Биотин (также известный как витамин B7 или витамин H ) является одним из витаминов группы B. [1] [2] [3] Он участвует в широком спектре метаболических процессов, как у человека, так и в других организмах, в первую очередь связанных с утилизацией жиров, углеводов и аминокислот. [4] Название биотин , заимствованное из немецкого Biotin , происходит от древнегреческого слова βίοτος ( biotos ; «жизнь») и суффикса «-in» (суффикс, используемый в химии обычно для обозначения «формирования»). [5] Биотин выглядит как белое кристаллическое твердое вещество, похожее на иголки. [6]
Биотин классифицируется как гетероциклическое соединение с серосодержащим тетрагидротиофеновым кольцом, слитым с уреидогруппой. К первому кольцу присоединена боковая цепь C5-карбоновой кислоты. Урейдо-кольцо, содержащее группу -N-CO-N-, служит переносчиком углекислого газа в реакциях карбоксилирования. [7] Биотин является коферментом пяти ферментов карбоксилазы , которые участвуют в катаболизме аминокислот и жирных кислот , синтезе жирных кислот и глюконеогенезе . [3] [4] Биотинилирование белков -гистонов в ядерном хроматине играет роль в стабильности хроматина и экспрессии генов. [4] [8]
Национальная медицинская академия США обновила рекомендуемые нормы потребления многих витаминов в 1998 году. В то время не было достаточно информации для установления расчетной средней потребности или рекомендуемой диетической нормы - терминов, которые существуют для большинства витаминов. В таких случаях академия устанавливает адекватные дозы потребления (ИИ), понимая, что позже, когда физиологические эффекты биотина будут лучше поняты, ИИ будут заменены более точной информацией. Рекомендуемая норма биотина как для мальчиков, так и для женщин: 5 мкг /день биотина для детей в возрасте от 0 до 6 месяцев, 6 мкг/день биотина для детей в возрасте от 7 до 12 месяцев, 8 мкг/день биотина. для детей от 1 до 3 лет: 12 мкг/день биотина для детей от 4 до 8 лет, 20 мкг/день биотина для детей от 9 до 13 лет, 25 мкг/день биотина биотин для детей от 14 до 18 лет и 30 мкг биотина в день для детей 19 лет и старше. Рекомендуемая норма биотина для беременных или кормящих женщин соответственно составляет: 30 мкг/день биотина для беременных женщин в возрасте от 14 до 50 лет и 35 мкг/день биотина для кормящих женщин в возрасте от 14 до 50 лет. старый. [2] Австралия и Новая Зеландия установили искусственный интеллект, аналогичный США. [9]
Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) также определяет ИА, устанавливая значения на уровне 40 мкг/день для взрослых, при беременности – 40 мкг/день и при грудном вскармливании – 45 мкг/день. Для детей в возрасте 1–17 лет доза ИА увеличивается с возрастом от 20 до 35 мкг/день. [10]
Национальная медицинская академия США оценивает верхние пределы витаминов и минералов, когда доказательств истинного предела достаточно. Однако для биотина верхнего предела не существует, поскольку не выявлено побочных эффектов от высокого потребления биотина. [2] EFSA также рассмотрело безопасность и пришло к тем же выводам, что и в Соединенных Штатах. [11]
Для целей маркировки пищевых продуктов и пищевых добавок в США количество в порции выражается в процентах от дневной нормы. Для целей маркировки биотина 100% дневной нормы составляло 300 мкг/день, но по состоянию на 27 мая 2016 года она была пересмотрена до 30 мкг/день, чтобы привести ее в соответствие с адекватным потреблением. [12] [13] Соблюдение обновленных правил маркировки требовалось к 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания 10 миллионов долларов США или более и к 1 января 2021 года для производителей с меньшими объемами продаж продуктов питания. [14] [15] Таблица старых и новых дневных норм для взрослых представлена в разделе «Справочная суточная норма» .
Биотин стабилен при комнатной температуре и не разрушается при приготовлении пищи. По оценкам, потребление биотина с пищей западными популяциями находится в диапазоне от 35 до 70 мкг/день. Кормящие младенцы принимают около 6 мкг/день. [4] Биотин доступен в виде пищевых добавок , отдельно или в качестве ингредиента поливитаминов . [1] [3]
По данным Global Fortification Data Exchange, дефицит биотина настолько редок, что ни одна страна не требует обогащения продуктов питания. [17]
Биотин – водорастворимый витамин группы B. Употребление больших количеств в качестве пищевой добавки приводит к абсорбции с последующим выведением с мочой в виде биотина. Потребление биотина в рамках обычного рациона питания приводит к выведению биотина и метаболитов биотина с мочой. [4]
Биотин в пище связан с белками. Пищеварительные ферменты восстанавливают белки до биотин-связанных пептидов. Кишечный фермент биотинидаза , обнаруженный в секрете поджелудочной железы и в мембранах щеточной каймы всех трех отделов тонкой кишки , высвобождает биотин, который затем всасывается из тонкой кишки. [4] При употреблении биотина в качестве пищевой добавки его всасывание является ненасыщаемым, а это означает, что даже очень большие его количества усваиваются эффективно. Транспорт через тощую кишку происходит быстрее, чем через подвздошную кишку . [4]
Микробиота толстого кишечника синтезирует количество биотина, которое, по оценкам, соответствует количеству, поступающему с пищей, и значительная часть этого биотина существует в свободной (несвязанной с белками) форме и, таким образом, доступна для всасывания. Сколько биотина всасывается у людей, неизвестно, хотя в обзоре сообщается, что эпителиальные клетки толстой кишки человека in vitro продемонстрировали способность поглощать биотин. [18]
После абсорбции натрий-зависимый поливитаминный транспортер (SMVT) опосредует поступление биотина в печень. [4] SMVT также связывает пантотеновую кислоту , поэтому высокое потребление одного из этих витаминов может мешать транспортировке другого. [19]
Катаболизм биотина происходит двумя путями. В одном случае боковая цепь валериановой кислоты расщепляется, в результате чего образуется биснорбиотин. По другому пути сера окисляется, в результате чего образуется сульфоксид биотина. Содержание мочи пропорционально примерно наполовину состоит из биотина, плюс биснорбиотин, сульфоксид биотина и небольшие количества других метаболитов. [4]
Хроническое употребление алкоголя связано со значительным снижением уровня биотина в плазме. [20] Поглощение биотина в кишечнике также, по-видимому, чувствительно к действию противоэпилептических препаратов карбамазепина и примидона . [20] Относительно низкие уровни биотина также были зарегистрированы в моче или плазме пациентов, перенесших частичную гастрэктомию или имеющих другие причины ахлоргидрии , а также ожоговых пациентов, пожилых людей и спортсменов. [21] Беременность и лактация могут быть связаны с повышенным спросом на биотин. При беременности это может быть связано с возможным ускорением катаболизма биотина , тогда как в период лактации более высокая потребность в нем еще не выяснена. Недавние исследования показали, что предельный дефицит биотина может присутствовать во время беременности у человека , о чем свидетельствует повышенная экскреция с мочой 3-гидроксиизовалериановой кислоты , снижение экскреции с мочой биотина и биснорбиотина и снижение концентрации биотина в плазме. [4]
Биотин, синтезируемый в растениях, необходим для роста и развития растений. [22] Бактерии также синтезируют биотин, [23] и считается, что бактерии, обитающие в толстом кишечнике, могут синтезировать биотин, который поглощается и используется организмом-хозяином. [18]
Биосинтез начинается с двух предшественников: аланина и пимелоил -КоА. Они образуют 7-кето-8-аминопеларгоновую кислоту (КАПА). KAPA транспортируется из пероксисом растений в митохондрии, где с помощью фермента BioA превращается в 7,8-диаминопеларгоновую кислоту (DAPA). Фермент детиобиотинсинтетаза катализирует образование уреидного кольца через карбамат DAPA, активированный АТФ, создавая детиобиотин с помощью фермента BioD, который затем превращается в биотин, катализируемый BioB. [24] Последний этап катализируется биотинсинтазой , радикальным ферментом SAM. Серу предоставляет необычный ферредоксин [2Fe-2S]. [25] В зависимости от вида бактерий биотин может синтезироваться несколькими путями. [24]
Фермент голокарбоксилаза-синтетаза ковалентно присоединяет биотин к пяти ферментам карбоксилазы человека : [4]
Для первых двух биотин служит кофактором, ответственным за перенос бикарбоната в ацетил-КоА , превращая его в малонил-КоА для синтеза жирных кислот . ПК участвует в глюконеогенезе . MCC катализирует этап метаболизма лейцина . PCC катализирует этап метаболизма пропионил-КоА . [1] [3] [4] Метаболическая деградация биотинилированных карбоксилаз приводит к образованию биоцитина . Это соединение далее разлагается биотинидазой с высвобождением биотина, который затем повторно используется синтетазой голокарбоксилазы. [4]
Биотинилирование белков -гистонов в ядерном хроматине представляет собой посттрансляционную модификацию , которая играет роль в стабильности хроматина и экспрессии генов. [4] [8]
Первичный дефицит биотина, то есть дефицит вследствие слишком малого количества биотина в рационе, встречается редко, поскольку биотин содержится во многих продуктах. Субклинический дефицит может вызывать легкие симптомы, такие как истончение волос, ломкость ногтей или кожная сыпь, обычно на лице. [2] [4]
Помимо недостаточного поступления с пищей (редко), дефицит биотина может быть вызван генетическим заболеванием, влияющим на метаболизм биотина. Наиболее распространенным среди них является дефицит биотинидазы . Низкая активность этого фермента приводит к невозможности переработки биотина из биоцитина . Реже встречаются дефициты переносчиков карбоксилазы и биотина. [4] [26] Неонатальный скрининг на дефицит биотинидазы начался в Соединенных Штатах в 1984 году, и теперь во многих странах также проводится тестирование на это генетическое заболевание при рождении. Лечение заключается в пожизненном приеме пищевых добавок с биотином. [1] Если дефицит биотинидазы не лечить, он может привести к летальному исходу. [27]
Низкий уровень биотина в сыворотке и моче не является чувствительным индикатором недостаточного потребления биотина. [4] Тем не менее, тестирование сыворотки может быть полезно для подтверждения потребления биотинсодержащих пищевых добавок и того, является ли период воздержания от употребления добавок достаточно продолжительным, чтобы исключить возможность вмешательства в тесты на наркотики. [28] [29] Косвенные меры зависят от потребности карбоксилаз в биотине. 3-Метилкротонил-КоА представляет собой промежуточную стадию катаболизма аминокислоты лейцина . В отсутствие биотина путь переключается на 3-гидроксиизовалериановую кислоту . Выведение этого соединения с мочой является ранним и чувствительным индикатором дефицита биотина. [2] [4]
Дефицит биотинидазы — это дефицит фермента, перерабатывающего биотин, следствие наследственной генетической мутации. [1] Биотинидаза катализирует расщепление биотина от биоцитина и биотинил-пептидов (продуктов протеолитического распада каждой голокарбоксилазы) и тем самым перерабатывает биотин. [2] Это также важно для освобождения биотина от биотина, связанного с белком пищи. [30] Неонатальный скрининг на дефицит биотинидазы начался в США в 1984 году, [31] по состоянию на 2017 год он считался обязательным в более чем 30 странах. [32]
Глубокий дефицит биотинидазы, определяемый как активность ферментов сыворотки менее 10% от нормальной, о которой сообщается как 7,1 нмоль/мин/мл, встречается с частотой от 1 на 40 000 до 1 на 60 000, но с частотой до 1 на 10 000 в страны с высоким уровнем кровнородственных браков (троюродных братьев и сестер). Частичный дефицит биотинидазы определяется как от 10% до 30% нормальной активности сыворотки. [31] Данные о заболеваемости получены в результате санкционированного правительством скрининга новорожденных. [32] При глубоком дефиците лечение заключается в пероральном приеме доз от 5 до 20 мг в день. Сообщается, что судороги проходят в течение нескольких часов или дней, а другие симптомы проходят в течение нескольких недель. [31] Также рекомендуется лечение частичного дефицита биотинидазы, хотя у некоторых людей, не получающих лечения, симптомы никогда не проявляются. [31] Пожизненное лечение добавками биотина рекомендуется как при глубоком, так и при частичном дефиците биотинидазы. [1]
Наследственные нарушения обмена веществ, характеризующиеся недостаточностью активности биотинзависимых карбоксилаз, называются множественной недостаточностью карбоксилазы . К ним относятся дефициты фермента голокарбоксилазы-синтетазы . [1] Дефицит голокарбоксилазосинтетазы препятствует эффективному использованию биотина клетками организма и, таким образом, препятствует множественным карбоксилазным реакциям. [30] Также может быть генетический дефект, влияющий на натрий-зависимый белок-переносчик поливитаминов. [26]
Биохимические и клинические проявления любого из этих метаболических нарушений могут включать кетолактозный ацидоз , органическую ацидурию , гипераммониемию , сыпь, гипотонию , судороги , задержку развития , алопецию и кому . [4]
Химически модифицированные версии биотина широко используются в биотехнологической промышленности для выделения белков и небелковых соединений для биохимических анализов . [33] Поскольку авидин , полученный из яиц, прочно связывается с биотином с константой диссоциации K d ≈ 10-15 M , [34] интересующие биотинилированные соединения могут быть выделены из образца, используя это высокостабильное взаимодействие. Во-первых, химически модифицированные реагенты биотина связываются с целевыми соединениями в растворе посредством процесса, называемого биотинилированием. Выбор того, какую химическую модификацию использовать, отвечает за связывание реагента биотина с конкретным белком. [33] Во-вторых, образец инкубируют с авидином, связанным с шариками, затем промывают, удаляя все несвязанные белки, оставляя только биотинилированный белок, связанный с авидином. Наконец, биотинилированный белок можно элюировать из гранул избытком свободного биотина. [35] В этом процессе также можно использовать стрептавидин бактериального происхождения, связанный с гранулами, но поскольку он имеет более высокую константу диссоциации, чем авидин, необходимы очень жесткие условия для элюирования биотинилированного белка из гранул, что часто приводит к денатурации интересующего белка. [34]
Когда люди потребляют высокие уровни биотина в пищевых добавках , последствием может быть клинически значимое вмешательство в диагностические анализы крови, в которых используется технология биотин-стрептавидин. Эта методология обычно используется для измерения уровней гормонов, таких как гормоны щитовидной железы , и других аналитов, таких как 25-гидроксивитамин D. Вмешательство биотина может давать как ложно нормальные, так и ложно аномальные результаты. [1] [36] В США биотин в качестве пищевой добавки, отпускаемой без рецепта, продается в количествах от 1 до 10 мг на порцию с заявлениями о поддержке здоровья волос и ногтей, а также в дозе 300 мг в день в качестве возможно эффективного лечения. при рассеянном склерозе [37] [38] (см. § Исследования). Чрезмерное потребление 5 мг/день или выше вызывает повышение концентрации в плазме, что непредсказуемым образом влияет на результаты иммуноанализа биотин-стрептавидин. [28] [29] Медицинским работникам рекомендуется проинструктировать пациентов прекратить прием добавок биотина за 48 часов или даже за несколько недель до исследования, в зависимости от конкретного теста, дозы и частоты приема биотина. [28] Предлагается руководство для сотрудников лабораторий по выявлению и устранению воздействия биотина. [29]
В 1916 году У. Бэйтман заметил, что диета с высоким содержанием сырых яичных белков вызывает токсические симптомы у собак, кошек, кроликов и людей. [39] К 1927 году такие ученые, как Маргарет Боас и Хелен Парсонс, провели эксперименты, демонстрирующие симптомы, связанные с «повреждением яичного белка». Они обнаружили, что у крыс, которых кормили большим количеством яичного белка, поскольку это был единственный источник белка, наблюдались неврологические дисфункции, выпадение волос , дерматиты и, в конечном итоге, смерть. [40] [41]
В 1936 году Фриц Кёгль и Бенно Тённис задокументировали выделение фактора роста дрожжей в журнальной статье под названием « Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb ». (Представление кристаллизованного биотина из яичного желтка). [42] Название биотин происходит от греческого слова bios («жить») и суффикса «-in» (общий химический суффикс, используемый в органической химии). [5] Другие исследовательские группы, работая независимо, выделили одно и то же соединение под разными названиями. Венгерский ученый Пауль Дьёрдь начал исследовать фактор, ответственный за повреждение яичного белка, в 1933 году, а в 1939 году ему удалось определить то, что он назвал «витамином H» (H представляет собой Haar und Haut , что по-немецки означает «волосы и кожа»). [43] [44] Дальнейшая химическая характеристика витамина H показала, что он водорастворим и присутствует в больших количествах в печени. [45] После экспериментов, проведенных с дрожжами и Rhizobium trifolii , Уэст и Уилсон выделили соединение, которое они назвали коферментом R. [46] [47] К 1940 году было признано, что все три соединения идентичны и получили общее название: биотин. [48] Дьердь продолжил свою работу над биотином и в 1941 году опубликовал статью, демонстрирующую, что повреждение яичного белка было вызвано связыванием биотина авидином . [49] [50] В отличие от многих витаминов, информации для установления рекомендуемой нормы потребления недостаточно, поэтому рекомендации по питанию определяют «адекватное потребление», основанное на лучших имеющихся научных данных, с пониманием того, что через некоторое время оно будет заменено более точная информация. [2] [9] [10]
Путь биосинтеза с использованием E. coli был предложен Рольфе и Айзенбергом в 1968 году. Начальный этап был описан как конденсация пимелил-КоА и аланина с образованием 7-оксо-8-аминопеларгоновой кислоты. Далее они описали трехэтапный процесс, последний из которых включает введение атома серы для образования тетрагидротиофенового кольца. [51]
Высокие дозы биотина (300 мг/день = 10 000-кратное адекватное потребление ) использовались в клинических испытаниях для лечения рассеянного склероза , демиелинизирующего аутоиммунного заболевания. [37] [38] Гипотеза заключается в том, что биотин может способствовать ремиелинизации миелиновой оболочки нервных клеток, замедляя или даже обращая вспять нейродегенерацию. Предполагаемые механизмы заключаются в том, что биотин активирует ацетил-КоА-карбоксилазу, которая является ключевым ферментом, ограничивающим скорость синтеза миелина, а также за счет уменьшения аксональной гипоксии за счет увеличения выработки энергии. [37] [38] Результаты клинических испытаний неоднозначны; Обзор 2019 года пришел к выводу, что необходимо провести дальнейшее исследование связи между симптомами рассеянного склероза и биотином [37] , тогда как в двух обзорах 2020 года, посвященных большему количеству клинических исследований, не было обнаружено последовательных доказательств пользы [52] и были некоторые доказательства увеличения активности заболевания и более высокий риск рецидива. [53]
В Соединенных Штатах биотин рекламируется как пищевая добавка для укрепления волос и ногтей , хотя научные данные, подтверждающие эти результаты у людей, очень слабы. [3] [54] [55] Обзор литературы по ногтям показал улучшение ломкости ногтей в качестве доказательства двух клинических исследований, проводившихся до 1990 года, в которых перорально вводилась пищевая добавка в дозе 2,5 мг/день в течение нескольких месяцев без контрольной группы сравнения с плацебо. . Литературы по последним клиническим исследованиям нет. [54] Обзор биотина как средства лечения выпадения волос выявил тематические исследования младенцев и маленьких детей с генетическим дефектом дефицита биотина, у которых улучшился рост волос после приема добавок, но далее сообщалось, что «не было проведено рандомизированных контролируемых исследований, подтверждающих эффективность». добавок биотина у нормальных, здоровых людей». [55] Биотин также включается в состав средств для местного применения для волос и кожи с аналогичными требованиями. [56]
В Законе о пищевых добавках, здравоохранении и образовании 1994 года говорится, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США должно разрешить на этикетке продукта то, что описано как «Структура: Функция» (S:F) и утверждает, что ингредиенты необходимы для здоровья. Например: биотин помогает поддерживать здоровье кожи, волос и ногтей. Если сделано заявление S:F, на этикетке должен быть указан отказ от ответственности: «Это заявление не было проверено Управлением по контролю за продуктами и лекарствами. Этот продукт не предназначен для диагностики, лечения или предотвращения каких-либо заболеваний». [57]
У крупного рогатого скота биотин необходим для здоровья копыт. Хромота из-за проблем с копытами является обычным явлением, ее распространенность в стаде оценивается от 10 до 35%. [ нужна цитата ] Последствия хромоты включают меньшее потребление пищи, снижение производства молока и увеличение затрат на ветеринарное лечение. Результаты через 4–6 месяцев от добавления биотина в дозе 20 мг/день в ежедневный рацион снижают риск хромоты. [58] [59] Обзор контролируемых исследований показал, что прием добавок в дозе 20 мг/день увеличивает надои молока на 4,8%. В ходе дискуссии было высказано предположение, что это может быть косвенным следствием улучшения здоровья копыт или прямым влиянием на производство молока. [60]
Для лошадей распространенной проблемой являются такие заболевания, как хронический ламинит, трещины копыт или сухие, ломкие ноги, неспособные удерживать подковы. Биотин – популярная пищевая добавка. Есть рекомендации, что лошадям необходимо от 15 до 25 мг/день. Исследования показывают, что биотин улучшает рост нового копытного рога, а не улучшает состояние существующего копыта, поэтому для полной замены копытной стенки необходимы месяцы приема добавок. [61]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI inactive as of January 2024 (link)