Jedinec biotin-závislé karboxylázy - pyruvát, propionyl-CoA, 3-methylkrotonyl-CoA a acetyl-CoA karboxyláza - jsou nezbytné pro glukoneogenezi, syntézu mastných kyselin a degradaci aminokyselin. Proteolytická degradace těchto holokarboxyláz v gastrointestinálním traktu produkuje biotin- obsahující peptidy, včetně významného biocytinu. To se následně převede zpět na biotin enzymem biotinidáza, který je přítomen téměř ve všech tkáních a odštěpuje se lysin nebo lysil peptid. Je schopen vázat individuální biotin molekuly k histonům (Proteinů kolem kterého je zabalena DNA) nebo je odštěpit od histonů. Tímto způsobem se předpokládá, že biotin transferáza může ovlivnit chromatin struktura (vláknové lešení DNA), oprava DNA a gen výraz. Nedostatek biotinidázy - autosomálně recesivně dědičná vrozená vada, extrémně vzácná - vede k neschopnosti extrahovat biotin z biocytinu. Kvůli zvýšené potřebě biotinu jsou postižené děti závislé na přísunu farmakologických množství volného biotinu. Biotin se vstřebává hlavně v proximálním směru tenké střevo. Kvůli vlastní syntéze v dvojtečka mikroorganismy produkujícími biotin denní vylučování biotinu a jeho metabolitů močí a výkaly převyšuje množství dodávané s jídlem.
Koenzym v karboxylačních reakcích
Základní funkcí biotinu je působit jako kofaktor nebo protetická skupina čtyř karboxyláz, které katalyzují vazbu anorganické karboxylové skupiny (bikarbonát - CO2) kyseliny. Vitamín B se tak podílí na několika základních metabolických procesech všech skupin živin a životně důležitých látek poskytujících energii. Biotin je součástí následujících reakcí karboxylázy:
- Pyruvát karboxyláza - důležitá složka jak v glukoneogenezi, tak v syntéze mastných kyselin (lipogeneze).
- Propionyl-CoA karboxyláza - nezbytná pro glukóza syntéza a tím i pro dodávku energie.
- 3-Methylcrotonyl-CoA karboxyláza - nezbytná pro degradaci esenciální aminokyseliny (leucin katabolismus).
- Acetyl-CoA karboxyláza - důležitá složka při syntéze mastných kyselin.
Pyruvát karboxylázaPyruvátkarboxyláza se nachází v mitochondrie„elektrárny“ článků. Tam je enzym zodpovědný za karboxylaci pyruvátu na oxaloacetát. Oxaloacetát je výchozí surovinou, a tedy základní složkou glukoneogeneze. Vznik nového glukóza odehrává se především v játra a ledviny, a proto se nejvyšší aktivity pyruvátkarboxylázy nacházejí v těchto dvou orgánech. Pyruvátkarboxyláza tedy slouží jako klíčový enzym při nové tvorbě glukóza a podílí se na regulaci krev hladiny glukózy. Glukóza je nejdůležitějším dodavatelem energie pro organismus. Zejména, erytrocyty (Červené krev buňky), mozeka ledvinná dřeň spoléhají na energii z glukózy. Po glykolýze se v metabolismu tvoří metabolit acetyl-CoA mitochondrie oxidační dekarboxylací (štěpením karboxylové skupiny) pyruvátu. Toto „aktivováno octová kyselina„(Zbytek kyseliny octové vázaný na koenzym) představuje začátek citrátového cyklu v mitochondrie a tedy výchozí materiál pro biosyntézu tuků. Aby mohl projít mitochondriální membránou, musí být acetyl-CoA převeden na citrát (sůl kyselina citronová), který je propustný pro membránu. Tuto reakci umožňuje citrát syntetáza, protože enzym v důsledku degradace acetyl-CoA přenáší acetylový zbytek na oxaloacetát - kondenzaci oxaloacetátu za vzniku citrátu. Tento reakční krok citrátových cyklů uvolňuje energii na jedné straně ve formě GTP (jako ATP „univerzální energetický grant“ buňky) a na druhé straně ve formě redukčních ekvivalentů (NADH + H + a FADH2). Ty se následně používají v dýchacím řetězci k tvorbě dalšího ATP molekuly, což je hlavní energetický zisk v buněčném dýchání. Poté, co citrát prošel z mitochondrií do cytosolu, je pomocí citrát-lyázy přeměněn zpět na acetyl-CoA. K udržení normální aktivity citrát-cyklu musí být oxaloacetát kontinuálně vyráběn z pyruvátu pyruvátkarboxylázou, která zase je nezbytný pro tvorbu citrátu. Nakonec může acetyl-CoA vstoupit do cytosolu pouze ve formě soli kyselina citronová Zdá se, že pyruvátkarboxyláza hraje klíčovou roli jako kofaktor při mozek maturace díky své základní funkci při syntéze mastných kyselin (poskytuje oxaloacetát k přeměně acetyl-CoA na citrát) a při syntéze neurotransmiter acetylcholin. Dále je oxaloacetát vyžadován pro de novo syntézu aspartátu, excitačního (energizujícího) neurotransmiter. Propionyl-CoA karboxyláza Propionyl-CoA karboxyláza je klíčový enzym lokalizovaný v mitochondriích při katalýze methylmalonyl-CoA z propionyl-CoA. V lidských tkáních je kyselina propionová výsledkem oxidace lichých čísel mastné kyselinydegradace určitých aminokyseliny - methionin, isoleucin a valin - a produkce mikroorganismů zažívacího traktu. Methylmalonyl-CoA se dále degraduje na sukcinyl-CoA a oxaloacetát. Oxaloacetát má za následek buď glukózu, nebo uhlík oxid (CO2) a voda (H2O). V souladu s tím je propionyl-CoA karboxyláza důležitou složkou syntézy glukózy i dodávky energie. 3-Methylcrotonyl-CoA karboxyláza 3-Methylcrotonyl-CoA karboxyláza je také mitochondriální enzym. Je zodpovědný za přeměnu 3-methylkrotonyl-CoA na 3-methylglutakonyl-CoA, který hraje roli při degradaci leucin. 3-Methylglutaconyl-CoA a 2-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA se následně převádějí na acetoacetát a acetyl-CoA. Ten je podstatnou součástí citrátového cyklu. 3-Methylcrotonyl-CoA může být degradován nezávisle na biotinu na tři další sloučeniny, které se proto v případě nedostatku biotinu produkují častěji. Acetyl-CoA karboxyláza Acetyl-CoA karboxyláza se nachází v mitochondriích i cytosolu. Enzym usnadňuje cytosolem lokalizovanou, na ATP závislou karboxylaci acetyl-CoA na malonyl-CoA. Tato reakce představuje začátek syntézy mastných kyselin. Konverzí polynenasycených s dlouhým řetězcem mastné kyseliny prodloužením řetězce je malonyl-CoA důležitý pro tvorbu prekurzorů prostaglandinů. Prostaglandiny patří do skupiny eikosanoidy (okysličené deriváty polynenasycených mastné kyseliny), které ovlivňují funkci hladkého svalstva dělohy a jeho svalstvo.
Další efekty:
- Vliv na expresi genů nezávislých na biotinu enzymy.
- Vliv na růst a údržbu krev buňky, mazové žlázy a nervové tkáně.
- Vliv na imunitní odpověď - doplněním biotinu 750 µg / den po dobu 14 dnů a 2 mg / den po dobu 21 dnů, v uvedeném pořadí, došlo jak ke zvýšené expresi genů pro interleukin-1ß, tak k interferonu-y, a ke snížení exprese genu pro interleukin-4 v krevních buňkách; kromě toho bylo ovlivněno uvolňování různých interleukinů
- Doplňování biotinu vedlo v několika studiích ke zlepšení struktury pokožky
- Denní správa Bylo zjištěno, že 2.5 mg biotinu po dobu 6 měsíců zesiluje a zlepšuje strukturu nehtů
