Основная функция витамина н биотина перенос аминогрупп

6. Биотин (витамин н, антисеборрейный витамин)

В основе строения биотина лежит тиофеновое кольцо, к которому присоединена молекула мочевины, а боковая цепь представлена валерьяновой кислотой.

Особенностью биотина является его ковалентное присоединение к активному центру фермента. Молекула кофермента содержит реакционноактивный атом азота.

Источники: почти во всех продуктах животного и растительного происхождения — печень, почки, молоко, желток яйца. В обычных условиях человек получает достаточное количество биотина в результате бактериального синтеза в кишечнике.

Суточная потребность: 150-200 мкг.

Биологическая роль: коферментная функция в составе карбоксилаз: участвует в активировании и переносе одноуглеродных групп с максимальной степенью окисления (СО₂).

Кофермент биоцитин образуется при взаимодействии биотина с Е-аминогруппой лизина апофермента. Активный СО₂ связан с коферментом биоцитином.

Биотин после всасывания поступает в кровь и переносится альбумином преимущественно в печень, аккумулируется в митохондриях.

1.Анаплеротическая роль биотина (анаплероз – процессвозмещения резервов): пируваткарбоксилазная реакция, в которой образуется оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота/ЩУК) из пирувата под влиянием пируваткарбоксилазы. Пируваткарбоксилаза восполняет запас оксалоацетата, необходимого для функционирования цикла Кребса.

Образование оксалоацетата начинает новый путь глюконеогенеза (синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников, например, из аминокислот после их дезаминирования).

2.Роль биотина в синтезе жирных кислот. Первая реакция пути синтеза жирных кислот: преобразование ацетил-КоА в малонил-КоА (карбоксилированный ацетил), реакцию катализирует ацетил-КоА-карбоксилаза:

3.Роль биотина в окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода: при их расщеплении на последней стадии бета-окисления образуется не ацетил-КоА, а трехуглеродный пропионил-КоА, который превращается в сукцинил-КоА (НООС-СН₂-СН₂

SCoA) и включается в цикл Кребса, где подвергается полному окислению. Этот процесс состоит из трех ферментативных реакций, первая – катализируется биотинсодержащим ферментом (при нарушении биохимического процесса может развиться смертельно опасный ацидоз, возникнуть тяжелые неврологические нарушения).

4.Роль биотина в окислении аминокислот. Путь окислительного распада лейцина включает реакцию карбоксилирования под влиянием биотинсодержащего фермента бета-метилкротонил-КоА-карбоксилазы, снижение активности которого ведет к нарушению распада лейцина и вызывает метаболический кетоацидоз; для лечения применяют большие дозы биотина.

5.Роль биотина в реакциях транскарбоксилирования. Катализируется биотнсодержащим ферментом – метилмалонил-оксалоацетат-транскарбоксилазой (МОТ), другие транскарбоксилазы также содержат биотин в активном центре.

Значение состоит в образовании оксалоацетата (ЩУК) для пополнения его митохондриального резерва. Особенность в том, что не требуется АТФ.

Клинические проявления недостаточности. Бак­терии кишечника синтезируют этот витамин в необходимых количествах. Проявляется при дисбактериозах кишечника, например, после приёма больших количеств антибиотиков или сульфамидных препаратов, вызывающих гибель микрофлоры кишечни­ка, либо после введения в рацион большого количества сырого яичного белка, содержащего гликопротеин авидин, ко­торый соединяется с биотином и препятству­ет всасыванию последнего из кишечника. При недостаточности биотина развиваются явления специфического дерматита, характеризующегося покраснением и шелушением кожи, а также обильной секрецией сальных желёз (себорея). При авитаминозе витамина Н наблюдают также выпадение волос и шерсти у животных, поражение ногтей, часто отмечают боли в мышцах, усталость, сонливость и депрессию.

Источник

Традиционные и новые взгляды на витамин Н (биотин)

О.А. Громова, профессор кафедры фармакологии и клинической фармакологии ГОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия» Росздрава, научный консультант Российского сотрудничающего центра Института микроэлементов ЮНЕСКО, д-р мед. наук

В 1901 году исследователями было установлено, что для роста дрожжей необходимо какое-то неизвестное вещество, которое получило название «биос». Было показано, что «биос» – это смесь пантотеновой кислоты, инозитола и третьего нового компонента, который назвали биотином.

В чистом виде биотин был выделен в 1935 году из сухого яичного белка Кеглем: из 250 кг порошка ученый получил 1,1 мг биотина. До сих пор производство биотина является дорогостоящим процессом.

Биотин (витамин Н; международное название – Bioepiderm) относится к микровитаминам, потому что для работы организма его надо ничтожно мало (он дозируется в микрограммах): адекватный уровень потребления – 50 мкг; верхний допустимый уровень потребления – 150 мкг (табл. 1).

Таблица 1
Суточная потребность в биотине

В природе существует 8 стереоизомеров биотина. Из них только один правовращающий изомер проявил биологическую активность. Основная биологическая роль витамина Н связана с тем, что он входит в состав ферментов, участвующих в метаболизме глюкозы: пируватдегидрогеназы и транскетолазы. Биотин способствует образованию жирных кислот, поддерживает метаболизм аминокислот и углеводов, нормальное функционирование потовых желез, нервной ткани, костного мозга, мужских семенных желез, клеток кожи и волос, минимизирует симптомы дефицита цинка.

В незначительных количествах биотин содержится во всех пищевых продуктах. Но особенно он концентрируется в печени, почках, дрожжах, бобовых, цветной капусте, орехах.

Биологическое действие витамина in vivo проявляется в диапазоне малых доз. Витамин Н транспортируется через клеточную мембрану против градиента Na+ и не зависит от трансмембранного потенциала. В. Baur и Е. Baumgarther в 2000 году обнаружили специфический белок – переносчик биотина через клеточную мембрану.

Исследования, проведенные комиссией по питанию и лекарствам США (Food and Drug Administration) на здоровых волонтерах, принимавших от 30 до 100 мкг биотина в сутки, показало, что для одних доноров было достаточно 30 мкг биотина в сутки, чтобы признаки дефицита не развивались. У других доноров лишь доза в 100 мкг биотина в сутки позволяла нивелировать признаки гиповитаминоза [А.А. Подколозин, К.Г. Гуревич, 2002].

Gilman’s с 1996 года ввел понятие вариабельности биологической дозы биотина: от 30 до 100 мкг/сутки для взрослых и от 10 до 50 мкг/сутки для детей. В связи с этим многие фармакологические компании уменьшили дозу биотина в витаминных комплексах (табл. 2, 3); например, в препарате Алвитил введена доза биотина 25 мкг в 1 таблетке, 25 мкг в 5 мл сиропа, в Джунгли с минералами для детей – 40 мкг в 1 таблетке.

Таблица 2
Содержание биотина в поливитаминных комплексах и витаминно-минеральных композициях (разовая доза, мкг)

Таблица 3
Монопрепарат витамина Н*

*«РЛС-2003», Видаль, 2007

Недостаточность биотина

Дефицит витамина в организме может возникнуть при нарушениях пищеварения, обусловленных атрофией слизистой оболочки желудка и тонкого кишечника, а также при длительном применении антибиотиков или сульфаниламидов. Здоровая микрофлора кишечника синтезирует биотин в достаточном для организма количестве. Однако при дисбиозе кишечника выработка биотина у ребенка лимитирована. Проявления недостаточности биотина у детей – шелушение кожи головы и лица, у подростков и взрослых – усталость, депрессия, тошнота, снижение мышечных рефлексов, гладкий белый язык, диффузное выпадение волос, повышенный уровень холестерина в крови, анемия, конъюнктивит, увеличение печени [Griffith, 2002]. Кожные проявления дефицита биотина у детей могут симулировать многие болезни: себоррейный дерматит, псориаз, чесотку, опоясывающий лишай, атопический дерматит, ихтиоз и ряд других [A. Krol, В. Krafchik, 2006]. Экзотический ежедневный прием 10–20 сырых яиц через 3–10 недель вызывает острый недостаток биотина в организме, связанный с тем, что в яйцах содержится биотинхелатирующий белок. Авитаминоз биотина проявляется шелушением кожи, ощущением вялости, сонливости; снижается аппетит, возникают тошнота, рвота, позже присоединяется анемия.

Новое в использовании биотина

Витамин Н апробируется в инновационных методах использования в онкологии. Известно, что антитела могут блокировать факторы роста раковой опухоли или их рецепторы, активизируя иммунологическую атаку на опухоль. Возможно использование т.н. стрептавидин/биотиновой системы и антителоэнзимного комплекса, чтобы доставить пролекарствоактивирующий фермент к опухоли для селективного преобразования пролекарства непосредственно в самой опухоли [D. Wilkins, A. Mayer, 2006].

Дефицит т.н. голокарбоксилазы синтетазы (Holocarboxylase synthetase – HLCS) считается автосомальным рецессивным заболеванием, а HLCS является ферментом, который катализирует инкорпорацию биотина в карбоксилазу и гистоны. Больные дети, имеющие мутантную форму HLCS, хорошо отвечают на целевую терапию биотином [Y. Suzuki et al., 2005].

Кофермент ацетилкарбоксилазы – биотинзависимый фермент, катализирует карбоксилацию ацетила-СоА, чтобы воспроизвести малонил-СоА. Он играет большую роль в жировом обмене. Исследование молекулярного механизма функционирования описываемого кофермента – это важный шаг к созданию новых лекарственных препаратов с улучшением метаболизма липидов [L. Tong, 2005].

Достаточно убедительно показано, что биотин (водорастворимый витамин) является простетической группой карбоксилаз. Кроме того, он не только выступает в роли карбоксилазного кофактора, но и участвует в иммунитете и во многих проявлениях метаболизма.

В последние годы значительный прогресс был сделан в расшифровке генного механизма, в котором участвует биотин на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях, и в понимании механизмов взаимодействия биотина и генной экспрессии [A. Vilches-Flores, C. Fernandez-Mejia, 2005].

Общепринято полагать, что митохондриальный окислительный распад является одним из факторов старения, происходящего за счет ингибирования пути биосинтеза гема в митохондрии, последующего повреждения ДНК. Дефицит ряда миронутриентов способствует этому. К ним относятся железо, цинк, пантотеновая кислота и, как оказалось, биотин. Магний и марганец, участвуя в митохондриальном обмене, не воздействуютна гемм непосредственно. Предполагается, что коррекция содержания в организме данных нутриентов и биотина может способствовать снижению активности процессов старения [B. Ames, H. Atamna, D. Killilea, 2005].

Сохраняется большой интерес к ферменту биотинидазе, который участвует в метаболизме биотина. Дефицит биотинидазы был открыт еще в 1982 году. Обсуждаются вопросы взаимодействия биотинидазы и белков-гистонов, роль фермента в функциях хроматина ДНК [B. Wolf, 2005].

Очень важно, что, как и в витаминах А и D, в биотине обнаружились ярко выраженные свойства гормона. H. Watanabe с соавторами [2007] доказали гормональный контроль биотина над генами, ответственными за эмбриогенез и развитие скелета. На фоне недостаточности биотина его гормональная активность резко снижается и тормозится развитие клеток соединительной и костной тканей.

В целом, анализируя мировую литературу по биотину, можно говорить о том, что сформировалось понятие об особенной генетической болезни – биотинзависимом множественном карбоксилазном дефиците. Причиной болезни является, как предполагается, снижение активности голокарбоксилазной синтетазы. Выявлен интересный факт: природа биотина двойственна – он является одновременно переносчиом карбоксила, кофактора карбоксилазы, и лигандом неизвестной функции относительно гистонов [R. Gravel., M. Narang, 2005].

Ферменты, содержащие в качестве коэнзима биотин, катализируют реакции карбоксилирования, сопряженные с распадом АТФ, и реакции транскарбоксилирования (протекающие без участия АТФ), при которых субстраты обмениваются карбоксильной группой. Реакции карбоксилирования и транскарбоксилирования имеют важное значение в организме при синтезе высших жирных кислот, белков, пуриновых нуклеотидов (соответственно нуклеиновых кислот).

Установлено, что биотин регулирует экспрессию генов, ответственных за метаболизм инсулина и глюкозы. Он стимулирует работу генов, ответственных за усвоение глюкозы крови (через продукцию инсулина, через инсулиновые рецепторы, панкреатическую и печеночную глюкокиназу). Напротив, биотин уменьшает экспрессию печеночной фосфоэнолпируват карбооксикиназы – фермента, стимулирующего производство глюкозы печенью. Таким образом, биотин регулирует деятельность генов, которые обеспечивают интермедиаторный обмен, особенно углеводный и жировой.

Источник