора многу во ладна вода, етанол или разредени киселини, но е повеќе растворливо во топла вода и алкалии. Биотин е нерастворлив во повеќето органски растворувачи. [2]

Витаминот е отпорен на атмосферски кислород или покачени температури; на 232-233 ° C, биотинот се топи. Силните бази или киселини, оксидирачките агенси и УВ-светлината го распаѓаат соединението. Водните, неутрални раствори на биотин во вода се стабилни до околу 100 ° С. Со правилно складирање и подготовка, загубите при готвење растителна и животинска храна се помалку од 20%. [2]

Физиолошки и биохемиски основи

Метаболизам на биотин

Биотин е протетска група од неколку ензими карбоксилаза кои извршуваат важни задачи во метаболизмот на протеини, маснотии и јаглени хидрати. Со цел ефикасно користење на релативно малите количини на биотин содржани во храната, развиен е механизам за рециклирање. Биотинот се инкорпорира во карбоксилазите со поврзување на специјален остаток на лизин на сè уште неоперативните апокарбоксилази со молекулата на биотин од ензимот холокарбоксилаза синтетаза, што создава функционални холокарбоксилази. (Видете исто така апо и холоензими.) Кога овие карбоксилази кои содржат биотин повторно се распаѓаат со протеолиза, она што останува е биоцитин, комбинација на биотин и аминокиселина лизин. Во следниот чекор, биоцитинот се расцепува од ензимот биотинидаза и се обновува биотин. [11]

Сепак, овој циот на биотин не е целосно затворен, бидејќи и биотинот и биоцитинот влегуваат во урината и може да се излачат на овој начин. Покрај тоа, страничниот ланец на биотин може да стане жртва на β-оксидација. Резултирачките производи за деградација веќе не се биолошки активни и исто така се излачуваат со урината. Надоместувањето за овие загуби не претставува проблем за здравите луѓе со нормална исхрана. Бидејќи дел од биотин содржан во храната не е во слободна форма, туку е поврзан со протеини, дополнителното дејство на биотинидазата е исто така потребно за време на варењето на храната по протеолизата, со цел да се ослободи биотин. Покрај тоа, биотинидазата има функција на складирање во крвотокот, бидејќи во одредена мера го врзува биотинот за себе и на тој начин го штити да не се излачува преку бубрезите. Транспортерните протеини се одговорни за навлегувањето на биотин од цревата и за неговото пренесување во телесното ткиво, од кои генерално е идентификуван само транспортерот на мултивитамини зависен од натриум (SMVT). Во случај на недостаток на биотин, зголеменото формирање на SMVT може да ја интензивира апсорпцијата од цревата и закрепнувањето од бубрежните тубули. Постојат индикации за постоење на други транспортери. [12] [15]

Биотин како протетска група

Биотин е протетска група на карбоксилази, поточно карбокси трансферази. Преку нивното дејство, јаглерод диоксидот може да се фиксира и во животинскиот организам. Примери се:

пируват карбоксилаза, клучен ензим во глуконеогенезата што го претвора пируватот во метаболит од циклусот на лимонска киселина;
ацетил-CoA карбоксилаза, која го снабдува малонил-CoA за почетниот чекор на биосинтезата на поликетиди и масни киселини.
Пропионил-КоА-карбоксилаза, неопходен за распаѓање на аминокиселините валин, изолеуцин, метионин и треонин, како и непарни и разгранети масни киселини.
метилкротоноил-CoA карбоксилаза, неопходен за распаѓање на аминокиселината леуцин.

Сликата ја покажува функцијата на биотин како протетска група во реакцијата катализирана од пируват карбоксилаза. Јаглерод диоксидот, кој е присутен како водород карбонат, пред да се додаде во азотот во биотин, се претвора со АТП во активна форма, карбоксифосфат, мешан анхидрид на фосфорна и јаглеродна киселина. Како протетичка група, биотин е цврсто врзан за остаток од лизин на ензимот. Единицата (исто така наречена биоцитин) делува како еден вид грамофонска плоча (принцип на пропелер) преку кој може да се управува со местото за врзување на пируватот. Пируватот е врзан таму во својата форма на енол, што овозможува директно преземање на остатокот на СО2. Реакцијата е пример за употреба и регенерација на протетичка група на ист ензим.

Функција во јадрото

Биотин, исто така, игра улога во клеточното јадро, каде што може да ги модифицира хистоните. Познато е дека неколку остатоци од лизин на хистоните H2A, H3 и H4 може да се појават биотинилирани. Преку оваа хистонска модификација, биотинот има влијание врз структурата на хроматинот и моменталната читливост на генетските информации (замолчување на гените). Биотин е вклучен во регулирањето на експресијата на голем број гени, веројатно повеќе од 2000 година. Постојат индикации дека ензимите холокарбоксилаза синтетаза и биотинидаза можат да пренесат биотин на хистони, при што биотинидазата е веројатно исто така способна да дебиотинилира хистони. Како детално се одвиваат овие процеси е предмет на тековните истражувања. [3] [4]

Недостаток на биотин

Недостаток на биотин влијае на метаболизмот на јаглени хидрати, протеини и маснотии. Овие последици произлегуваат првенствено од функционално ограничување на биотин-зависните карбоксилази. Клиничката слика затоа генерално се нарекува мултипла дефицит на карбоксилаза назначен. Покрај реалниот дефицит на биотин, генетските дефекти во областа на метаболизмот на биотин се исто така можни предизвикувачи. [16] [15]

Симптоми

Следниве симптоми се забележани кај луѓето како резултат на недостаток на биотин: нарушувања на кожата, депресија, екстремен замор, поспаност, болка во мускулите, преосетливост, локални абнормални сензации, халуцинации, губење на апетит, гадење, опаѓање на косата, промени во бојата на косата, кршливи нокти, зголемено ниво на холестерол, ненормално високи нивоа на непарни броеви Масни киселини, срцеви нарушувања, анемија, бледо сива боја на кожа, нарушувања на движењето (атаксија, хипотензија) и зголемена подложност на инфекции (кандидијаза, кератоконунктивитис, глоситис). [11] [12] [7]

Други ефекти биле откриени и кај животни, како што се метаболички промени и дебелина на срцевиот мускул, замастен црн дроб, ненадејна смрт од хипогликемија за време на вежбање, оштетување на имунитетот и слабо заздравување на раните. [17] Кај кокошките, дефицитот на биотин значително ја намалил содржината на биотин во јајцата, што довело до намалена стапка на шрафирање и чести деформитети на пилињата, иако бројот на поставени јајца останал непроменет. Тератогените ефекти од недостаток на биотин се исто така опишани кај некои видови цицачи. [18]

причини

Авидин, протеин кој се наоѓа во белките од јајца, е во состојба многу цврсто да го врзува биотинот. Покрај тоа, авидинот не е нападнат од ензими за варење. Греењето го денатурира авидинот и го прави безопасен. Од друга страна, ако потрошувачката на суровини Белиот јајце е целиот биотин во цревата врзан со авидин. [11] Ова значи дека и биотинот содржан во храната и биотинот формиран од цревната флора стануваат недостапни за организмот. Веднаш штом ќе се исцрпат сопствените резерви на организмот, се развиваат симптоми на недостаток на биотин. Како дел од експериментот со волонтери, ова започна по три до четири недели. [7] Општо, ова својство на авидин се користи за производство на недостаток на биотин релативно брзо и сигурно кај луѓе или животни за експериментални цели. [17]
Пациенти со синдром на кратко црево, кои зависат од интравенска исхрана, развиваат симптоми на недостаток во рок од неколку месеци, па дури и со години, ако инфузиите не содржат биотин. Ова се случува многу побрзо кај бебињата. [12] Покрај скратувањето на тенкото црево, оштетувањето на цревната флора е еден од факторите на ризик. Долготрајната употреба на антибиотици може да доведе до недостаток на биотин. Хроничниот алкохолизам исто така често се поврзува со исцрпување на биотин во организмот. [11]
Недостаток на биотин, кој е предизвикан исклучиво од диета со малку биотин, тешко е опишан кај луѓето. Исклучок беа новороденчињата на кои им беше дадена форма на готова формула за употреба составена од индивидуални хранливи материи кои не содржеа биотин подолго време. [12] Кај некои животни, како што се кокошки или мисирки, сепак, дефицит на биотин може да се појави релативно лесно поради добиточна храна која е сиромашна со биотин. [18]
Недостаток на биотин е пронајден кај некои бубрежни пациенти кои долго време морале да подлежат на третман на дијализа. [11]
Антиконвулзивите се чини дека влијаат на рамнотежата на биотин, така што се изразува повеќе или помалку сериозен дефицит на биотин. [12]
За време на бременоста, биохемиски промени кои укажуваат на мал дефицит на биотин се наоѓаат кај околу една третина од жените. Ова обично не резултира со никакви надворешни симптоми. Се претпоставува дека биотинот се распаѓа побрзо за време на бременоста, бидејќи помалку биотин, но повисоки концентрации на неговите метаболити се мерат во урината на бремени жени. [12] [8]

Предозирање

Досега, не се појавиле штетни ефекти на биотин кај луѓето. Сè укажува на тоа дека терапевтската ширина е многу голема. [11] Кај пациенти со разни нарушувања во метаболизмот на биотин, имало долгорочни набудувања на внесувањето до 10 mg биотин на килограм телесна тежина на ден. Не се забележани негативни ефекти од високата доза на биотин. Сепак, некои од пациентите покажуваат неповратно оштетување поради третманот со биотин доцна почна. [16] [19] Трансферот на вакви резултати од метаболички пациенти на здрави индивидуи секако не е можен без понатамошно разбирање.

Заради несоодветната состојба на податоците, досега не е дадена официјално никаква вредност на LOAEL. [20] (Ова е најниска доза што може да предизвика негативни ефекти.) Неколку студии се спроведени врз животни во кои биле администрирани нивоа на биотин што биле доволно големи за да произведат негативни ефекти. На пример, при тест кој траеше неколку недели на млади стаорци, откриено е дека дневната доза на биотин од околу 80 мг на килограм телесна тежина негативно влијае на внесувањето и растот на нивната храна, што дополнително се зголемува со зголемувањето на дозата. [21] Конвертирано во просечна тежина од 65 кг, ова би резултирало во дневно внесување на повеќе од 5 гр биотин, што одговара на 100.000 пати повеќе од физиолошкото барање.

Иако стаорците се толерирале биотин во 5000 до 10 000 пати повеќе од нормалната доза без оштетување, кај бремени жени стаорци по инјекции од повеќе од 1 мг биотин на килограм телесна тежина, се случила апсорпција од фетуси, во комбинација со нарушено формирање на естроген. [11]

употреба

Биотин како лек

Подготовките за биотин се користат за третман и профилакса на дефицит на биотин. За профилакса, доволно е 0,2 mg/ден. Со цел безбедно да се компензира постојниот недостаток за кратко време, сепак, може да биде потребна значително поголема доза. [11] Биотин е често дел од мултивитаминските препарати кои се додаваат во растворите за инфузија кога пациентите треба да се хранат парентерално подолг временски период, односно заобиколувајќи го гастроинтестиналниот тракт. [22]

Доживотно лекување со многу високи дози на биотин е вообичаена и исклучително ефикасна терапија за следниве ретки генетски метаболички болести: [16] [19]

Биотин во молекуларната биотехнологија

Биотин може да се користи за обележување на разни молекули (биотинилација). Интеракцијата помеѓу биотин и авидин или стрептавидин се користи за откривање. [23]