Будова, властивості та біологічна роль біотину і тіаміну

Біотин

1. Історичні відомості

Більше 60 років тому Wilidiers показав, що для забезпеченняжиттєдіяльності дріжджових клітин у штучну живильне середовищенеобхідно внести якесь органічна речовина (фактор росту). Цейфактор росту він запропонував назвати «Біос» (від грец. «bios»-життя).
Вивчення природи «біоса» призвело до висновку, що «біос» представляєсобою комплекс факторів росту, що відрізняються один від одного за фізико -хімічними властивостями. Екстракти, що містять «біос», при обробціуксуснокислий свинцем поділялися на дві біологічно активні фракції.
Фракція, що випадають в осад, була названа «біос I», а фракція,залишалася в розчині, отримала назву «біос II». У 1928 р. «біос I»виділений з чаю та ідентифікований як інозит. У 30-х роках «біос II»піддавався ретельному вивченню і був розділений на дві фракції-«біос ІІа» і
«Біос IIВ»-шляхом адсорбції останньої на тварині вугіллі.

Kogi запропонував назвати «біос IIВ» прото «Біос II» або біотин, афракцію «біос ІІа» - «Біос III». У 1935-1936 рр.. Kogi і Tonnies впершевиділили кристалічний біотин з жовтка яєць. Для цієї мети вонивикористовували 250 кг жовтків яєць і отримали 100 мг біотину з температуроюплавлення 148 °. Пізніше було знайдено, що деякі види Rhizobium вимагаютьдля свого зростання якесь органічна речовина, що присутні у культурах
Azotobacter в гідролізувати дріжджах та інших природних джерелах. Церечовина отримало назву «коензим Р». Порівняльне вивчення дії назростання Rhizobium «коензиму Р» та кристалічного препарату біотину показало,що обидва речовини володіють однаковими біологічними властивостями.

У 1931 р. Gyorgy (Gyorgy, 1954) в дослідах на щурах виявив, що рядприродних джерел містить речовину, що охороняє тварин відзахворювання, що викликається надлишком білка яєць, і запропонував назвати йоговітаміном H. 1939 р. він отримав препарат вітаміну Н з печінки. У процесівивчення фізико-хімічних властивостей препаратів вітаміну Н і розповсюдженняйого в природних джерелах виникла думка про ідентичність вітаміну Н ібіотину. Експериментальна перевірка показала, що найбільш очищеніпрепарати вітаміну Н повністю замінюють коензим Р при випробуванні накультурах Rhizobium tritolii і біотин при випробуванні на дріжджах. З іншогобоку, коензим Р або біотин повністю заміняв вітамін Н при випробуванні натварин. Таким чином, вітамін Н і біотин повністю ідентичні. Подальшідослідження дали можливість встановити хімічну будову біотину іздійснити його синтез.

2. Хімічні та фізичні властивості біотину

У 1941 р. du Vigneaud і співробітники виділили з печінки кристалічнийпрепарат метилового ефіру біотину, з якого шляхом омилення лугом бувотриманий вільний біотин. Емпірична формула його була визначена як
C10H16O3N2S. На підставі вивчення продуктів розпаду біотину ці авториприйшли до висновку, що структура вітаміну відповідає 2/-кeтo-3, 4 --імідaзoлідo-2-тeтpaгідpoтіофен-н-валеріанова кислоті.

Молекула біотину складається з імідазолового (А) і тіофенового (В) кілець.
Гетероцикли можна розглядати як тіофеновое кільце, пов'язане з уреіднойугрупованням. Наведена структура біотину була підтверджена повним йогохімічним синтезом. У молекулі є три асиметричних атома вуглецю,що обумовлює існування 8 стереоізомерів.

Біотин утворює голчасті кристали з температурою плавлення 232 °. Dпоперечному перерізі кристал являє собою ромб, гострі кути якогодорівнюють 55 °. Довжина осей: а-5, 25?, B-10, 35?, З-21,00?. Щільність кристалів
1,41. Молекулярна вага біотину на основі хімічної формули дорівнює 214. Нaна основі аналізу рентгеноскопіческого 245 ± 6. При дослідженнікристалічної структури біотину встановлено, що аліфатична ланцюгзнаходиться в цис-положенні по відношенню до уреідной циклічної угруповання.

На підставі даних, отриманих методом рентгеноскопіческойкристалографії Traub (1959) вважає за можливе утвореннявнутрімолекулярної водневого зв'язку, яка виникає між киснемкарбонільної групи і одним з кисневих атомів карбоксильної групи врезультаті близької відстані між N-3 'і С-6 рівного 2,4?; всі іншівідстані в молекулі становлять понад 3,4?. Освіта такого зв'язку маєзмінювати розподіл зарядів у уреідном кільці зі зміщенням,кетоенольного. рівноваги. до Енола, що: призводить до зміни хімічноїреактивності N-1. Наявність водневого зв'язку певною мірою визначаєбіологічну активність біотину і його похідних. У 1965 р. встановленаструктура і відносна конфігурація кожного асиметричного центрубіотину, а в 1966 р. абсолютна Стереохімія вітаміну.

Біотин добре розчинний у воді і спирті, важко розчинний в ефірі,вуглеводнях парафіну та ряду і дещо краще в циклогексаном, бензолі,галогенізованих вуглеводнях, спиртах та кетонах (ацетон). Біотинстійкий до дії ультрафіолетових і рентгенових променів. Він руйнуєтьсяпід впливом перекису водню, соляної кислоти, їдких лугів,формальдегіду і сірчистого газу. Він не змінюється під дієюмолекулярного кисню, сірчаної кислоти, гідро -ксіламіна. В ультрафіолетових променях для біотину не виявленоспецифічного поглинання.

2.1 Аналоги та інгібітори. Молекула біотину має великуспецифічністю. Це підтверджується тим, що з 8 відомих стереоізомерівтільки одна-біотин-володіє біологічною активністю. Видалення або замінабудь-яких атомів або груп атомів приводить до повної втрати активності
(дегідробіотін, гемоглобін, норбіотін). Тільки одна група похідних,отриманих окисленням атома сірки (сульфобіотін і біотінсульфоксід) абозаміною сірки киснем (оксібіотін) або двома атомами водню
(дестіобіотін), проявляє біологічну активність. Сульфобіотін замінюєпотреба в біотин у деяких дріжджів але виявляється

антагоністом вітаміну для L. casei, E. coli і Neurospora.

Відомі амінокислотні похідні біотину, серед яких найбільшвивчений біоцітін, що володіє високою активністю для багатьохмікроорганізмів. Біоцітіі виділена в кристалічному вигляді з дріжджів. У
1951 розшифрована його структура. Оп являє собою пептид біотину ілізину, а саме:

У 1952 р. здійснено синтез біоцітіна. Ступінь використання біоцітінарізними мікроорганізмами різко відрізняється. Можливою причиною цього можебути наявність або відсутність біоцітінази, яка розщеплює біоцітін ззвільненням вільного біотину.

За даними Traub (1959), біологічна активність біотину та його аналогівобумовлена внутрімолекулярної зв'язком, що дозволяє пояснити причининаявності або відсутності біологічної активності для більшості ізомерів іпохідних біотину. Так, утворення водневого зв'язку виключено у всіхінших оптичних ізомерів, крім D-біотину, а також у похідних з більшдовгою або укороченою бічній ланцюгом, що призводить до повної втратибіологічної активності (гомобіотін, норбіотін). Неактивність гуанідиновиханалогів біотину, біотінола, оксібіотінола також пояснюється відсутністю уних водневого зв'язку. Деякі похідні біотину, які утворюються безпорушення водневого зв'язку, зберігають біологічну активність
(дестіобіотін, оксібіотін, біоцітін і ряд амінокислотних похіднихбіотину).

В даний час з'ясовано причини патологічних змін, які виникаютьпри годівлі тварин сирим яєчним білком. У ньому міститься авідін-білок,який специфічно з'єднується з біотин (введеним всередину з харчовимипродуктами або синтезованим кишковими мікроорганізмами) в неактивнийкомплекс і тим самим перешкоджає його всмоктуванню. Авідін міститься вбілкові яйця курки, гуски, качки, індички і жаби. У 1942 р. його отримано вкристалічному вигляді і виявився глюкопротеідом з молекулярною вагою 70000.
Авідін стехіометричні пов'язує еквімолярних кількості біотину, утворюючиміцний комплекс, який не розщеплюється ферментами травноготракту. Комплекс авідіна з біотин термічно стійкий і повністюдисоціюють тільки в автоклаві при 120 ° за 15 хвилин. З авідіномз'єднується DL-оксібіотін і деякі інші аналоги біотину, але спорідненістьавідіна до біотин набагато більше, ніж до його похідних. Вивченнявзаємодії біотину та його похідних з авідіном показало необхідністьуреідной групи в молекулі вітаміну, тоді; як Карбоксильна група та атомсірки не є необхідними для утворення комплексу. Авідін єуніверсальним інгібітором біотину. Його здатність пов'язувати біотин широковикористовується при вивченні механізму участі цього вітаміну в процесахобміну речовин: гальмування тієї чи іншої біохімічної реакції авідіномє істотним доказом на користь можливості участі в ній біотину.
Авідін застосовується для отримання експериментальної біотіновойнедостатності у тварин.

3. Поширення біотину в природі

Біотин широко розповсюджений у природі. Він виявлений у мікроорганізмів.рослині і тварин. Зміст його визначено в різних систематичнихгрупах тварин: найпростіших, комах, риб, земноводних, птахів,ссавців. Найбільш високий рівень біотину виявлений у личинкахкомах і найменший - у плазунів. Рекордна кількість (6,81мкг/г) знайдено в печінки акули. Зміст біотину в організмі тварин незалежить від приналежності тварини до певної систематичної групи.
Аналіз тканин показав велике розходження в отриманні біотину в органаходного і того ж тварини. Найбільш багаті вітаміном печінка, нирки,наднирники; серце і шлунок містять середню, а мозкова тканина, легкі іскелетні м'язи-мінімальна кількість біотину.

Нижче наведено зміст біотину в різних продуктах тваринного ірослинного походження.

Зміст біотину у харчових продуктах (В. В. Філіппов, 1962)
| Продукти тваринного | Біотин в | Продукти тваринного 100 | Біотин в мкг |
| походження | мкг на | г походження | на 100 г |
| | Продукту | | продукту |
| Печінка свиняча | 250 | Рисові висівки | 46 |
| »Яловича | 200 | Жито, цільне зерно | 46 |
| Нирки свинячі | 180 | Земляні горіхи | 40 |
| Серце бика | 8-50 | Пшенична мука | 9-25 |
| Яйце (жовток) | 30 | Кольорова капуста | 17 |
| Тріска (консерви) | 24 | Печериці | 16 |
| Шинка | 10 | Горошок зелений | 6 |
| Камбала | 8 | Банани | 4,4 |
| М'ясо курки | 6 | Диня | 3,6 |
| »Яловичини | 5 | Цибуля свіжий | 3,5 |
| Молоко коров'яче | 5 | Капуста білокачанна | 2.5 |
| Сир | 4 | Морква | 2,5 |
| Оселедець | 4 | Апельсини | 1,9 |
| Телятина | 1,5-2 | Яблука | 0,9 |
| Соя, боби | 60 | Картопля | 0,5-1,0 |

Найбільш багаті вітамінами свиняча та яловича печінка, нирки, серце бика,яєчний жовток, а з продуктів рослинного походження-боби, рисовівисівки, пшеничне борошно і кольорова капуста. У тваринних тканинах і дріжджахбіотин знаходиться переважно у зв'язаному з білками вигляді, в овочах іфруктах-у вільному стані.

4. Біосинтез біотину.

Біосинтез біотину здійснюють всі зелені рослини, деякі бактеріїі гриби. Вивчення шляхів біосинтезу біотину почалося після з'ясуваннябудову його молекули. Хімічне розщеплення біотину проходить черезосвіта дестіобіотіна, діамінопеларгоновой кислоти і, нарешті,пімеліновой кислоти. Цілком природно було припустити, що біосинтезбіотину може проходити шляхом поступового ускладнення молекули пімеліновойкислоти. На користь цього говорив той факт, що пімеліновая кислота здатназамінювати біотин у деяких мікроорганізмів як фактор зростання. Вонастимулює синтез біотину: мічена пімеліновая кислота виявляється ввуглецевому скелеті біотину.

Вивчення структурної формули біотину призвело до припущення, що атоми
I, 1 ', 4 і 5 походять з декарбоксілірованной молекули цистеїну (див.формулу), атоми 2 і 3 походять з карбамілфосфата і пов'язані, такимчином, з наявними в клітинах «пулом» СО2 в той час як інші сіматомів (2, 3, 6, 7, 8, 9 і 10) відбуваються з вуглецевого скелетапімеліновой кислоти. Висловлену припущення підтвердженоекспериментально при вивченні біосинтезу

біотину в культурах Achromobacter, вирощених на синтетичних середовищах, дояким додавали або 3-С14-цистеїн, або МаНС14Оз. Синтезованийбактеріями радіоактивний біотин розщеплює і таким чином вивчалирозподіл у ньому радіоактивного вуглецю. Грунтуючись на отриманихрезультати, Lezius та співавтори у 1963 р. запропонували схему синтезу біотину.

Відповідно до цієї схеми, початком синтезу є конденсація пімеліл-КоА іцистеїну. Потім відбувається декарбоксилювання, що призводить до утворення
9-меркапто-8-аміно-7-оксопеларгоновой кислоти. Взаємодія аміногрупицієї кислоти з карбамілфосфатом викликає утворення уреідногопохідного, яке після відщеплення води може ціклізоваться, даючибіотин з характерним для нього подвійним циклом.

За здатності синтезувати біотин і дестіобіотін всі дослідженіорганізми діляться на 4-е групи:

1. Здатні синтезувати велику кількість біотину і дестіобіотіна із глюкози в відсутність пімеліновой кислоти.

2. Стимулюючі за допомогою пімеліновой кислоти і дестібіотіна біосинтез біотину.

3. Активно здійснюють перетворення дестібіотіна в біотин.

4. Утворюють дестіобіотін з пімеліновой кислоти, але не здатні перетворювати його на біотин.

Вивчено більше 600 штамів бактерій, що використовують вуглеводні для синтезубіотину, з яких 35, синтезують вітамін у великих кількостях (> 100мкг/мг). Найбільша кількість біотину утворює Pseudomonas sp. штам 5-2при вирощуванні на гас. Специфічним активатором накопичення біотинує аденін. Екзогенні пімеліновая і азелаїнова кислоти збільшуютьосвіта блотіна. з гасу. Кращими джерелами вуглецю виявилися н -алкани з вуглецевої ланцюгом з 15-20 атомів, зокрема н-ундекан.
Проміжними продуктами в синтезі біотину з ундекана єпімеліновая і азелаїнова кислоти (Toshimichi ea, 1966).

Дослідження біосинтезу біотину в рослинах (В. Філіппов, 1962 р.)показало, то кожен орган рослини і кожна його клітина синтезує вітамінв ембріональній фазі свого розвитку. Надалі синтез сповільнюється і, по -Мабуть, припиняється, але зміст його різних тканинах довгий часзалишається постійному.

5. Обмін біотину в організмі
Про обмін біотину відомо небагато. Біотин, що надійшов з їжею у зв'язаномустані, відщеплюється від білка під дією протеолітичних ферментів,переходить у водорозчинних форму і всмоктується в кров у тонкому кишечнику.
У кишечнику відбувається також всмоктування біотину, синтезованогобактеріями шлунково-кишкового тракту. Всмоктатися в кров біотинзв'язується з альбуміном сироватки розноситься по всьому організму.
Найбільша кількість біотину накопичується в печінці, нирках інаднирниках, причому у чоловіків воно дещо більше, ніж у жінок.

Зміст біотину в тканинах людини (Р. Д. Вільямс, 1950)
| Органи і тканини | Біотин в мкг/г |
| | У жінок | у чоловіків |
| Шкіра | - | 0 01 |
| Мозок | 0,03 | 0,08 |
| Легкі | 0,02 | 0,01 |
| Серце | 0,17 | 0,19 |
| М'язи | 0,02 | 0,04 |
| Шлунок | 0,19 | 0,11 |
| Ободова кишка | 0,08 | 0,09 |
| Печінка | 0,62 | 0,77 |
| Молочна залоза | 0,04 | - |
| Селезінка | 0,04 | 0.06 |
| Нирки | 0 58 | 0,67 |
| Наднирники | 0,35 | 0,23 |
| Насінники | - | 0,05 |
| Яєчники | 0,03 | - |

Що стосується змісту біотину в крові людини, то з цього питанняє обмежена і часом суперечлива інформація. Bhagavan і Coursinу 1967 р. визначили зміст біотину мікробіологічними методом в крові
30 здорових коней і 25 дорослих людей і показали, що в середньому в кровідорослих людей утримується 25,7 ммкг% біотину (12-42,6 ммкг%), а в кровідітей дещо більше-32, 3 ммкг% (14,7-55,5 ммкг%). За даними Baugh
(1968), середній рівень біотину в цільної крові становить 147 ммкг% (82 -
270 ммкг%). Якої-небудь різниці, у змісті біотину в. Крові в залежностівід статі і віку не відзначено. Зміст біотину в молоці жінки різкозмінюється в період годування. У перший день після пологів зміст біотинуb молоці невелике і тільки на 10-й день підвищується до 0,33 мкг на 100 мл.

Біотин майже не піддається Обміну в організмі людини і виводиться внезміненому вигляді переважно з сечею. У здорових людей виведення біотину зсечею становить 11-183 мкг на добу, у новонароджених дітей досягаємаксимуму (4 мкг на 100 мл) _ на 2-й день життя і знижується до нуля до 7-годню. Зміст біотину в калі коливається від 322 до 393 mкг на добу. Унормі виділення біотину з сечею та калом підвищує надходження його з їжі 3-6разів. що свідчить про задоволення потреб людини в біотинна рахунок бактеріального синтезу в кишечнику. Через 6 годин після введеннялюдині массірова?? дози біотину більша частина його виводиться із сечею.
Зміст біотину в калі при цих же умовах змінюється в меншійступеня.
Невелика частина карбоксильної групи бічного ланцюга біотину окислюється до
СО2 специфічної оксидазу, яка виявлена в печінці та нирках морськийсвинки та щури.

Дослідження розподілу міченого біотину в тканинах курчат і щурівпоказало, що вже через 4 години після виведення фізіологічної дозиміченого С1 'по карбоксильної групі біотину близько 16% мітки включалося впечінка, а 30% виводилося з калом і сечею в незміненому вигляді
(Dakshinamurty, Mistry, 1963). У серці, селезінці і легких радіоактивностіне виявлено. Менше 4% введеної дози відображалося у вигляді видихуваного C14O2,що вказувало на незначне пряме окислення карбоксильної групибіотину. Про розподіл міченого біотину в різних клітинних фракціямможна судити з табл.

Зміст біотину в клітинних фракціях печінки нормальних щурів

(Dakshinamurti, Misfry, 1963)
| | Нормальні тварини | Авітамінозние |
| Фракція печінки | | тварини |
| | Загальний | Зв'язаний | Загальний біотин (в |
| | Біотин в | біотин в% |%) |
| |% | До загального | |
| Гомогенат | 100 | 92 | 100 |
| Ядра | 37 | 99 | 75 |
| Мітохондрії | 9 | 89 | 13 |
| Мікросомах | 2 | 23 | о |
| Надосадову рідина | 47 | 91 | о |

З таблиці видно, що 40-50% радіоактивності виявлено в надосадовуфракції, отриманої після центрифугування гомогенату печінки щурів. Умікросомах міститься незначна кількість вітаміну. Більша частинабіотину в різних клітинних фракціях, за винятком мікросом,присутній у пов'язаної з білком формі. Є й суперечливі дані протому, що більша частина біотину (більше 60%) міститься в мітохондріях печінкитварин і біля 11% - у мікросомах.
В даний час недостатньо досліджена динаміка вмісту біотину втканинах в онтогенезі тварин. Мабуть, яйце і зародок у початковійстадії розвитку найбільш багаті біотин. Розвиток зародка супроводжуєтьсязниженням вмісту біотину в тканинах. Виняток становлять печінку інирки, в яких вміст біотину значно підвищується в перші дніпостембріонального розвитку.

6. Участь біотину в обміні речовин і механізм дії
До 1958-1959 рр.. накопичилися дані, які вказували на участь біотину в реакціях карбоксилювання. Встановлено, що при біотіновой недостатності порушуються наступні функції печінки тварин: синтез Цитрулін з орнітіна, МН3 і С02, включення CО2 в пурину,карбоксилювання пропіонової кислоти, що приводить до утворення бурштиновоїкислоти, включення С02 в ацетоуксусную кислоту. Однак механізм діїбіотину в цих реакціях залишався нез'ясованим. Дані дослідів з 2-C14 -біoтінoм виключали можливість того, що С-атом уреідной угрупованнябіотину переноситься як залишку вугільної кислоти. Одним зобставин, через які піддавалася сумніву функція цього вітамінуяк кофермент карбоксилювання, було (описане в різний час) участьбіотину в реакціях, в яких не було жодного включення, ні відщеплення
С02. Так, було виявлено вплив біотину на дезамінування аспарагіновоїкислоти, серину і треоніну і його участь у синтезі жирних кислот. Першічіткі докази коферментних функції біотину в реакціїкарбоксилювання з'явилися в роботах, присвячених саме синтезу жирнихкислот. У цих роботах зазначалося, що біотин є коферментом ацетил-
КоА-карбоксілази, ферменту, що здійснює карбоксилювання ацетил-КоА зосвітою Малоні-КоА-перше стадію синтезу жирних кислот (Wakil, 1958).
До цього часу були отримані докази існування ще одногобіотінфермента, а саме (З-метил-кротона-КоА-карбоксілази (Lynen, Knappe,
1959). Усі відомі в даний час біотіновие ферменти каталізують дватипу реакцій:
1. Реакції карбоксилювання або фіксації С02, пов'язані з розщепленням

АТФ і протікають згідно рівняння:

АТФ + НСОз + RHR-СОО-+ АДФ + Фнеорг.

II. Реакції транскарбоксілірованія, що протікають без розпаду АТФ, при яких карбоксилювання одного субстрату здійснюється при одночасно протікає декарбоксилюванні іншого з'єднання:

R1-COO-+ R2H R1H + R2-COO-

Оскільки всі наведені реакції є оборотними, можливийоборотний біосинтез АТФ. У всіх цих випадках має місце включення С02 вреактивне?-подоженіе ацил-КоА або вінілгомоло-гічної йому положення (прикарбо ^ сілірованіі?-метілкротоніл-КоА).

До початку 60-х год5В були виділені і вивчені карбоксілази, що здійснюютьзазначені перетворення-У 1960 р. встановлено участь біотину в реакціїтранскарбоксілірованія при дослідженні синтезу пропіоновоі кислоти

СНЗ-СН-СО ~ S-КоА + СНЗ-СО-СООН

СООН

СНЗ-СНУ-СО ~ S -КоА + ноос-СН2-СО-СООН

Біотіновие ферменти є олігомери з великою молекулярноювагою (близько 700000) і, як правило, містять 4 благаючи пов'язаного біотинуна 1 моль ферменту, тому здається ймовірним, що вони складаються з 4субодиниць з молекулярною вагою 175000, кожна з яких містить однумолекулу біотину.

У роботах Lynen (1964) розшифровано механізм участі біотину в реакціяхкарбексілірованія. Встановлено, що реакції карбоксилювання єдвостадійний. Перша стадія зводиться до утворення «активної С02» у формі
С02 ~ біотінфермента:

АТФ + Н С0-2 + біотінфермент АДФ + Фнеорг. + С02 ~ біотінфермент.

Друга стадія полягає в перенесенні «активною С02» на акцептор:

С02 ~ біотінфермент + R2H біотінфермент + R2-С00-
Аналогічний двох стадійний механізм запропонований і для реакційтранскарбоксілірованія:

R1-С00-+ біотінфермент С02 ~ біотінфермент R2H;

С02 ~ біотінфермент + R2HR2-С00-+ біотінфермент.

Після встановлення існування «активної С02 »у вигляді С02 ~ біотінферментавстановлений характер зв'язку між С02 і біотин. Цьому сприяловідкриття того факту, що?-метілкротоніл-КоА-карбоксілаза здатнакарбоксіліровать вільний біотин, переводячи його в карбоксібіотін. УНадалі мічений карбоксібіотіп був виділений в дослідах з С14-бікарбонатом іідентифікований як Г-М-карбоксібіотін. Його структура була підтвердженахімічним синтезом. До атому час уже було відомо, що в біотіновихферментах Карбоксильна група біотину сполучена з?-NH2-групою лізинуферментного білка ковалентного зв'язком. На підставі цих даних запропонованаструктура С02 ~ біотінфермента.

Ця структура отримала ряд експериментальних підтверджень і вданий час є загальноприйнятою для всіх біотінових ферментів.
Реакційна здатність вуглекислоти, пов'язаної з біотин, знаходитьвираз в енергетичних взаєминах. Величина вільної енергіїрозпаду С02 ~ біотінфермента дорівнює 4,74 ккал/моль, що дає підставузарахувати С02 ~ біотінфермента до «багатим енергією» з'єднанням.

Виключно великий інтерес представляє абсолютно невивченапроблема регуляції активності біотінсодержащіх ферментів і організмі. Узв'язку з цим особливо важливі дослідження з біосинтезу молекули біотину іосвіти холоферментов з біотину і відповідного ферментного білка.
Дані з першого питання викладені в розділі «Біосинтез». Що стосуєтьсяосвіти холофермента, то можна вважати встановленим, що у всіхбіотінових ферментах біо-тнн пов'язаний з?-аміногрупи лізину. Цей спосібзв'язку експериментально доведено майже для всіх карбоксілаз і метілмалоніл-
КоА-оксалоаце-таттранскарбоксілази. Недостатні по біотин клітини
Propionibacterium shcemanii містять апофермент і специфічну синтетазу,яка каталізує при використанні АТФ підключення біотину запоферментом, що приводить до утворення активного холоферментатраіскарбокснлази. Необхідними кофактором цієї реакції є АТФ і
Mg2 +. При використанні очищених ферментів вдалося довести, щоосвіта холотранскарбоксілази відбувається в два етапи, причомупроміжним з'єднанням є біотініладенілат (R-CO-5'-AMФ):

Mg2 +
I. АТФ + R-С02Н + сінтетазаR-СО-5'-АМФ - синтетазу + пірофосфат

(біотин

II. R-СО-5'-АМФ - синтетазу + Н2М-фермент R-CO-NH-фермент +
+5'-AMФ + cінтeтaзa.

Синтетичний біотініладенілат має здатність замінити суміш АТФ,
MgCl і біотину при синтезі холофермента (Lynen, 1964). Пізніше буловстановлено, що утворення інших холоферментов протікає аналогічнимчином. Всі відомі ферментативні реакції, для яких встановленоучасть біотину як кофермент, є процесами переносувуглекислоти. Мабуть, в оборотному приєднання та віддачі З; і складаєтьсявиключна функція цього вітаміну в обміні речовин. Однак прибіотіновой недостатності порушуються дуже багато реакцій обміну вінтактною організмі. Так, - біотин залучений в біосинтез білків,дезамінування аспартату, серину і треоніну у бактерій, обмін триптофану,жирів і вуглеводів, синтез пуринів, освіта сечовини у тварин і ін
Природа участі біотину в багатьох з цих реакцій залишається неясною. Всіперелічені процеси мають одну спільну рису: при вивченні in vitro вони негальмуються авідіном. На підставі цих даних вважається, що біотиноказивает.непрямое дію на зазначені перетворення, якікаталізується ферментами, що не містять цього вітаміну.

Зважаючи на надзвичайну важливість нeкоторих з цих реакцій для життє -діяльності організму необхідно розглянути їх. Поруч авторів відзначено,що при недостатності біотину в раціоні щурів знижується включення в білокмічених амінокислот. Так, включення (С14-метіоніну, С14-лейцину і С14 -лізину в тканинні білки знижується на 20-40% причому недостатність біотинувпливає на стадію утворення аміно-ацил-транспортної РНК. Препарати тРНК зпечінки нормальних щурів включають значно більше мічених амінокислот, ніжпрепарати печінки авітамінозних тварин (Dakshinainurti, Misty, 1964). Щераніше було встановлено, що у авітамінозних тварин порушується синтезамілази в підшлунковій залозі і сироваткового альбуміну в печінці, причомуодноразове введення 100 мкг біотину відновлює здатність тканин досинтезу зазначених білків. Додавання in vitro?-Кетоглутарата і фумаратутакож відновлює освіта амілази і сироваткового альбуміну (А. А.
Познанська, 1957).

Ці дані показали, що біотин не бере безпосередньої участі у синтезібілка de novo, а його вплив на цей процес, мабуть, визначаєтьсязалученням біотину в синтез субстратів трикарбонових циклу. Такеприпущення знайшло підтвердження в дослідах на курчатах: згодовуваннясукцинату авітамінозним птахам відновлювало до норми включенняамінокислот у тканинні білки і РНК. Так як освіта С4-дикарбоновихкислот в організмі тварин протікає через фіксацію СО2, здійснюванубіотіновимі ферментами, то стають зрозумілими причини порушення синтезубілка при біотіновой недостатності. В організмі авітамінозних курчатзначно знижено швидкість окислення глюкози до СО2 і включення її вглікоген печінки. Є вказівки на зниження глюкокіназной активності принедостатності біотину, хоча вітамін не був виявлений в препаратахкристалічного ферменту. Можливо, що участь біотину в обміні.вуглеводів є непрямим. В результаті порушення утилізації глюкози ворганізмі тварин при виключення біотину з корму порушується перетворення D -глюкози в L-аскорбінову кислоту.

При недостатності біотину вміст ліпідів у печінці тваринзнижується на 30 °/о, що обумовлено зниженням синтезу жирних кислот.
Відсутність біотину в кормі курчат призводить до підвищення вмістутригліцеридів, пальмітинової і пальмітолеіновой кислот в печінці, а такожспіввідношення жирних кислот СО16, СО18 співвідношення між насиченими жирнимикислотами при цьому знижується. Включення введених СО14-стеаринової і СО14 -пальмітинової кислот у фосфоліпіди значно підвищується принедостатності біотину, а включення їх у тригліцериди-знижується. При цьомузагальна кількість жирних кислот у порівнянні з контролем знижений. У печінціавітамінозних щурів знижено включення СО14-ацетату в ліпіди і спостерігаєтьсябільший вміст ненасичених жирних кислот СО16: 1 і СО18: 2, тоді якрівень стеаринової кислоти знижений. Виняток біотину з корму щурів впротягом 60 днів призводить до значного зниження рівня цітіділових,аденілових і гуанілова нуклеотидів у печінці. Зміст уріділовихнуклеотидів при цьому майже не змінюється, а інозілових - трохипідвищується. У той же час відсутність біотину в раціоні не впливає навміст РНК та ДНК, а також на включення до них Р32, введеноговнутрішньочеревно у вигляді Na2HP32O4.

Нарешті, в гомогенату печінки авітамінозних щурів різко знижена освіта Цитрулін, яке повністю відновлюється через 24 години після введення тваринам біотину. Однак біотин не виявлено у препаратах ферментів, що беруть участь у синтезі сечовини (карбамілфосфатсінтетаза, орнітінтранскарбамілаза тощо) і, очевидно, в даному випадку має непрямий вплив на цю реакцію.

6.1 Взаємодія з іншими вітамінами. Встановлено зв'язок біотину зіншими вітамінами, зокрема з фолієвою кислотою, вітаміном B12 --аскорбінової кислоти, тіамін і пантотенової кислотою. 0собенно тіснівзаємини існують між біотин і фолієвої кислоти. Спочатку булопоказано, що при нестачі біотину в печінці щурів значно зниженозагальний вміст речовин, що володіють активністю фолієвої кислоти. і щобіотин стимулює біосинтез цього вітаміну з флорою. Пізніше буловстановлено, що у біотінавітамінозних щурів значно знижений вмісткоферментни.х форм фолієвої кислоти, а саме N5 і N10-формілтетрагідро -фолатів, тетрагідрофолата, N5_ і N10_ формілтетрагідроптероілглутаміновихкислот. Біотин стимулює синтез метіоніну з серину і гомоцистеїну іпроцеси метилювання взагалі, сприяючи накопиченню коферментних формфолієвої кислоти. Таким чином, при недостатності біотину порушенаутилізація організмом фолієвої кислоти і перетворення її на активнікоферментних форми. Мабуть, біотин бере безпосередню участьв ферментативних процесах перетворення фолієвої кислоти в її коферментнихпохідні (Marchetti e. а., 1966). Біотин сприятливо впливає на загальнийстан організму і збереження аскорбінової кислоти в тканинах цінготнихморських свинок. У свою чергу аскорбінова кислота уповільнює, хоча і незапобігає розвитку авітамінозу біотину у щурів. При недостатностібіотину знижується вміст тіаміну в печінці, селезінці,. нирках і мозкутварин. У щурів, що утримувалися на раціоні, позбавленій біотину, зміствітаміну B12 було вище, ніж у контрольних тварин, що отримували біотин. Цідва вітаміну тісно пов'язані між собою в обміні пропіонової кислоти умікроорганізмів і тварин. Існує тісний зв'язок між біосинтезубіотину і пантотенової кислоти у мікроорганізмів і зелених рослин (В. В.
Філіппов, 1962). Біотин полегшує симптоми пантотенової недостатності і,навпаки, пантотенова кислота пом'якшує прояв авітамінозу біотину.

7. Потреба організму в біотин.

Біотин необхідний для людини, тварин, рослин і великої кількостімікроорганізмів. Він є чинником зростання для багатьох штамів, а такожбагатьох грибів і бактерій. Однак деякі дріжджі, гриби і бактеріїздатні його синтезувати. Потреба в біотин у птахів і тваринпокривається за рахунок синтезу його бактеріями шлунково-кишкового тракту. Укорів, овець і коней, що утримуються на звичайному раціоні, практичновиключена недостатність біотину. У свиней і птахів недостатність біотинуможе створюватися при використанні кормів, бідних вітамінами.

Потреба в біотин у людини покривається за рахунок його синтезумікрофлорою кишечнику, тому її важко оцінити. З певною часткоюнаближення можна вважати, що (мінімальної щоденною дозою біотину длятварин і людини є такі величини (Gyorgy, 1954): длялюдини-150-200 мкг, мавп-20 мкг, пацюків-0,5-3 мкг, курчат - 0,65-1мкг, свинець - 100 мкг.

У період вагітності і лактації Потреба в біотин у жінокпідвищується до 250 - 300 мкг на день. За іншими даними, потреба в біотинзначно нижче і становить для дорослої людини 30 - 40 мкг на добу.

7.1 Прояв недостатності біотину

Найбільше докладнопро недостатність біотину вивчена в дослідах на щурах ікурчатах при згодовуванні раціонів з великим вмістом сирого яєчногобілка. Біотіновий авітаміноз у тварин характеризується припиненням зростанняі падінням ваги тіла (до 40%), почервонінням і лущенням шкіри, випаданнямшерсті або пір'я, утворенням червоного набрякового обідка навколо очей у вигляді
«Очок», атактіческой ходою, набряком лапок і типовою позою тварини ззгорблений (кенгу-руподобной) спиною. Дерматит, який розвивається утварин при недостатності біотину, може бути охарактеризований яксеборея десквамаціонного типу, подібна до тієї, яка спостерігається у дітей.
У щурів авітаміноз біотину розвивається через 4-5 тижнів згодовуваннядосвідченого раціону, а у курчат перші ознаки авітамінозу з'являються через 3тижні.

Крім зовнішніх ознак, біотіновий авітаміноз викликає глибокіморфологічні зміни в тканинах і органах, а також порушення в обмініречовин. Відомі зміни до зобної залозі, шкірі і м'язах щурів. Характернірясний гіперкератоз, акантез і набряки. Зруйновані волосяні стовбуриперемішані з гіперкератознимі пластинками. Встановлено розширення волосянихсумок, отвори яких закупорені гіперкератозним матеріалом. В останнійфазі розвитку авітамінозу спостерігається атрофія жиру в гіперкератознихплатівках. Недолік біотину в раціоні щурів призводить до зменшення йоговмісту в тканинах. У печінці і м'язах кількість вітаміну знижується в 5разів, а в мозковій тканині-на 15%. У крові авітамінозних щурів накопичуєтьсяпіровиноградна кислота, розвивається ацидоз і знижується концентраціяцукру. При цьому глюкозурія не спостерігається, але зменшується вмістредукуючих Сахаров в печінці при нормальному вмісті їх у м'язах; утварин розвивається Креа-тінурія.

Людина повністю задовольняє свою потребу в біотин за рахуноксинтезу мікрофлорою кишечнику, тому гіповітаміноз можна отриматитільки в експерименті. Експериментальну недостатність біотину у людиниспостерігали Sydenstricker і співавтори (1942) шляхом включення в дієту щоденно
200 г сирого яєчного білка. Через 3 тижні з'явилося лущення шкіри безсвербіння. На 7-8-й день розвинулася попеляста блідість шкіри і почалася атрофіясмакових сосочків мови. Пізніше з'явилися м'язові болі, підвищеначутливість, біль, млявість, сонливість, нудота івтрата апетиту. У крові зменшився вміст еритроцитів і холестерину.
Виділення біотину з сечею знизилася в 7-8 разів проти норми (з 29 - 52 до
3,5-7,3 мкг на добу). Введення 150 мкг біотину вже на 3-4-й день усувалодепресію, м'язові болі і відновлювало апетит.
Таким чином, недостатність біотину у людини в першу чергувикликає ураження шкіри. Більш важкі прояви вимагають, мабуть,більшої тривалості авітамінозу.

8. Профілактичне та лікувальне застосування біотину.

В даний час застосування біотину в клініці з лікувальної тапрофілактичною метою вивчено недостатньо. Велике значення для біотинунормального стану до