Биотин: витамин B7 и его свойства¶

Биотин (также известный как витамин B7, витамин H или кофермент R) — водорастворимое соединение группы витаминов B, необходимое для нормального роста и функционирования организмов. По химической структуре представляет собой серосодержащую гетероциклическую карбоновую кислоту, в состав которой входит имидазольное кольцо, соединённое с тетрагидротиофеновым циклом. Молекулярная формула — C₁₀H₁₆N₂O₃S. Биотин выступает в роли кофермента в реакциях карбоксилирования, транскарбоксилирования и декарбоксилирования, участвуя в метаболизме жиров, углеводов и аминокислот.

¶История открытия

Существование вещества, необходимого для роста дрожжей и некоторых бактерий, было предсказано в начале XX века. В 1901 году французский учёный Эжен Вильдман описал соединение, названное им «биос II». В 1927 году американский биохимик Маргарет Боас выделила из печени вещество, предохранявшее крыс от дерматита, вызванного кормлением яичным белком, и назвала его «защитным фактором X». Позднее оно получило название «витамин H» (от немецкого Haut — кожа). В 1936 году Фриц Кёгль и Бенно Тённис выделили кристаллическое вещество из яичного желтка, а в 1943 году Винсент дю Виньо установил его структуру и осуществил синтез. Именно он предложил название «биотин».

¶Химические свойства

Биотин — бесцветные кристаллы, плохо растворимые в воде и этаноле, устойчивые к нагреванию в нейтральной среде, но разрушающиеся в кислой или щелочной при повышенных температурах. Молекула имеет три асимметрических атома углерода, поэтому существует в виде восьми стереоизомеров, из которых биологически активен только D-биотин (цис-конфигурация тетрагидротиофенового кольца). В организме человека и животных биотин синтезируется кишечной микрофлорой, однако этот источник не полностью покрывает потребности.

¶Биологическая роль

Биотин является простетической группой карбоксилаз — ферментов, переносящих активированный CO₂. Он ковалентно связывается с остатком лизина в активном центре фермента через амидную связь, образуя так называемый биоцитин. Ключевые биотин-зависимые ферменты человека:

• Пируваткарбоксилаза — участвует в глюконеогенезе, превращая пируват в оксалоацетат.
• Ацетил-КоА-карбоксилаза — катализирует первую стадию синтеза жирных кислот.
• Пропионил-КоА-карбоксилаза — участвует в метаболизме аминокислот с разветвлённой цепью.
• Метилкротонил-КоА-карбоксилаза — задействована в катаболизме лейцина.

Помимо ферментативных функций, биотин участвует в регуляции экспрессии генов, влияя на активность факторов транскрипции, и поддерживает нормальное состояние кожи, волос и ногтей.

¶Источники и потребность

Биотин содержится в продуктах как животного, так и растительного происхождения. Основные источники:

Суточная потребность взрослого человека оценивается в 30–50 мкг. У беременных и кормящих женщин она повышается. Значительная часть потребности покрывается за счёт синтеза микрофлорой кишечника.

¶Дефицит и гипервитаминоз

Выраженный дефицит биотина встречается редко. Его причины: длительное употребление сырых яичных белков (содержащийся в них гликопротеин авидин связывает биотин и препятствует его всасыванию), наследственные нарушения обмена, длительное парентеральное питание, приём некоторых противосудорожных препаратов. Симптомы: дерматит, выпадение волос, ломкость ногтей, мышечная слабость, депрессия, парестезии. Тяжёлый дефицит у детей проявляется алопецией и задержкой развития.

Токсичность биотина крайне низка: избыток выводится с мочой, летальная доза не установлена. Гипервитаминоз практически не описан.

¶Применение

Биотин применяется в медицине для коррекции дефицитных состояний, при наследственных нарушениях обмена (например, недостаточности биотин-зависимых карбоксилаз), в составе комплексной терапии рассеянного склероза в высоких дозах. Широко используется в косметологии как компонент средств для укрепления волос и ногтей, хотя клинические доказательства эффективности при отсутствии дефицита ограничены.

В лабораторной диагностике биотин-стрептавидиновая система — один из наиболее распространённых методов визуализации в иммуноферментном анализе, ПЦР и микроскопии. В биотехнологии биотин используется для мечения белков и нуклеиновых кислот.

¶Лабораторное определение

Концентрацию биотина в крови и моче определяют методами высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией или микробиологическим анализом. Высокие дозы биотина, принимаемые пациентами, могут искажать результаты иммуноанализов на гормоны щитовидной железы, тропонин и другие маркеры, что требует отмены препарата перед исследованием.

¶Интересные факты

• Биотин синтезируется не только микрофлорой, но и некоторыми растениями и бактериями.
• Авидин — белок яичного белка — связывает биотин с одной из самых высоких известных констант аффинности (Kd ≈ 10⁻¹⁵ М), что лежит в основе биотин-стрептавидиновой технологии.
• В 2017 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США выпустило предупреждение о влиянии высоких доз биотина на результаты лабораторных тестов.