Biotine: definitie, synthese, absorptie, transport en distributie

Biotine is een hydrofiel (water-oplosbare) vitamine van de B-groep en draagt ​​de historische namen co-enzym R, vitamine BW, vitamine B7 en vitamine H (effect op huid​ In het begin van de 20e eeuw ontdekte Wildiers een specifieke factor die nodig was voor groei in experimenten met gisten, die 'Bios' werd genoemd en een mengsel was van Bios I (later geïdentificeerd als meso-inositol), Bios II A (later pantotheenzuur (vitamine B5)), en Bios II B, de werkelijke biotine​ In 1936 isoleerden Kögl en Tönnis biotine van eigeel. Tussen 1940 en 1943 werd de structuur toegelicht door de werkgroepen rond Kögl in Europa en Vigneaud in de VS. In dezelfde periode lieten dierexperimenten zien dat er regelmatig rauw gegeten wordt eieren werd geassocieerd met ernstig huidveranderingen vanwege het basische glycoproteïne avidine. Avidine is een biotine-antagonist die biotine aantast absorptie door een complex te vormen - 1 molecuul avidine bindt 4 moleculen van biotine - en kan zo op lange termijn biotinedeficiënties veroorzaken. Administratie van een hittestabiele factor uit gist of lever resulteerde in remissie (tijdelijke of permanente vermindering van symptomen) hiervan huidletsels​ De biochemische functies van biotine als co-enzym, bijvoorbeeld in aminozuurmetabolisme, vetzuurbiosynthese en gluconeogenese (nieuwe synthese van glucose van organische niet-koolhydraatvoorlopers, zoals pyruvaat), werden pas in de tweede helft van de 20e eeuw erkend. Biotine is een heterocyclische ureum derivaat (derivaat van ureum) bestaande uit een imidazolidonring en een tetrahydrothiofeenring waaraan valeriaanzuur is gekoppeld [1, 2, 4-6, 14]. Volgens de IUPAC-classificatie (International Union of Pure and Applied Chemistry) is de chemische naam van biotine cis-hexahydro-2-oxo-1H-thieno (3,4-d) -imidazol-4-yl-valeriaanzuur (moleculaire formule: C10H16O3N2S). De 3 asymmetrische C (koolstof) biotine-atomen maken de vorming van 8 stereo-isomeren mogelijk, waarvan alleen D - (+) - biotine in de natuur voorkomt en biologisch actief is. Hoewel biotine zeer stabiel is tegen lucht, daglicht en warmte, is de vitamine gevoelig voor UV-licht. Daarom moet biotine uit de buurt van licht worden bewaard.

Synthese

Biotine kan door de meesten worden gesynthetiseerd (gevormd) bacteriën evenals door vele schimmel- en plantensoorten. Dienovereenkomstig wordt de vitamine wijd verspreid in de natuur, maar hun concentratie in voedsel is erg laag. In het menselijk organisme, de bacteriën van de dikke darm (dikke darm) zijn in staat tot biotinesynthese. Zowel de mate van enterische zelf-synthese (vorming van biotine in de darm) als de bijdrage aan het biotinemetabolisme zijn niet precies bekend. Omdat de vitamine voornamelijk wordt opgenomen (opgenomen) in de proximale (bovenste) dunne darmmicrobieel geproduceerde biotine kan niet voldoende worden gebruikt en gaat grotendeels verloren in de ontlasting (ontlasting). Ten slotte wordt aangenomen dat bacteriële biotinesynthese slechts een ondergeschikte rol speelt bij het voldoen aan de vereisten.

Absorptie

In het dieet, biotine is aanwezig in vrije vorm maar grotendeels gebonden eiwitten​ Om geabsorbeerd te worden, moet biotine worden vrijgemaakt uit zijn bindende eiwit, waaraan het covalent is gehecht (door middel van een strakke atoombinding) aan de ε (epsilon) -amino (NH2) groep van een lysine residu (biotinyl-ε-NH2-lysyl <[proteïne]). Tijdens voedselpassage, maagzuur en peptidasen (proteïne-splitsing enzymen) van het maagdarmkanaal (GI), zoals pepsine en trypsine, leiden afbraak (afbraak) van voedingseiwitten met afgifte van biotine-bevattende peptiden en biocytine (verbinding van biotine en het aminozuur lysine - biotinyl-ε-lysine). Biotinylpeptiden en vooral biocytine zijn hydrolytisch (door reactie met water) gesplitst in gratis biotine en lysine in het bovenste gedeelte van de dunne darm door het enzym biotinidase, dat wordt gesynthetiseerd in de alvleesklier (pancreas). Een tekort aan biotinidase kan worden behandeld met farmacologische hoeveelheden vrij biotine (5-10 mg / dag). Zonder therapeutische actie is er een dramatische daling van de biotinespiegels in het serum binnen een week en, op de lange termijn, de manifestatie (expressie) van biotinedeficiëntie.Absorptie van gratis biotine in de proximale (bovenste) dunne darm, vooral in het jejunum (lege darm), treedt actief op bij lage of normale inname door middel van natrium-afhankelijk carrier-gemedieerd transport - drager (transporteiwit) -biotine-natriumcomplex - volgens saturatiekinetiek. Na hogere doses wordt de opname van biotine in enterocyten (cellen van de dunne darm epitheel) door passieve diffusie overheerst. Het tarief van absorptie uit voedsel, voornamelijk eiwitgebonden biotine, wordt geschat op ongeveer 50%, terwijl biobeschikbaarheid na therapeutische doses-vrije biotine-is ongeveer 100%.

Transport en distributie in het lichaam

Geabsorbeerde biotine komt in de bloedbaan via een dragermechanisme, waar het meestal in vrije vorm is (81%) en, in mindere mate, covalent gebonden aan serumbiotinidase (12%) en niet-specifiek gebonden aan plasma albumine en globulines (7%). Erytrocyten (rood bloed cellen) bevatten ongeveer 10% van het serumbiotine concentratie​ De opname van biotine in de cellen van de doelweefsels vindt waarschijnlijk plaats - vergelijkbaar met intestinale absorptie (opname via de darm) - via een specifieke energieconsumptie natrium-afhankelijk draagmechanisme. Proliferatieprocessen (celdeling en groei) leiden tot een toename van de expressie van biotinetransport eiwitten, terwijl een toename van de biotineserumspiegels gepaard gaat met een afname van de cellulaire expressie van biotinedragers. Transport van biotine over de placentra naar de foetus wordt bemiddeld door een actief werkende natrium-afhankelijke drager die ook liponzuur transporteert (anti-oxidant co-enzym) en pantotheenzuur (vitamine B5). In de 18e-24e week van zwangerschap, de biotine concentratie bij de foetus bloed is 3 tot 17 keer hoger dan in moederbloed. In doelwitcellen functioneert biotine als een co-enzym in een reeks carboxylasereacties waarbij carboxy- (COOH) -groepen in organische verbindingen worden ingebracht. Covalente binding van biotine aan de ε-aminogroep van lysine van apocarboxylasen wordt gekatalyseerd (versneld) door het enzym holocarboxylase synthetase in de volgende twee stappen.

  • Biotine + ATP (adenosine trifosfaat) → biotinyl 5′-adenylaat + PP (pyrofosfaat).
  • Biotinyl 5′-adenylaat + lysineresidu van apocarboxylase → biotinyl-ε-NH2-lysyl <[apocarboxylase] (biologisch actief holocarboxylase) + AMP (adenosine monofosfaat).

Als onderdeel van de fysiologische celvernieuwing worden holocarboxylasen proteolytisch afgebroken (door eiwitsplitsing enzymen), die naast biotine-bevattende peptiden biocytine produceert, die wordt gehydrolyseerd (gesplitst door reactie met water) om biotine en lysine vrij te maken door de werking van intracellulaire biotinidase. Zo is biotine beschikbaar voor verdere carboxyleringsreacties (enzymatische insertie van COOH-groepen in organische verbindingen).

afscheiding

Biotine wordt voornamelijk door de nieren uitgescheiden in vrije en gemetaboliseerde (gemetaboliseerde) vormen. Tijdens de afbraak van biotine levert bèta-oxidatie (vetzuurafbraak) van de valeriaanzuurketen bisnorbiotine en bisnorbiotine-methylketon op, terwijl oxidatie van zwavel in de tetrahydrothiofeenring levert biotine d, 1-sulfoxide en biotinesulfon op. De vermelde biotinemetabolieten hebben geen vitamine-activiteit en zijn in beide detecteerbaar bloed plasma en urine. Bovendien worden andere metabolieten van biotine via de nieren uitgescheiden, waarvan sommige nog niet zijn geïdentificeerd. Bij fysiologische inname varieert de uitscheiding van biotine in de urine tussen 6 en 90 µg / 24 uur. Bij deficiëntie neemt de renale biotine-excretie (excretie) af tot 5 µg / 24 uur, terwijl de urinaire concentratie van 3-hydroxyisovaleriaanzuur toeneemt als gevolg van een verminderde activiteit van biotine-afhankelijke 3-methylcrotonyl-CoA-carboxylase (enzym dat de carboxylering katalyseert ( insertie van een COOH-groep) van methylcrotonyl-CoA in beta-methylglutaconyl-CoA). Tijdens zwaartekracht (zwangerschap), een significante afname van nierbiotine eliminatie en een toename van de uitscheiding van 3-hydroxyisovaleriaanzuur in de urine werd waargenomen bij 50% van de vrouwen, ondanks hogere serumbiotinespiegels bij vroege zwangerschap dan bij niet-drachtige controles. Suppletie (aanvullende inname) van 300 µg biotine / dag resulteert in een vermindering van de uitscheiding van 3-hydroxyisovaleriaanzuur. Vanwege microbiële biotinesynthese in de dikke darm (dikke darm), de hoeveelheid biotine die wordt uitgescheiden in de urine en de ontlasting overschrijdt gewoonlijk de voedselinname (via de voeding) biotine. eliminatie of plasmahalfwaardetijd (de tijd die verstrijkt tussen de maximale concentratie van een stof in het bloedplasma en de daling tot de helft van deze waarde) is afhankelijk van de biotine dosis geleverd en de individuele biotinestatus. Het is ongeveer 26 uur voor orale inname van 100 µg / kg lichaamsgewicht biotine. Bij biotinidasedeficiëntie kan de eliminatie de halfwaardetijd wordt bij dezelfde dosering teruggebracht tot 10-14 uur.