Биотин: құрамы, қасиеттері және тәуліктік мөлшері

Кіріспе

Химиялық қосылыс (В7 витамині)

Биотин (сонымен қатар В7 витамині немесе H витамині деп те аталады) – В витаминдерінің бірі. Ол адамдар мен басқа да организмдерде майлардың, көмірсулардың және аминқышқылдарының пайдаланылуымен байланысты кең ауқымды метаболизм процестеріне қатысады. Биотин атауы неміс тіліндегі "Biotin" сөзінен алынған, ол ежелгі грек сөзінен (bíotos; 'өмір') және "in" жұрнағынан (химияда көбінесе 'құралу' мағынасын беретін жұрнақ) туындаған. Биотин ақ түсті, ине тәрізді кристалдық қатты зат түрінде көрінеді.

Химиялық сипаттама

Биотин гетероциклді қосылыс ретінде жіктеледі, оның құрамында күкірт қоршаған тетрагидротиофен сақинасы және урейдо тобы біріккен. Бұл сақинаға C5 карбон қышқылының тізбегі жалғастырылған. -N–CO–N– тобын қамтитын урейдо сақинасы карбоксилдеу реакцияларында көмірқышқыл газын тасымалдауға қатысады. Биотин – аминоқышқылдар мен майлы қышқылдардың ыдырауына, майлы қышқылдардың синтезіне және глюконеогенезге қатысатын бес карбоксилаза ферментінің коферменті.

Тамақ ұсыныстары

АҚШ Ұлттық медицина академиясы 1998 жылы көптеген витаминдерге қатысты диеталық қажеттілік мөлшерлерін жаңартты. Ол кезде көптеген витаминдер үшін орташа қажеттілік немесе ұсынылатын диеталық мөлшерді анықтауға жеткілікті ақпарат болмады. Мұндай жағдайларда академия, биотиннің физиологиялық әсері жақсы түсінілген кезде, жеткілікті мөлшерді (АИ) кейінірек нақтырақ мәліметтермен алмастыратынын түсініп, белгілейді. Еркектер мен әйелдер үшін биотиннің АИ мөлшерлері: 0-ден 6 айлыққа дейінгілерге – 5 мкг/күн, 7-ден 12 айлыққа дейінгілерге – 6 мкг/күн, 1-ден 3 жасқа дейінгі балаларға – 8 мкг/күн, 4-тен 8 жасқа дейінгі балаларға – 12 мкг/күн, 9-дан 13 жасқа дейінгі балаларға – 20 мкг/күн, 14-тен 18 жасқа дейінгі жасөсперімдерге – 25 мкг/күн, ал 19 жастан асқандарға – 30 мкг/күн. Жүкті немесе бала емізетін әйелдер үшін биотиннің АИ мөлшері: 14-тен 50 жасқа дейінгі жүкті әйелдерге – 30 мкг/күн, ал 14-тен 50 жасқа дейінгі бала емізетін әйелдерге – 35 мкг/күн. Австралия және Жаңа Зеландия АҚШ-қа ұқсас АИ мөлшерлерін белгіледі. Еуропалық тамақ өнімдерінің қауіпсіздігі агенттігі (EFSA) де АИ-ді анықтап, ересектерге – 40 мкг/күн, жүктілік кезеңінде – 40 мкг/күн, ал бала емізу кезеңінде – 45 мкг/күн мөлшерін белгілейді. 1-ден 17 жасқа дейінгі балалар үшін АИ жасқа байланысты 20-дан 35 мкг/күнге дейін артады.

Қауіпсіздік

АҚШ Ұлттық медицина академиясы витаминдер мен минералдардың жоғарғы шектерін, нақты шектерді анықтауға жеткілікті дәлелдер болған жағдайда белгілейді. Бірақ, биотинге қатысты жоғарғы шек белгіленбеген, себебі биотиннің көп мөлшерде қабылдануынан туындайтын зиянды әсерлер анықталған жоқ.

Таңбалау ережелері

АҚШ-та тағамдық өнімдер мен диеталық қосымшаларды таңбалау үшін бір порциядағы мөлшері күнделікті қажеттілік мөлшерінің проценті ретінде көрсетіледі. Биотин таңбалау үшін күнделікті қажеттілік мөлшерінің 100% 300 мкг/күн болған, бірақ 2016 жылдың 27 мамырынан бастап 30 мкг/күнге түзетілді, бұл жеткілікті мөлшермен үйлесімді болуы үшін жасалды. Жаңартылған таңбалау ережелерін сақтау, жылдық тағам сату көлемі 10 миллион АҚШ долларынан жоғары өндірушілер үшін 2020 жылдың 1 қаңтарына дейін, ал көлемі кіші өндірушілер үшін 2021 жылдың 1 қаңтарына дейін міндетті болды. Ересектерге арналған ескі және жаңа күнделікті қажеттілік мөлшерлерінің кестесін қараңыз.

Физиологиясы

Биотин – суда еритін В витамині. Тамақтануға қосымша ретінде көп мөлшерде қолдану сіңірілуіне, одан кейін биотин түрінде зәрмен шығарылуына әкеледі. Қалыпты рационның бір бөлігі ретінде биотин тұтыну зәрмен биотин мен биотин метаболиттерінің шығарылуын қамтамасыз етеді. Сіңірілгеннен кейін натрийге тәуелді көп витаминді тасымалдаушы (SMVT) бауырға биотиннің сіңуін жасайды.

Метаболизм және секреция

Биотиннің метаболизмі екі жолмен жүзеге асады. Біреуінде валериян қышқылының тізбегі бөлініп, биснорбиотин түзіледі. Екінші жолда күкірт тотығу арқылы биотин сульфоксидіне айналады. Зәрдің құрамы шамамен жартылай биотин, сондай-ақ биснорбиотин, биотин сульфоксиді және басқа да аз мөлшердегі метаболиттерден тұрады. Ішектегі биотиннің сіңуі де карбамазепин мен примидон сияқты антиэпилепсиялық препараттардың әсеріне сезімтал болып көрінеді. Жүктілік және лактация кезінде биотинге қажеттілік артуы мүмкін. Жүктілікте бұл биотин метаболизмінің үдеуімен байланысты болуы мүмкін, ал лактацияда жоғары қажеттіліктің себебі әлі анықталған жоқ. Жақындағы зерттеулер адам жүктілігінде биотиннің маргиналды жетіспеушілігі болуы мүмкін екенін көрсетті, бұл 3-гидроксиизовалерик қышқылының зәрмен көп шығуы, биотин мен биснорбиотиннің зәрмен шығуының азаюы және биотиннің плазмадағы концентрациясының төмендеуі арқылы расталады. Бактериялар да биотин синтездейді, және ірі ішектегі бактериялар сіңіріліп, организммен пайдаланылатын биотин синтездей алады деп есептеледі. Соңғы қадамды биотин синтазасы – радикалды SAM ферменті катализдейді. Күкіртті ерекше [2Fe 2S] ферредоксин сыйлайды. Бактериялардың түріне қарай биотин әртүрлі жолдармен синтезделуі мүмкін. Биотинидаза жетіспеушілігіне жаңа туған сәбилерді тексеру 1984 жылы АҚШ-та басталды, қазір көптеген елдер де осы генетикалық бұзылысты туған кезде анықтау үшін сынақтан өткізеді. Емдеу – биотинмен өмір бойы толықтырылған диета.

Диагностика

Төменгі сарысу және зәрдегі биотин деңгейі биотиннің жеткіліксіз түсуін анықтау үшін сезімтал көрсеткіш емес. Инциденттік деректер үкіметтік міндетті жаңа туған сәбилерді тексеруден алынған. Ауыр тапшылық жағдайында емдеу тәулігіне 5-20 мг дозада ауызға қабылдау арқылы жүзеге асырылады. Тітіркенулер сағаттардан күндерге дейін басылып, басқа симптомдар апталар ішінде жоғалады. Сонымен қатар, натрийге тәуелді көп витаминді тасымалдаушы белокқа әсер ететін генетикалық ақаулар болуы мүмкін. Жұмыртқадан алынған авидин биотинмен диссоциация тұрақтығы Kd ≈ 10−15 M болатын күшті байланысқа түседі, сондықтан биотинилденген қызығушылық тудыратын қосылыстар осы өте тұрақты өзара әрекеттесуді пайдаланып, үлгіден оқшаулауға болады. Біріншіден, химиялық түрлендірілген биотин реагенттері биотинилдену процесі арқылы ерітіндідегі мақсатты қосылыстармен байланысады. Қай химиялық түрлендіруді пайдалану керектігін таңдау биотин реагентінің белгілі бір белокқа байланысуына жауапты. Процесте бактериялардан алынған стрептавидинді де пайдалануға болады, ол шараптарға байланысқан, бірақ оның авидинге қарағанда жоғары диссоциация тұрақтылығы болғандықтан, биотинилденген белокты шараптардан алу үшін өте қатал жағдайлар қажет, бұл көбінесе қызығушылық тудыратын белокты денатурациялайды. АҚШ-та биотин рецептсіз диеталық қосымша ретінде бір дозада 1-10 мг мөлшерінде сатылады, шаш пен тырнақтың денсаулығын қолдау үшін, ал көптеген склерозды емдеу үшін тәулігіне 300 мг дейін тиімді болуы мүмкін. Денсаулық сақтау мамандары пациенттерге тестке дейін 48 сағатқа немесе тіпті апталарға дейін биотин қосымшаларын қабылдауды тоқтатуды кеңес беруі керек, бұл нақты тестке, дозаға және биотиннің сіңу жиілігіне байланысты. 1927 жылға қарай Маргарет Боас және Хелен Парсонс сияқты ғалымдар "жұмыртқа ағының зиянымен" байланысты симптомдарды көрсететін тәжірибелер жүргізді. Олар егеуқұйрықтардың жұмыртқа ағынан көп мөлшерде тамақтанғанын анықтады, бұл олардың жалғыз ақуыз көзі болды, және олар неврологиялық дисфункцияны, шаштың түсуін, дерматитті және ақырында өлімді көрсетті. 1936 жылы Фриц Кёгль және Бенно Тённис "Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb" атты мақаласында ашытқының өсу факторын оқшаулағанын құжаттады (жұмыртқа сарысынан алынған кристалдалған биотиннің көрсетілуі). Биотин атауы грек сөзінен шыққан - bios ("өмір сүру") және "in" жұрнағы (органикалық химияда қолданылатын жалпы химиялық жұрнақ). Витамин H-нің одан әрі химиялық сипаттамасы оның суда еритін және бауырда жоғары концентрацияда болатынын көрсетті. Ашытқы және Rhizobium trifolii-мен жүргізілген тәжірибелерден кейін Уэст және Уилсон R коферментін деп атаған қосылысты оқшаулады. 1940 жылға қарай үш қосылыстың бірдей екені анықталды және оларға бірлесіп биотин деп атау берілді. Дьёрдь биотин бойынша жұмысын жалғастырды және 1941 жылы жұмыртқа ағының зияны биотиннің авидинмен байланысуынан туындайтынын көрсететін мақала жариялады. Көптеген витаминдерге қарағанда, ұсынылатын диеталық мөлшерді белгілеу үшін жеткілікті ақпарат жоқ, сондықтан диеталық нұсқаулар ең жақсы қол жетімді ғылымға негізделген "жеткілікті мөлшерді" анықтайды, бұл кейінірек нақтырақ ақпаратпен ауыстырылады.

Low serum and urine biotin are not sensitive indicators of inadequate biotin intake. Incidence data stems from government mandated newborn screening. For profound deficiency, treatment is oral dosing with 5 to 20 mg per day. Seizures are reported as resolving in hours to days, with other symptoms resolving within weeks. There can also be a genetic defect affecting the sodium dependent multivitamin transporter protein. Because egg derived avidin binds strongly to biotin with a dissociation constant Kd ≈ 10−15 M, biotinylated compounds of interest can be isolated from a sample by exploiting this highly stable interaction. First, the chemically modified biotin reagents are bound to the targeted compounds in a solution via a process called biotinylation. The choice of which chemical modification to use is responsible for the biotin reagent binding to a specific protein. The process can also utilize bacteria derived streptavidin bound to beads, but because it has a higher dissociation constant than avidin, very harsh conditions are needed to elute the biotinylated protein from the beads, which often will denature the protein of interest. In the US, biotin as a non prescription dietary supplement is sold in amounts of 1 to 10 mg per serving, with claims for supporting hair and nail health, and as 300 mg per day as a possibly effective treatment for multiple sclerosis Healthcare professionals are advised to instruct patients to stop taking biotin supplements for 48 h or even up to weeks before the test, depending on the specific test, dose, and frequency of biotin uptake. By 1927, scientists such as Margarete Boas and Helen Parsons had performed experiments demonstrating the symptoms associated with "egg white injury." They had found that rats fed large amounts of egg white as their only protein source exhibited neurological dysfunction, hair loss, dermatitis, and eventually, death. In 1936, Fritz Kögl and Benno Tönnis documented isolating a yeast growth factor in a journal article titled "Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb." (Representation of crystallized biotin from egg yolk). The name biotin derives from the Greek word bios ('to live') and the suffix " in" (a general chemical suffix used in organic chemistry). Further chemical characterization of vitamin H revealed that it was water soluble and present in high amounts in the liver. After experiments performed with yeast and Rhizobium trifolii, West and Wilson isolated a compound they called co enzyme R. By 1940, it was recognized that all three compounds were identical and were collectively given the name: biotin. Gyorgy continued his work on biotin and in 1941 published a paper demonstrating that egg white injury was caused by the binding of biotin by avidin. Unlike for many vitamins, there is insufficient information to establish a recommended dietary allowance, so dietary guidelines identify an "adequate intake" based on best available science with the understanding that at some later date this will be replaced by more exact information.

Көптеген склероз

Биотиннің жоғары дозасы (300 мг/күн = 10,000 есе қажетті мөлшерден артық) клиникалық сынақтарда миелин қабығын жойғыш аутоиммундық ауру – көптік склерозды емдеу үшін қолданылған. Клиникалық сынақтардың нәтижелері әртүрлі: 2019 жылғы шолуда көптік склероз симптомдары мен биотин арасындағы байланысты тағы зерттеу қажеттігі, сондай-ақ аурудың күшеюі және рецидив қаупінің артуы мүмкіндігі туралы бірнеше деректер келтірілген.

Шаш, тырнақ, тері

АҚШ-та биотинді шашты және тырнақтарды күшейту үшін диеталық қосымша ретінде насихатайды, бірақ адамдарда осы нәтижелерді қолдайтын ғылыми деректер өте нашар. Шаштың түсуіне қарсы ем ретінде биотинді қарастырған зерттеулерде, генетикалық ақауы бар нәрестелер мен кішкентай балалардағы биотиндің жетіспеушілігінен кейін қосымша қабылдағанда шаш өсуі жақсарғаны анықталды, бірақ "қалыпты, сау адамдарда биотинді қабылдаудың тиімділігін дәлелдейтін кездейсоқ, бақыланатын сынақтар жүргізілмеген" деп хабарланды. Биотин сондай-ақ ұқсас талаптармен шашқа және теріге арналған жергілікті өнімдерге де қосылады. 1994 жылғы Диеталық қосымшалар туралы денсаулық және білім беру заңында АҚШ-тың Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасы өнімнің таңбасында ингредиенттің денсаулық үшін маңызды екенін көрсететін "Құрылым:Функция" (S:F) денсаулық туралы талаптарды рұқсат етуі керек. Мысалы: Биотин терінің, шаштың және тырнақтың сау болуын сақтауға көмектеседі. Егер S:F талабы жасалса, таңбаға "Бұл мәлімдеме Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасымен бағаланбаған. Бұл өнім қандай да бір ауруды диагностикалауға, емдеуге, жазып шығаруға немесе алдын алуға арналмаған" ескертуі қосылуы керек.

Жануарлар

Ірі қара мал үшін биотин тырнақтың сау болуына қажет. Тырнақ проблемаларынан туындаған жақсылықсыздық жиі кездеседі, шаруашылықтағы таралуы 10-дан 35%-ға дейін бағаланады. Жақсылықсыздықтың салдары – азық тұтынудың азаюы, сүт өнімділігінің төмендеуі және ветеринарлық емдеуге кететін шығындардың артуы. Күнделікті рационға тәулігіне 20 мг биотин қосу 4–6 айдан кейін жақсылықсыздық қаупін азайтады. Бақыланатын зерттеулерге шолу жасағанда, тәулігіне 20 мг мөлшерінде қосымша қолдану сүт өнімділігін 4,8%-ға арттырғаны анықталды. Бұл тырнақтың саулығының жақсаруының жанама салдары немесе сүт өндірісіне тікелей әсер ететіні туралы пікір айтылды. Жылқылар үшін созылмалы ламинит, жарылған тырнақтар немесе аяқ киімді ұстай алмайтын құрғақ, нашар тырнақтар сияқты жағдайлар жиі кездесетін мәселе. Биотин – танымал қоректік қоспа. Жылқыға тәулігіне 15-тен 25 мг қажет екендігі туралы ұсыныстар бар. Зерттеулер биотиннің жаңа тырнақ мүйізінің өсуін жақсартатынын, бірақ қолданыстағы тырнақтың жағдайын жақсартпайтынын көрсетеді, сондықтан тырнақ қабырғасын толық ауыстыру үшін бірнеше ай бойы қосымша тамақтану қажет.