Biotin: Definice, syntéza, absorpce, transport a distribuce

Biotin je hydrofilní (voda-rozpustný) vitamin skupiny B a nese historická jména koenzym R, vitamin BW, vitamin B7 a vitamin H (účinek na kůže). Na počátku 20. století objevil Wildiers v experimentech na kvasinkách specifický faktor potřebný pro růst, který byl pojmenován „Bios“ a byl směsí Bios I (později označovaného jako meso-inositol), Bios II A (později kyselina pantothenová (vitamin B5)) a Bios II B, skutečný biotin. V roce 1936 se Kögl a Tönnis izolovali biotin z vaječného žloutku. V letech 1940 až 1943 byla struktura objasněna pracovními skupinami kolem Kögl v Evropě a Vigneaud v USA. Během stejného období ukázaly pokusy na zvířatech, že dochází k pravidelnému požití surového vajíčka byla spojena s těžkou kožní změny kvůli základnímu glykoproteinu avidinu. Avidin je antagonista biotinu, který poškozuje biotin vstřebávání vytvořením komplexu - 1 molekula avidinu se váže 4 molekuly biotinu - a tak může dlouhodobě způsobovat nedostatky biotinu. podávání tepelně stabilního faktoru z kvasnic nebo játra vedlo k remisi (dočasnému nebo trvalému zeslabení příznaků) takových kožní léze. Biochemické funkce biotinu jako koenzymu, například v metabolismu aminokyselin, biosyntéze mastných kyselin a glukoneogenezi (nová syntéza glukóza z organických prekurzorů bez sacharidů, jako je např pyruvát), byly uznány až ve druhé polovině 20. století. Biotin je heterocyklický močovina derivát (derivát močoviny) sestávající z imidazolidonového kruhu a tetrahydrothiofenového kruhu, ke kterému je navázána kyselina valerová [1, 2, 4-6, 14]. Podle klasifikace IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) je chemický název biotinu cis-hexahydro-2-oxo-lH-thieno (1-d) -imidazol-3,4-yl-valerová kyselina (molekulární vzorec: C4H10O16N3S). 2 asymetrické C (uhlík) atomy biotinu umožňují tvorbu 8 stereoizomerů, z nichž pouze D - (+) - biotin se v přírodě vyskytuje a je biologicky aktivní. Zatímco biotin je vysoce stabilní proti vzduchu, dennímu světlu a teplu, vitamin je citlivý na UV světlo. Proto by měl být biotin skladován mimo dosah světla.

Syntéza

Biotin může syntetizovat (tvořit) většina bakterie stejně jako u mnoha druhů hub a rostlin. Proto je vitamin v přírodě široce distribuován, ale jejich koncentrace v potravinách je velmi nízká. V lidském organismu je bakterie z dvojtečka (tlusté střevo) jsou schopné syntézy biotinu. Jak rozsah enterické autosyntézy (tvorba biotinu ve střevě), tak jeho příspěvek k metabolismu biotinu nejsou přesně známy. Vzhledem k tomu, že vitamin je převážně absorbován (absorbován) v proximálním (horním) tenké střevo, mikrobiálně vyrobený biotin nelze adekvátně využít a je z velké části ztracen ve stolici (stolici). Nakonec se předpokládá, že syntéza bakteriálního biotinu hraje při plnění požadavků jen malou roli.

Vstřebávání

v strava, biotin je přítomen ve volné formě, ale většinou je vázán na Proteinů. Aby se biotin vstřebal, musí se uvolnit ze svého vazebného proteinu, ke kterému je kovalentně připojen (pomocí těsné atomové vazby) k ε (epsilon) -amino (NH2) skupině lysin zbytek (biotinyl-e-NH2-lysyl <[protein]). Během jídla žaludeční kyselina a peptidázy (štěpení proteinů enzymy) gastrointestinálního (GI) traktu, jako je pepsin a trypsin, vést k degradaci (rozpadu) bílkovin ve stravě uvolněním peptidů obsahujících biotin a biocytinu (sloučenina biotinu a aminokyseliny lysin - biotinyl-ε-lysin). Biotinylpeptidy a zejména biocytin jsou hydrolyticky (reakcí s voda) štěpen na volný biotin a lysin v horní části tenké střevo enzymem biotinidáza, který je syntetizován v pankreatu (pankreasu). Nedostatek biotinidázy lze léčit farmakologickým množstvím volného biotinu (5-10 mg / den). Bez terapeutického působení dochází k dramatickému poklesu hladin biotinu v séru během týdne a z dlouhodobého hlediska k projevu (expresi) nedostatku biotinu.Vstřebávání volného biotinu v proximálním (horní) tenké střevo, zejména v jejunu (prázdné střevo), se aktivně vyskytuje při nízkém nebo normálním příjmu pomocí sodík-závislý transport zprostředkovaný nosičem - nosič (transportní protein) -biotin-sodík - podle kinetiky nasycení. Po vyšších dávkách je příjem biotinu do enterocytů (buněk tenkého střeva epitel) převládá pasivní difúze. Míra vstřebávání z potravin - primárně vázaného na bílkoviny - se odhaduje na přibližně 50%, zatímco biologická dostupnost po terapeutických dávkách bez biotinu - je kolem 100%.

Transport a distribuce v těle

Absorbovaný biotin vstupuje do krevního řečiště prostřednictvím nosného mechanismu, kde je většinou ve volné formě (81%) a v menší míře kovalentně vázán na sérovou biotinidázu (12%) a nespecificky vázán na plazmu albumin a globuliny (7%). Erytrocyty (Červené krev buňky) obsahují asi 10% sérového biotinu koncentrace. K absorpci biotinu do buněk cílových tkání pravděpodobně dochází - podobně jako střevní absorpce (absorpce střevem) - prostřednictvím specifické spotřeby energie sodík-závislý nosný mechanismus. Procesy šíření (dělení a růst buněk) vést ke zvýšení exprese transportu biotinu Proteinůzatímco zvýšení sérových hladin biotinu je doprovázeno snížením buněčné exprese nosičů biotinu. Transport biotinu přes placentru do plod je zprostředkována aktivně pracujícím sodík-závislý nosič, který také transportuje kyselinu lipoovou (antioxidant koenzym) a kyselina pantothenová (vitamin B5). V 18.-24. Týdnu těhotenstvíbiotin koncentrace u plodu krev je 3 až 17krát vyšší než v mateřské krvi. V cílových buňkách funguje biotin jako koenzym v řadě karboxylázových reakcí, ve kterých jsou karboxylové (COOH) skupiny vloženy do organických sloučenin. Kovalentní vazba biotinu na e-aminoskupinu lysinu apokarboxyláz je katalyzována (urychlena) enzymem holokarboxylázou syntetázou v následujících dvou krocích.

  • Biotin + ATP (adenosin trifosfát) → biotinyl 5'-adenylát + PP (pyrofosfát).
  • Biotinyl 5'-adenylát + lysinový zbytek apokarboxylázy → biotinyl-ε-NH2-lysyl <[apokarboxyláza] (biologicky aktivní holokarboxyláza) + AMP (adenosin monofosfát).

V rámci fyziologického buněčného obratu se holokarboxylázy proteolyticky odbourávají (štěpením proteinů) enzymy), produkující biocytin kromě peptidů obsahujících biotin, který je hydrolyzován (štěpen reakcí s voda) uvolňovat biotin a lysin působením intracelulární biotinidázy. Biotin je tedy k dispozici pro další karboxylační reakce (enzymatické vkládání skupin COOH do organických sloučenin).

Vylučování

Biotin se vylučuje převážně ledvinami ve volné a metabolizované (metabolizované) formě. Během degradace biotinu poskytuje beta-oxidace (degradace mastných kyselin) řetězce kyseliny valerové bisnorbiotin a bisnorbiotin methylketon, zatímco oxidace síra v tetrahydrothiofenovém kruhu se získá biotin d, 1-sulfoxid a biotinsulfon. Uvedené biotinové metabolity nemají žádnou vitaminovou aktivitu a jsou detekovatelné v obou krev plazma a moč. Kromě toho se další metabolity biotinu vylučují ledvinami (ledvinami), z nichž některé dosud nebyly identifikovány. Při fyziologickém příjmu se vylučování biotinu močí pohybuje mezi 6 a 90 µg / 24 hodin. Ve stavu nedostatku se vylučování (vylučování) biotinu ledvinami snižuje na 5 µg / 24 hodin, zatímco koncentrace kyseliny 3-hydroxyisovalerové v moči se zvyšuje v důsledku snížené aktivity 3-methylkrotonyl-CoA karboxylázy závislé na biotinu (enzym, který katalyzuje karboxylaci ( vložení skupiny COOH) methylkrotonyl-CoA na beta-methylglutakonyl-CoA). Během gravidity (těhotenství), významný pokles renálního biotinu odstranění a zvýšení vylučování kyseliny 3-hydroxyisovalerové močí bylo pozorováno u 50% žen, a to navzdory vyšším hladinám biotinu v séru rané těhotenství než u negravidních kontrol. Suplementace (doplňkový příjem) 300 µg biotinu / den vede ke snížení vylučování kyseliny 3-hydroxyisovalerové. Vzhledem k mikrobiální syntéze biotinu v dvojtečka (tlusté střevo), množství biotinu vylučovaného močí a stolicí obvykle převyšuje alimentární (dietní) příjem biotinu. odstranění nebo plazmatický poločas (doba, která uplyne mezi maximální koncentrací látky v krevní plazmě a poklesem na polovinu této hodnoty) závisí na biotinu dávka dodaný a individuální stav biotinu. Je to přibližně 26 hodin pro orální příjem biotinu 100 µg / kg tělesné hmotnosti. Při nedostatku biotinidázy je odstranění poločas je při stejné dávce snížen na 10-14 hodin.